برخوردهای از جلو (Frontal Collisions)، اعم از برخورد با خودروهای دیگر، عابرین پیاده یا موانع ثابت، از خطرناک‌ترین و شایع‌ترین انواع تصادفات رانندگی هستند که می‌توانند منجر به صدمات شدید و تلفات جانی شوند. در بسیاری از موارد، این تصادفات نتیجه عدم توجه کافی راننده، تأخیر در واکنش به خطر، یا عدم ترمزگیری با نیروی کافی است. سیستم سیستم پیشگیری از برخورد (Pre-Collision System – PCS)، که گاهی با نام‌هایی مانند Forward Collision Mitigation (FCM) یا Collision Avoidance System نیز شناخته می‌شود، یک مجموعه فناوری ایمنی فعال است که برای کمک به راننده در پیشگیری یا کاهش شدت این نوع برخوردها طراحی شده است. PCS با پایش مداوم محیط جلوی خودرو و تشخیص خطرات احتمالی، در مراحل مختلفی به راننده هشدار می‌دهد و در صورت لزوم، برای جلوگیری از برخورد یا کاهش شدت آن، به صورت خودکار وارد عمل می‌شود. این دانشنامه به بررسی مفهوم، نحوه کارکرد، اجزای مختلف، مزایا و محدودیت‌های سیستم PCS می‌پردازد.
PCS چیست؟ تعریف و هدف اصلی
سیستم پیشگیری از برخورد (PCS) یک سیستم ایمنی پیشرفته است که با استفاده از سنسورها، محیط جلوی خودرو را برای تشخیص موانع بالقوه برخورد (مانند خودروهای دیگر، عابرین پیاده، دوچرخه‌سواران و گاهی اشیاء بزرگ) پایش می‌کند. هدف اصلی PCS این است که قبل از وقوع برخورد، با ارائه هشدارهای به موقع به راننده، او را تشویق به واکنش کند و در صورتی که راننده به هر دلیلی واکنش مناسب نشان ندهد یا فرصت کافی برای واکنش نداشته باشد، به صورت خودکار اقداماتی مانند ترمزگیری اضطراری را انجام دهد تا از برخورد جلوگیری شود یا شدت آن به حداقل ممکن کاهش یابد.
PCS معمولاً شامل چندین سطح یا مرحله از مداخله است که به صورت متوالی و بر اساس شدت خطر فعال می‌شوند. این سیستم یکی از مهم‌ترین و مؤثرترین سیستم‌های کمک راننده (ADAS) در کاهش آمار تصادفات جاده‌ای محسوب می‌شود.
نحوه کارکرد و فناوری سیستم پیشگیری از برخورد
نحوه کارکرد سیستم پیشگیری از برخورد متکی بر جمع‌آوری و تحلیل دقیق داده‌ها توسط سنسورهای پیشرفته و هماهنگی با سیستم‌های کنترل خودرو است. فناوری سیستم PCS معمولاً از ترکیب سنسورهای زیر استفاده می‌کند:
- رادار رو به جلو: یک سنسور رادار (معمولاً در جلوپنجره یا سپر جلو) برای تشخیص دقیق فاصله، سرعت نسبی و مسیر اجسام متحرک و ثابت در جلوی خودرو استفاده می‌شود. رادار در شرایط آب و هوایی مختلف عملکرد نسبتاً پایداری دارد.
- دوربین(ها) رو به جلو: یک یا چند دوربین (معمولاً در بالای شیشه جلو) برای شناسایی بصری اشیاء، تشخیص نوع آن‌ها (خودرو، انسان، علامت) و تعیین موقعیت دقیق آن‌ها استفاده می‌شوند. دوربین در تشخیص اشیاء ثابت و عابرین پیاده نسبت به رادار معمولاً دقیق‌تر عمل می‌کند، اما به شرایط نوری و آب و هوایی حساس‌تر است. سیستم‌های پیشرفته‌تر از دوربین‌های استریو برای درک بهتر عمق استفاده می‌کنند.
- واحد کنترل مرکزی (ECU): قلب سیستم PCS واحد پردازشگر آن است که داده‌های دریافتی از رادار و دوربین را با سرعت خودرو، زاویه فرمان، فشار ترمز و وضعیت سیستم‌های دیگر ترکیب و تحلیل می‌کند. این واحد به طور مداوم فاصله زمانی تا برخورد احتمالی (Time to Collision) را محاسبه کرده و بر اساس این محاسبات و الگوریتم‌های پیچیده، سطح خطر را ارزیابی و در صورت لزوم مراحل مداخله را فعال می‌کند.
- ارتباط با سیستم ترمز: PCS با سیستم ترمز خودرو، به خصوص سخت‌افزار مربوط به ترمز ضد قفل (ABS) و کنترل پایداری الکترونیکی (ESC)، ارتباط مستقیم دارد تا در صورت لزوم بتواند فشار ترمز را به صورت مستقل کنترل کند.
- ارتباط با سیستم مدیریت موتور و گیربکس: برای کاهش قدرت موتور در صورت لزوم.
اجزای سیستم و مراحل مداخله PCS
سیستم پیشگیری از برخورد معمولاً یک سیستم چند مرحله‌ای است که شامل اجزای سیستم و مراحل مداخله PCS زیر می‌شود و به صورت متوالی و بر اساس افزایش ریسک برخورد فعال می‌گردد:
- هشدار برخورد از جلو (Forward Collision Warning – FCW): اولین مرحله هشداردهنده است که در صورت تشخیص ریسک اولیه برخورد، با هشدارهای بصری (روی نمایشگر) و/یا شنیداری (صدای بوق یا زنگ) راننده را آگاه می‌کند.
- آماده‌سازی ترمز (Brake Pre-fill/Pre-tensioning): اگر راننده به هشدار اولیه واکنش نشان ندهد و ریسک برخورد افزایش یابد، سیستم برای کاهش زمان واکنش ترمز، فشار اولیه روغن را در سیستم ترمز افزایش می‌دهد و لنت‌ها را به دیسک نزدیک می‌کند (اصطلاحاً ترمز را پر می‌کند) تا به محض فشردن پدال توسط راننده، حداکثر نیروی ترمز در دسترس باشد.
- کمک ترمز (Brake Assist – BA): در صورتی که راننده در موقعیت خطرناک پدال ترمز را فشار دهد اما با نیروی کافی نباشد، سیستم PCS می‌تواند نیروی ترمز اعمال شده توسط راننده را تقویت کند تا ترمزگیری با حداکثر توان انجام شود.
- ترمز اضطراری خودکار (Automatic Emergency Braking – AEB): این مرحله نهایی و حیاتی‌ترین بخش PCS است. اگر سیستم تشخیص دهد که برخورد اجتناب‌ناپذیر است و راننده هیچ واکنشی نشان نداده یا واکنش او کافی نبوده است، به صورت خودکار و بدون دخالت راننده، با حداکثر قدرت ترمزگیری می‌کند. در سرعت‌های پایین‌تر، AEB ممکن است قادر به توقف کامل خودرو قبل از برخورد باشد، و در سرعت‌های بالاتر، می‌تواند سرعت خودرو را به میزان قابل توجهی کاهش داده و شدت صدمات ناشی از برخورد را کاهش دهد.
- (اختیاری) کمک فرمان اضطراری (Evasive Steering Assist): در برخی سیستم‌های بسیار پیشرفته، اگر سیستم تشخیص دهد که فضای کافی برای انحراف از مانع وجود دارد و راننده شروع به چرخاندن فرمان کرده است، ممکن است با اعمال گشتاور کمکی در فرمان، به راننده در انجام یک مانور انحرافی سریع و ایمن کمک کند.
مزایای استفاده از سیستم پیشگیری از برخورد
مزایای استفاده از سیستم پیشگیری از برخورد در افزایش ایمنی جاده‌ها بسیار چشمگیر است و توسط نهادهای ایمنی جهانی مورد تأیید قرار گرفته است:
- کاهش قابل توجه تصادفات از جلو: PCS به طور مستقیم در پیشگیری از وقوع تصادفات از عقب، برخورد با عابرین پیاده و سایر موانع در جلوی خودرو مؤثر است.
- کاهش شدت صدمات و خسارات: حتی در صورت عدم جلوگیری کامل از برخورد، کاهش سرعت خودرو توسط AEB شدت نیروهای وارده در لحظه برخورد و در نتیجه صدمات سرنشینان و خسارات مالی را به شدت کاهش می‌دهد.
- نجات جان انسان‌ها: قابلیت ترمزگیری خودکار PCS در موقعیت‌های بحرانی، پتانسیل بالایی در جلوگیری از تصادفات مرگبار با عابرین پیاده یا خودروهای دیگر دارد.
- پوشش لحظات حواس‌پرتی راننده: در ثانیه‌های حیاتی که ممکن است راننده به هر دلیلی تمرکز کافی نداشته باشد، سیستم وارد عمل می‌شود.
- افزایش اطمینان در رانندگی: دانستن اینکه خودرو به این سیستم مجهز است می‌تواند به راننده حس امنیت بیشتری بدهد.
محدودیت‌ها و شرایط عدم کارکرد صحیح PCS
با وجود مزایای فراوان، سیستم PCS نیز دارای محدودیت‌ها و شرایط عدم کارکرد صحیح است و نباید به آن به عنوان یک سیستم کاملاً بی‌خطا یا جایگزین رانندگی ایمن نگاه کرد:
- شرایط محیطی و آب و هوایی: عملکرد سنسورهای رادار و دوربین به شدت تحت تأثیر باران شدید، برف، مه غلیظ، تابش شدید نور خورشید، یا کثیف شدن/پوشیده شدن آن‌ها قرار می‌گیرد. در این شرایط، دقت سیستم کاهش یافته یا ممکن است هشدارهای اشتباه صادر شود.
- تشخیص برخی موانع: سیستم ممکن است در تشخیص برخی انواع موانع (مانند حیوانات کوچک، اشیاء بسیار ریز، یا موانع با شکل غیرعادی) به اندازه خودروها یا عابرین پیاده بزرگ دقیق نباشد.
- سناریوهای پیچیده ترافیکی: در ترافیک بسیار متراکم با تغییر لاین‌های ناگهانی متعدد، یا در تقاطع‌های پیچیده، ممکن است سیستم دچار چالش شود.
- پیچ‌های تند: در منحنی‌های بسیار تند، ممکن است سیستم موانع خارج از مسیر واقعی خودرو را به صورت لحظه‌ای تشخیص دهد و هشدارهای نابه‌جا صادر کند.
- سرعت‌های بسیار بالا: در سرعت‌های بسیار بالا، حتی با ترمزگیری کامل، ممکن است فاصله کافی برای توقف قبل از برخورد وجود نداشته باشد و سیستم تنها بتواند سرعت را کاهش دهد.
- نیاز به به‌روزرسانی نرم‌افزار: عملکرد سیستم به الگوریتم‌های نرم‌افزاری آن بستگی دارد و با پیشرفت فناوری، ممکن است نیاز به به‌روزرسانی وجود داشته باشد.
- امکان غیرفعال شدن دستی: در اکثر خودروها، راننده می‌تواند بخش‌هایی یا تمام سیستم PCS را به صورت دستی غیرفعال کند.
- جایگزین نبودن برای رانندگی هوشیارانه: مهم‌ترین نکته این است که PCS یک سیستم کمک راننده است و راننده همواره مسئول اصلی کنترل خودرو، توجه به محیط اطراف و رانندگی ایمن است. نباید به قابلیت‌های سیستم بیش از حد اعتماد کرد.
ارتباط PCS با سایر سیستم‌های ایمنی فعال
همانطور که اشاره شد، سیستم پیشگیری از برخورد (PCS) اغلب شامل هشدار برخورد از جلو (FCW) و ترمز اضطراری خودکار (AEB) به عنوان اجزای اصلی خود است. همچنین از همان سنسورهای استفاده شده در سیستم‌هایی مانند کروز کنترل تطبیقی (ACC)، رادار تابلوخوان (TSR) و کنترل حرکت بین خطوط (LTA) بهره می‌برد. در واقع، PCS یک سیستم جامع‌تر است که از اطلاعات و سخت‌افزار مشترک با سایر سیستم‌های ADAS برای افزایش ایمنی در مواجهه با خطرات جلوی خودرو استفاده می‌کند.
اهمیت PCS در خودروهای مدرن
با توجه به اثربخشی اثبات شده آن در کاهش تصادفات، اهمیت PCS در خودروهای مدرن به طور فزاینده‌ای مورد تأکید قرار گرفته است. این سیستم به یکی از ویژگی‌های ایمنی استاندارد و حتی اجباری در بسیاری از بازارها تبدیل شده است. نهادهای ارزیابی ایمنی خودرو مانند Euro NCAP، IIHS و NHTSA، به وجود و عملکرد سیستم‌های PCS/AEB در ارزیابی‌های خود امتیاز ویژه‌ای می‌دهند که خودروسازان را به تجهیز گسترده‌تر خودروها به این فناوری تشویق می‌کند. PCS یکی از مهم‌ترین سیستم‌های کمک راننده پیشرفته (ADAS) در زمینه حفاظت از جان انسان‌ها و کاهش خسارات مالی است.
نتیجه‌گیری
سیستم پیشگیری از برخورد (PCS) یک مجموعه فناوری ایمنی حیاتی است که با استفاده از رادار و دوربین، محیط جلوی خودرو را پایش کرده و در صورت تشخیص خطر برخورد با موانع (خودرو، عابر پیاده و غیره)، در چندین مرحله شامل هشداردهی، آماده‌سازی ترمز، کمک ترمز و در نهایت ترمزگیری اضطراری خودکار (AEB)، برای جلوگیری از وقوع تصادف یا کاهش شدت آن مداخله می‌کند. نحوه کارکرد و فناوری سیستم پیشگیری از برخورد بر پایه تحلیل دقیق اطلاعات سنسورها و کنترل هماهنگ سیستم‌های خودرو است و مزایای استفاده از سیستم پیشگیری از برخورد در کاهش چشمگیر تصادفات از جلو، صدمات و خسارات مالی غیرقابل انکار است. با وجود محدودیت‌ها و شرایط عدم کارکرد صحیح PCS در شرایط محیطی نامساعد یا سناریوهای پیچیده، این سیستم به عنوان یکی از مؤثرترین سیستم‌های ایمنی فعال، نقش محوری در افزایش سطح ایمنی خودروهای مدرن ایفا می‌کند و گامی مهم در جهت رانندگی ایمن‌تر محسوب می‌شود. با این حال، تأکید می‌شود که این سیستم یک کمک است و مسئولیت رانندگی ایمن همواره بر عهده راننده است.
