در خودروهای مدرن امروزی، سیستم‌های پیشرفته کمک‌راننده (ADAS) نقش فزاینده‌ای در افزایش ایمنی، راحتی و کاهش خطای انسانی ایفا می‌کنند. این سیستم‌ها برای درک محیط اطراف خودرو و واکنش به موقع، به مجموعه‌ای از حسگرها متکی هستند. رادار (Radar) یکی از مهم‌ترین این فناوری‌های حسگر است که به طور گسترده در ADAS خودرو و همچنین در حال توسعه برای سیستم‌های رانندگی خودکار مورد استفاده قرار می‌گیرد. رادار در ADAS خودرو با استفاده از امواج رادیویی، اطلاعات حیاتی درباره اشیاء موجود در مسیر خودرو یا اطراف آن، از جمله فاصله، سرعت نسبی و موقعیت آن‌ها را جمع‌آوری می‌کند. این اطلاعات برای فعال‌سازی قابلیت‌های ایمنی فعال مانند ترمز اضطراری خودکار و کروز کنترل تطبیقی ضروری است. درک رادار در ADAS خودرو: چیستی، هدف و نقش در درک محیط رانندگی برای شناخت فناوری‌های ایمنی نوین در خودروها حیاتی است. این دانشنامه به بررسی جامع کاربرد رادار در صنعت خودرو می‌پردازد.
هدف و نقش در درک محیط رانندگی
رادار (Radar) مخفف Radio Detection and Ranging (تشخیص و فاصله‌یابی با امواج رادیویی) است. در زمینه ADAS خودرو، رادار به یک سیستم الکترونیکی کوچک‌سازی شده اشاره دارد که برای تشخیص و ردیابی اشیاء در محیط پیرامون خودرو طراحی شده است.
چیستی رادار در ADAS خودرو، استفاده از امواج رادیویی برای “دیدن” محیط است. هدف اصلی آن، اندازه‌گیری دقیق فاصله اشیاء جلوی خودرو (یا کنار و عقب)، سرعت نسبی آن‌ها نسبت به خودرو، و زاویه تقریبی آن‌ها است. این اطلاعات برای سیستم‌های کمک‌راننده بسیار مهم هستند تا بتوانند وضعیت ترافیکی را درک کرده، خطر تصادف را ارزیابی کنند و در صورت لزوم هشدارهای لازم را صادر یا کنترل خودرو را (بخشی یا تماماً) در دست بگیرند. نقش رادار در درک محیط رانندگی در فراهم آوردن لایه‌ای قابل اطمینان از اطلاعات سنسوری است که مکمل سایر حسگرها مانند دوربین‌ها و لیدارها می‌باشد.
فناوری و نحوه عملکرد رادار خودرو: ارسال و دریافت امواج رادیویی برای سنجش فاصله و سرعت
فناوری و نحوه عملکرد رادار خودرو بر پایه اصول اساسی رادار عمل می‌کند. یک واحد رادار خودرو شامل یک فرستنده و یک گیرنده است. نحوه عملکرد به این صورت است که:
- ارسال امواج: فرستنده، پالس‌های کوتاهی از امواج رادیویی با فرکانس بالا (معمولاً در محدوده ۲۴ یا ۷۷ گیگاهرتز) را از طریق آنتن به محیط اطراف ارسال می‌کند.
- برخورد و بازتاب: این امواج پس از برخورد با اشیاء (مانند خودروهای دیگر، موانع، یا در سیستم‌های پیشرفته‌تر، عابران پیاده و دوچرخه‌سواران)، بازتاب شده و به سمت گیرنده رادار خودرو بازمی‌گردند.
- دریافت امواج بازتابی: گیرنده رادار، امواج بازتابی (اکو) را دریافت می‌کند.
- سنجش فاصله: سیستم رادار با اندازه‌گیری زمان لازم برای رفت و برگشت هر پالس رادیویی (از لحظه ارسال تا لحظه دریافت اکو)، فاصله شیء را محاسبه می‌کند.
- سنجش سرعت نسبی: سیستم با تحلیل تغییر فرکانس امواج بازتابی نسبت به فرکانس امواج ارسالی (اثر داپلر)، سرعت نسبی شیء را نسبت به خودرو (مثلاً نزدیک شدن یا دور شدن آن) تعیین می‌کند.
- سنجش زاویه: با استفاده از آرایه آنتن‌ها و تحلیل نحوه دریافت امواج، سیستم می‌تواند زاویه تقریبی شیء را نسبت به محور خودرو (مثلاً در جلوی خودرو یا در کنار) تخمین بزند.
این داده‌ها (فاصله، سرعت نسبی، زاویه) به سرعت پردازش شده و به واحدهای کنترل سیستم ADAS ارسال می‌شوند تا تصمیم‌گیری لازم صورت گیرد.
انواع حسگرهای راداری در خودروها (دوربرد و کوتاه‌برد) و کاربردهایشان در سیستم‌های ADAS
بسته به نیاز سیستم ADAS و محدوده‌ی پوشش مورد نظر، از انواع حسگرهای راداری در خودروها با ویژگی‌های متفاوت استفاده می‌شود:
- رادارهای دوربرد (Long-Range Radar – LRR): این رادارها معمولاً در قسمت جلوی خودرو (مانند پشت جلوپنجره یا در سپر) نصب می‌شوند و برای تشخیص اشیاء در فواصل دور (معمولاً تا ۱۵۰-۲۰۰ متر یا بیشتر) طراحی شده‌اند. آن‌ها برای کاربردهایی که نیاز به دید جلو در مسافت‌های طولانی دارند، مانند سیستم‌های کروز کنترل تطبیقی (Adaptive Cruise Control – ACC) که فاصله خودرو با خودروی جلویی را در سرعت‌های بزرگراهی تنظیم می‌کند، و سیستم‌های ترمز اضطراری خودکار (AEB) در سرعت‌های بالا، استفاده می‌شوند.
- رادارهای کوتاه‌برد (Short-Range Radar – SRR): این رادارها کوچک‌تر هستند و معمولاً در گوشه‌های سپر جلو و عقب یا در کناره‌های خودرو نصب می‌شوند. آن‌ها برای پوشش محیط اطراف خودرو در فواصل نزدیک‌تر (حدود ۳۰-۸۰ متر) طراحی شده‌اند. کاربردهای آن‌ها در سیستم‌های ADAS شامل سیستم‌های هشدار نقطه کور (Blind Spot Monitoring – BSM) که راننده را از وجود خودرو در نقطه کور مطلع می‌سازد، هشدار ترافیک جانبی عقب (Rear Cross-Traffic Alert – RCTA) هنگام خروج از پارک دنده عقب، و کمک پارک است. همچنین از رادارهای کوتاه‌برد در برخی سیستم‌های AEB شهری با سرعت پایین نیز استفاده می‌شود.
انواع حسگرهای راداری در خودروها با پوشش نواحی مختلف، یک لایه حفاظتی سنسوری در اطراف خودرو ایجاد می‌کنند.
مزایای کلیدی رادار در سیستم‌های کمک راننده (مانند عملکرد در مه و باران) و محدودیت‌های آن
استفاده از رادار در سیستم‌های کمک راننده دارای مزایای کلیدی متعددی است که آن را به یک حسگر ضروری در کنار دوربین و لیدار تبدیل می‌کند. مزایای کلیدی رادار عبارتند از:
- عملکرد در شرایط دید محدود: اصلی‌ترین مزیت رادار، توانایی آن در عملکرد در مه و باران شدید، برف، گرد و غبار و حتی در تاریکی مطلق است. امواج رادیویی کمتر تحت تأثیر این شرایط محیطی قرار می‌گیرند، برخلاف نور مرئی که برای دوربین‌ها حیاتی است یا نور لیزر که در لیدارها استفاده می‌شود و در هوای غبارآلود یا مه متراکم تضعیف می‌شود.
- اندازه‌گیری دقیق فاصله و سرعت نسبی: رادار در اندازه‌گیری این دو پارامتر بسیار دقیق و قابل اعتماد است که برای سیستم‌های کنترل سرعت و فاصله (مانند ACC) و سیستم‌های ترمز خودکار (AEB) حیاتی است.
- مقاومت نسبی در برابر آلودگی سطحی: کثیفی روی سپر یا جلوپنجره کمتر بر عملکرد رادار تأثیر می‌گذارد تا لنز دوربین یا سنسور لیدار.
با این حال، رادار دارای محدودیت‌هایی نیز هست:
- قدرت تفکیک کمتر: رادار نمی‌تواند جزئیات ظاهری اشیاء را به خوبی دوربین تشخیص دهد و در تفکیک اشیاء هم‌اندازه یا تشخیص دقیق شکل آن‌ها محدودیت دارد.
- حساسیت به بازتاب‌ها: امواج رادیویی می‌توانند از سطوح فلزی یا آب (مانند سطح خیس جاده) بازتاب شده و گاهی باعث ایجاد سیگنال‌های کاذب یا خطای تشخیص شوند.
- مشکل در تشخیص اشیاء غیرفلزی کوچک: تشخیص اشیاء غیرفلزی یا بسیار کوچک ممکن است برای رادار دشوارتر باشد.
نقش رادار در ترکیب حسگرها (Sensor Fusion) و سیستم‌های رانندگی خودکار آینده
به دلیل مزایای کلیدی رادار و محدودیت‌های آن در مقایسه با سایر حسگرها (دوربین، لیدار، حسگرهای فراصوت)، در سیستم‌های پیشرفته ADAS و به‌خصوص در سیستم‌های رانندگی خودکار آینده، از ترکیب حسگرها (Sensor Fusion) استفاده می‌شود. نقش رادار در ترکیب حسگرها، فراهم کردن لایه‌ای قابل اعتماد از اطلاعات درباره فاصله، سرعت و وجود اشیاء است، که توسط داده‌های بصری دوربین (برای تشخیص نوع شیء، خطوط جاده، علائم) و داده‌های سه‌بعدی لیدار (برای نقشه‌برداری دقیق محیط) تکمیل می‌شود. با ترکیب اطلاعات از حسگرهای مختلف، سیستم پردازش مرکزی خودرو می‌تواند درکی جامع‌تر، دقیق‌تر و مقاوم‌تر در برابر خطا از محیط اطراف به دست آورد که برای تصمیم‌گیری‌های پیچیده و ایمن در رانندگی خودکار در شرایط مختلف حیاتی است. رادار به عنوان یک “چشم الکترونیکی” که در شرایط دید محدود نیز کارآمد است، جزء جدایی‌ناپذیر سیستم‌های رانندگی خودکار سطح بالا خواهد بود.
نتیجه‌گیری
رادار (Radar – در ADAS خودرو) یک فناوری حسگر اساسی و بسیار مهم در خودروهای مدرن است که با استفاده از فناوری و نحوه عملکرد رادار خودرو مبتنی بر امواج رادیویی، اطلاعات دقیقی درباره فاصله، سرعت و زاویه اشیاء فراهم می‌کند. انواع حسگرهای راداری در خودروها (دوربرد و کوتاه‌برد) در سیستم‌های ADAS مختلفی مانند ACC، AEB و BSM به کار می‌روند. با وجود محدودیت‌هایی مانند قدرت تفکیک کمتر نسبت به دوربین، مزایای کلیدی رادار در سیستم‌های کمک راننده (مانند عملکرد در مه و باران)، آن را به یک حسگر ضروری تبدیل کرده است. نقش رادار در ترکیب حسگرها (Sensor Fusion) با سایر حسگرها برای ایجاد درک جامع از محیط، حیاتی است و جایگاه رادار را در سیستم‌های رانندگی خودکار آینده تثبیت کرده است. رادار نقشی محوری در افزایش ایمنی و قابلیت‌های خودروهای مدرن و آینده ایفا می‌کند.
