Прогресс техники происходит на наших глазах и настолько быстро, что иногда возникает вопрос: «Что впереди — человек или прогресс?». Когда мы употребляем термин «навигационно-пилотажный комплекс» (НПК), в наших мыслях возникает самолет. То, что современный самолет без НПК летать не может, нас уже не удивляет. Действительно, самолет летит быстро, ориентиры не всегда видны, в отдельных случаях секундное промедление равнозначно катастрофе. Боевой самолет вообще не может решать задач без НПК. А что же автомобиль?

Итак НПК обеспечивает управление движением самолета. При этом во многих ситуациях он делает это лучше человека, а иногда выполняет то, что человек сделать просто не в состоянии. Особенно, когда время ограничено. Та же ситуация и с компьютером — он вроде бы делает только то, что может выполнить человек и что он в него запрограммировал. Но делает это он во много раз быстрее и надежнее.

Новинки автоиндустрии, демонстрирующиеся на автосалонах, убедительно говорят о том, что прогресс ведет нас к автомобилям, в которых человек — не водитель, а только пассажир или капитан корабля. Для этого и нужен навигационно-пилотажный комплекс.

И такие разработки уже есть. Достаточно вспомнить «напичканный» электроникой концепт-кар «Рено Вел Сатис», а японский автомобиль «Митцубиси HSR-VI» можно считать настоящим прообразом автомобиля ХХІ века. Такой автомобиль имеет совершенные «органы чувств», которые непрерывно наблюдают за внешней обстановкой. Лазерные радарные системы установлены по периметру автомобиля. Они определяют расстояние до объектов впереди, сзади и сбоку автомобиля. Четыре цветные стерео-видеокамеры снимают окружающую обстановку и передают на центральный компьютер для анализа и выдачи предупреждающих или управляющих сигналов. Навигационная система обеспечивает прием информации от электронных, электрических, магнитных, оптических средств управления дорожным движением (если такие есть), от других автомобилей, спутников, теле- и радиостанций, приемно-передающих устройств светового и инфракрасного диапазона. Если водитель или диспетчер неправильно управляет автомобилем, комплекс может сначала выдать предупреждающие сигналы (звуковые или на дисплее), а затем и принять управление на себя.

Таким образом, с помощью этого комплекса можно гарантировать безопасное движение без нарушения правил, можно обеспечить движение по заданному пути, можно организовать дистанционное управление, подобно тому, как управляют автомобилем-игрушкой. Надо сказать, что потребности и перспективы создания транспортных роботов велики. Достаточно вспомнить одного из первенцев — «луноход», автосамосвалы современных карьеров или машины для разработки полезных ископаемых морского шельфа.

Но и обычные авто не так далеки от этого, как может показаться на первый взгляд. Какие же составные части НПК уже реализованы в серийных автомобилях?

«Четырехколесная» космическая навигация

Автомобили уверенно «приближаются» к самолетам, кораблям и военной технике в области определения координат и ориентирования на местности. В первую очередь, благодаря спутниковым навигационным системам. Последняя модификация GPS (Global Pozition System) — глобальная система позиционирования (глобальная — значит для всего земного шара) — состоит из трех основных частей: спутников, станций слежения за спутниками и бортовых приемоиндикаторов с дисплеем. Спутники обращаются на орбитах, удаленных от Земли на высоту порядка 20 000 км с периодом обращения около 12 часов. Одновременно функционируют от 18 до 24 спутников. Такого количества достаточно, чтобы в любой точке Земли одновременно можно было наблюдать минимум 3-4 спутника.

Спутники играют роль своеобразных радиомаяков. Координаты местоположения спутников достаточно точно известны. Для этого по всему земному шару работают станции слежения, расположенные на суше и на специальных судах. Пользуясь этими координатами и измерив дальности от автомобиля до 3-х спутников, можно вычислить координаты машины на земной поверхности. При одновременной видимости 6 спутников координаты можно определить с точностью до 16 метров, при видимости меньшего числа спутников ошибка больше — до 100 метров.

Бортовое оборудование автомобильной навигационной системы GPS состоит из антенны, приемника спутникового сигнала, осуществляющего его предварительную обработку, компьютера для необходимых вычислений и дисплея для отображения координат или маршрута. Естественно, чтобы «привязаться» к местности, одних координат недостаточно — необходимы карты. И они есть (по крайней мере, за рубежом) — это электронные карты на компакт-дисках, на которых можно отобразить местность с разным масштабом, вплоть до улиц, аллей, приметных строений. Компьютер может легко «прочесть» такие карты с помощью несколько модифицированного CD-проигрывателя.

Вот вкратце и вся наука: водителю остается поместить карту в дисковод и на дисплее появится участок карты местности и метка (курсор), отображающая автомобиль. Дальше можно ощутить себя пилотом самолета: ввести данные о маршруте движения — и навигационная система своими сигналами не позволит пропустить нужный поворот. А если вы все же прозеваете развилку, компьютер вычислит новый маршрут до цели. Современные автомобильные навигаторы «научились» предупреждать водителя о необходимых маневрах даже человеческим голосом (например, приятным женским), одновременно показывая на дисплее приближающуюся развязку или перекресток в увеличенном масштабе.

Автомобильные навигационные системы уже выпускаются серийно многими фирмами. Наиболее совершенные объединяют в себе аудиостереосистему, сотовую связь, и собственно навигатор. Эту систему можно использовать и как противоугонную, поскольку она может выдавать сигнал о местонахождении автомобиля в любой момент времени. Заметим, что спутниковые навигационные приемники (но не в автомобильном исполнении) уже давно выпускаются в Украине.

За рубежом автомобильная навигация пользуется все большей популярностью. Ведь в современных городах многополосные магистрали с разрешенной скоростью движения 110-130 км/ч разветвляются и пересекаются иногда в 3-х уровнях. Промедлив 2-3 секунды перед развязкой или свернув не на ту полосу, можно потерять десятки минут, возвращаясь на нужную улицу. Поэтому помимо упоминавшихся стационарных бортовых систем, которые монтируются на заводе или в специализированных сервис-центрах, появились и портативные навигаторы, которые может установить в машину сам водитель. Это помещаемая «на липучке» на крышу антенна-приемник, обычный переносной компьютер «ноут-бук», который таким же способом крепится на передней панели, и компакт-диски с программой и картами. Если человек умеет обращаться с компьютером и Windows, через полчаса можно смело отправляться в путь по незнакомому городу.

Еще одна, хоть и малая, задача для автомобильной навигации — это парковка. Многие, наверное, могут вспомнить смятые крылья или бамперы из-за «подвернувшихся» сзади столбов, деревьев или других машин. Для того, чтобы сделать парковку более безопасной, сзади устанавливают систему, сигнализирующую о близлежащих препятствиях. Это своеобразный локатор, «опознающий» помехи и измеряющий расстояние до них с помощью ультразвуковых датчиков. Впервые такой ультразвуковой локатор — сонар — установила на свои автомобили «Тойота» в 1982 г. Он имеет две передающие и две приемные антенны и позволяет наблюдать на дисплее обстановку сзади автомобиля в пределах до 10 м, облегчая маневрирование.

Хотя сонар весьма полезен при парковке, однако он не решает задачу автоматической парковки, так как не может показать, куда и по какой траектории должен перемещаться автомобиль. Один из вариантов решения проблемы — прокладка в месте парковки ориентирующего магнитопровода с одновременной установкой на автомобиле магниточувствительных датчиков, определяющих отклонение автомобиля от магнитопровода. Электронный блок управляет автомобилем по сигналам магниточувствительных датчиков таким образом, что автомобиль движется по проложенной траектории. Такая система была отработана фирмой «Митцубиси» еще в 1989 г. Основной недостаток такой системы — необходимость оборудования не только автомобиля, но и стоянки.

Тем не менее, подобные системы есть в США. Они предназначены для обеспечения безопасности поворотов на автомагистралях. Сначала они предупреждают водителя о приближении поворота (чтобы «не проспал»), а потом помогают водителю правильно провести поворот.

Автопилот — реальность современных автомобилей

До сих пор речь шла о навигационных задачах. А где же пилотаж?

Одна из наиболее простых составляющих автомобильного «автопилота» — система круиз-контроля. Она обеспечивает движение автомобиля с постоянной заданной скоростью, а в более сложной версии — и сохранением дистанции до идущего впереди транспорта. Это уже не информационная система, а система управления. Скорость движения задается с пульта, а измеряется датчиком скорости автомобиля. Этот режим используется при движении на трассе и действует обычно на скоростях не менее 60 км/час. При отклонении скорости движения от заданной компьютер управляет двигателем так, чтобы скорость движения соответствовала заданной (см. «АЦ», № 48).

Возможности круиз-контроля постоянно расширяются благодаря использованию радаров, например, как в системе «Дистроник» (Distronic), установленной на новейшем «Мерседес» S-класса (см. «АЦ», №44). В этой системе трехлучевой радар определяет расстояние до объектов, находящихся прямо перед автомобилем, на полосе слева и полосе справа на удалении до 150 м. При появлении объекта впереди автомобиля система сбрасывает газ или даже тормозит, когда это необходимо. Если ситуация становится опасной, несмотря на торможение, водителя предупреждает еще и звуковой сигнал. Если водитель сменил полосу и дорога впереди свободна, система увеличивает скорость до заданной. Важно и то, что допустимая дистанция до объекта вычисляется не только на основании скорости автомобиля, а и с учетом состояния дороги и других условий, заданных водителем. Основной диапазон скоростей, при которых работает система — 40 ... 160 км/час, но при необходимости он может быть расширен до 7 ... 250 км/час. Безусловно такая система облегчает труд водителя, делает поездку более комфортной и безопасной.

Вообще же пилотаж — это ведение автомобиля по выбранному пути надлежащим образом. В первую очередь, исходя из безопасности движения. Среди пилотажных систем автомобиля есть и хорошо знакомые читателям антиблокировочные системы тормозов (ABS), исключающие занос при торможении, и противобуксовочные системы (ASR) для предотвращения проскальзывания ведущих колес. В самых современных автомобилях обычные элементы этих систем (датчики скорости автомобиля и датчики скорости вращения колес) дополнены акселерометрами, измеряющими ускорение, гироскопами, которые «чувствует» скорость вращения автомобиля, и объединены бортовым компьютером в сложную систему стабилизации движения. Такие системы (например, DSC у БМВ или ESP у «Мерседес», см. «АЦ», №49) рассчитывают безопасную траекторию машины в самых сложных ситуациях и помогают водителю избежать заноса или опрокидывания, управляя тормозами каждого колеса и режимами работы двигателя.

Думается, недалеко то время, когда НПК на автомобиле станут такими же привычными и нужными, как и компьютер в современной жизни. Они обеспечат безопасность движения, экономию ресурсов и времени, комфорт, а «Автоцентр» будет информировать вас о всех новинках, доступных автомобилистам в Украине.

В. МЕЛЕШКО, канд. техн. наук, доцент НТУУ «Киевский политехнический институт»
С. ТАРНАВСКИЙ, канд. техн. наук

http://www.autocentre.ua/ac/service/new-technologies/8333.html