Antikolizní radar



Zatím nepříliš rozšířené je při návrhu automobilů použití techniky, známé spíše z letectví. Systém na bázi radaru je schopen včas varovat před hrozící srážkou a příp. aktivovat brzdy či upravit kurs. Zástavba takového přístroje do vozidla však má jistá úskalí.

Přibližně 70 % všech automobilových nehod s následkem smrti nebo vážného zranění je způsobeno opožděným vyhodnocením nebezpečí řidičem, včetně neschopnosti předvídat konkrétní situaci nebo ověřit, zda jsou podmínky pro jízdu v daném okamžiku bezpečné. Je tedy logické, že se výrobci snaží vybavit vozidla systémy včasného varování před hrozící srážkou. Nejdůležitějším takovým systémem je antikolizní radar, který ale z fyzikálních důvodů musí pracovat ve vysokém kmitočtovém pásmu.

Zástavba radaru do vozidla není jednoduchá, neboť jeho funkce je ovlivňována částmi vozu, které jej obklopují. To si můžeme přiblížit jednoduchým experimentem. Podíváme-li se na své okolí skrze prázdnou pivní láhev, jeví se nám pozorované předměty jinak než obvykle; jsou všelijak zakřivené a také je vidíme tmavší. Zdánlivá deformace pozorovaného předmětu je způsobena lomem světla na rozhraní dvou prostředí – v tomto případě vzduchu a skla – přičemž lámání světelných paprsků ovlivňuje i tvar láhve včetně nerovností na stěnách. Sklo je navíc zabarveno, takže z viditelného spektra propouští nejvíc paprsky o vlnové délce kolem 500 nm (zelená láhev) nebo 550 nm (hnědá láhev) a ostatní tlumí. Pozorované předměty jsou tedy zabarvené do jednoho odstínu, a navíc jsou tmavší, protože zbylá část spektra byla více či méně potlačena.

 

Vraťme se nyní k našemu radaru. Umístíme-li jej tam, kde je to technologicky výhodné, tj. do dutiny za nárazníkem, uvidí okolí vozu podobně deformované, jako když jsme se my dívali přes pivní láhev. Elektromagnetické záření využívané radarem se totiž chová obdobně jako světlo, i když jeho vlnová délka je větší: v pásmu 77 GHz jsou to přibližně 4 mm. Konstruktéři se potýkají s útlumem signálu při průchodu plastovým nárazníkem a také s jeho zpětným odrazem, který by mohl v krajním případě ohrozit elektroniku radaru. Navíc je třeba počítat s tím, že nárazník je všemožně tvarován, podobně jako byla naše láhev. Stanovení prostorového rozložení elektromagnetického (EM) pole před vozidlem, které vzniklo v důsledku činnosti radaru, je tedy netriviální záležitostí, obzvláště uvědomíme-li si, že prototyp vozu nemusí být v době návrhu umístění radaru ještě k dispozici, a není tedy možné na něm provádět měření. Jako vysoce efektivní a přesný způsob stanovení EM pole přichází tedy na řadu numerická simulace s použitím výpočetní techniky.

 

Máme k dispozici různé výpočetní metody, jejichž výčet není předmětem tohoto článku, ale které se více či méně hodí k zpracování našeho problému. Zmíněné metody vesměs fungují tak, že zkoumané předměty rozdělí na dostatečně jemné prvky, které spolu sousedí, přičemž hodnoty sledovaných veličin jsou počítány v jednotlivých uzlových bodech těchto prvků. Námi zkoumaný problém, tj. funkce antikolizního radaru umístěného za nárazníkem vozu, je ale natolik složitý, že není prakticky možné dospět k přesnému výsledku použitím jen jedné metody. Zkoumané předměty (radar, nárazník, karoserie a prostor před vozem) jsou totiž vzhledem k vlnové délce radaru příliš velké, takže při jejich diskretizaci se dostáváme k takovému počtu prvků, který se nám „nevejde“ do žádného dostupného počítače. Naštěstí se nabízí možnost použít k řešení problému víc metod, kdy na malé díly, které je nutno zpracovat s nejvyšší přesností (anténa radaru) použijeme jednu metodu, zatímco na zbytek problému metodu jinou, jež se spokojí s většími prvky, a přesto ještě poskytuje dostatečně přesné výsledky. Příkladem takového postupu je simulace provedená pomocí softwaru CEM Solutions (Efield, PAM-CEM) firmy ESI Group. V konkrétním příkladu zástavby radaru do automobilu byla použita kombinace momentové metody (anténa radaru) a fyzikální optiky (nárazník a blízké okolí). Použitý hybridní přístup nám dává možnosti efektivního a dostatečně přesného modelování problémů v oblasti aktivní bezpečnosti, jako je třeba zástavba antikolizních radarů.

 

Autor: (tk)