Radar, lidar, kamera, czujniki ultradźwiękowe...
Zaawansowane systemy bezpieczeństwa czynnego samochodów lub, coraz powszechniejsze, funkcje zautomatyzowanego prowadzenia pojazdów analizują dane o sytuacji na drodze pochodzące z różnorodnych źródeł. Jakie to czujniki i na czym polega ich działanie?
Podstawowym elementem wyposażenia, niezbędnym do działania zaawansowanych systemów bezpieczeństwa czynnego lub funkcji zautomatyzowanego prowadzenia pojazdów, jest kamera. Zainstalowana za przednią szybą, zazwyczaj przed wewnętrznym lusterkiem wstecznym, dostarcza obrazu drogi przed samochodem, który następnie analizowany jest przez potężny komputer systemu.
W efekcie system uzyskuje informacje o położeniu samochodu w obrębie pasa ruchu (względem linii oznakowania poziomego jezdni), znakach drogowych (w szczególności znakach zakazu i ograniczeń prędkości), a także obecności przeszkód, np. innych pojazdów. Obraz z kamery pozwala także wykryć światła przednie lub tylne pojazdów w odległości do ok. 100 metrów, co jest wykorzystywane przez funkcję automatycznych świateł drogowych. W bardziej zaawansowanych systemach, wykorzystuje się kamery stereoskopowe, czyli po prostu dwie kamery umieszczone na tej samej wysokości w odległości kilku-kilkunastu centymetrów względem siebie - takie rozwiązanie zastosowano np. w najnowszym Lexusie LS. Kamery stereoskopowe działają podobnie do ludzkiego wzroku, dając pojazdowi możliwość "widzenia" przestrzennego.
Kamerom towarzyszą z reguły dodatkowe czujniki. Pierwszym z nich jest lidar - precyzyjny czujnik optyczny, stanowiący połączenie lasera z fotodetektorem. Nazwa lidar pochodzi od połączenia słów "light" (światło) i radar, można ją też interpretować jako skrót od "Light Detection and Ranging" (wykrywanie i pomiar odległości za pomocą światła) lub "Laser Imaging, Detection and Ranging" (laserowe obrazowanie, wykrywanie i pomiar odległości).
Krótko mówiąc, najważniejszym zadaniem lidaru jest właśnie określenie dystansu od poszczególnych obiektów znajdujących się przed pojazdem. Odbywa się to w ten sposób, że promień lasera świecącego niewidzialnym dla oka światłem podczerwonym odchylany jest przez wirujące lustro, dzięki czemu periodycznie omiata przestrzeń przed samochodem. Odbite od przeszkód światło wraca do czujnika, gdzie jest wykrywane przez fotodetektor. Następnie komputer, na podstawie czasu, który minął od wysłania promienia lasera do jego powrotu do czujnika, oblicza odległość od poszczególnych przeszkód, a w pamięci systemu powstaje "mapa", zwana "chmurą punktów", pozwalająca komputerowi ocenić, czy istnieje zagrożenie kolizją.
Ponieważ zasięg lidaru jest stosunkowo niewielki, zwłaszcza podczas intensywnych opadów lub mgły, w bardziej zaawansowanych systemach stosuje się radar. Zasada jego działania również polega na określaniu odległości na podstawie pomiaru czasu powrotu fali radiowej odbitej od przeszkody, jednak użycie milimetrowych fal radiowych zapewnia praktyczną niewrażliwość na warunki atmosferyczne, a ponadto większy zasięg i dokładność - dlatego w pojazdach wyposażonych w aktywny tempomat, takich jak nowa Toyota Prius czy samochody marki Lexus, instaluje się właśnie radar.
Czy rzeczywiście pojazd autonomiczny musi być aż tak najeżony czujnikami? Teoretycznie nie - Elon Musk twierdzi, że system automatycznego prowadzenia może funkcjonować wyłącznie w oparciu o kamery. W zasadzie ma rację, bo przecież człowiekowi do prowadzenia samochodu wystarczy para oczu. Jednak uzyskanie na podstawie obrazu informacji niezbędnych do bezpiecznej jazdy wymaga potężnej mocy obliczeniowej, a dodatkowe czujniki pozwalają realizować cele systemu z użyciem znacznie prostszych komputerów, w dodatku w warunkach ograniczonej widoczności.
