Advanced Driver Assistance Systems (ADAS): lo que pueden hacer los sensores
Los sistemas de asistencia al conductor (ADAS: sistemas avanzados de asistencia al conductor) proporcionan en los vehículos más confort y seguridad en el tráfico rodado. Entre tanto se utilizan en los turismos numerosos sistemas de asistencia al conductor que a menudo están combinados en paquetes de seguridad individuales. Esto es posible gracias a un reconocimiento cada vez más inteligente del entorno mediante sensores con un rendimiento cada vez mayor. El rendimiento de los ultrasonidos, el radar, los lidar, las cámaras y demás ha aumentado notablemente. Un software sumamente complejo es el núcleo de las unidades de control cada vez más potentes. Este optimiza los procesos de los algoritmos para obtener reacciones rápidas y activar las (re)acciones correctas incluso en situaciones de conducción críticas. De este modo es posible superar las situaciones críticas y evitar accidentes.
Tomemos como ejemplo el sistema de alerta de salida del carril: ¿Basta un tono de aviso o una advertencia háptica mediante la vibración del volante al abandonar el carril, o es necesaria una intervención activa en la dirección o el freno? Para tomar la decisión correcta, los sistemas modernos pueden aprovechar la interacción de sensores y sistemas de cámaras. Cuanto mayor sea la exactitud al procesar la información en tiempo real, mejor será la reacción del sistema de asistencia al conductor ante la situación del tráfico. Dependiendo de la aplicación y del ADAS, también se incorporan muchas más informaciones, como la velocidad, el ángulo de giro, la distancia al vehículo delantero, información sobre el ángulo muerto o incluso el estado de la carretera (etc.). Por ejemplo, el nuevo sensor Shake de HELLA amplía la percepción del entorno del radar, el lidar y la cámara proporcionando datos actualizados y precisos sobre el estado de la calzada.
También existen sistemas de asistencia que no intervienen directamente en los procesos de la dinámica de conducción, pero que mejoran notablemente la seguridad pasiva y el confort. Algunos ejemplos son el asistente de luces de carretera o el limpiaparabrisas automático. HELLA también suministra sensores combinados de lluvia/luz que miden la temperatura, la humedad del aire y la radiación solar (luz ambiental), y que pueden controlar así el sistema de aire acondicionado además de las luces de conducción diurna.
El sensor Shake detecta mediante un elemento piezoeléctrico las vibraciones y el ruido aéreo, al igual que las gotas de agua que se arremolinan, y determina así el grado de humedad entre los neumáticos y la calzada. Imagen: HELLA
Sensor de lluvia/luz moderno y multifuncional. Imagen: HELLA
Sensores de radar y ultrasónicos
Los sistemas de radar (la mayoría de 77 GHz) permiten mediciones precisas de la velocidad y la distancia —incluso a grandes velocidades del vehículo—, pero no tienen una gran resolución angular. Se utilizan, por ejemplo, para evitar colisiones. Uno de sus puntos fuertes es su independencia de las condiciones meteorológicas. Además del radar de corto alcance para detectar objetos a distancias de hasta 30 m, se utilizan también sistemas de radar de medio y largo alcance, con alcances de hasta 250 m.
Desde hace mucho tiempo, los sensores ultrasónicos forman parte de la ayuda para aparcar clásica. Miden la distancia hasta el objeto más cercano registrando el tiempo de viaje de los impulsos sonoros que han emitido y que se reflejan. Como especialistas del corto alcance, son menos relevantes para la conducción automatizada, pero han demostrado su eficacia como asistentes de aparcamiento y de ángulo muerto. Los sensores ultrasónicos son compactos y robustos. También funcionan por la noche y sin interferencias, por ejemplo si hay niebla. No obstante, tienen puntos débiles cuando nieva y no son adecuados para distancias más largas.
Los sensores ultrasónicos se consideran un “clásico”. Se instalan hasta ocho de ellos delante y detrás, normalmente en los parachoques, y sirven para advertir de la distancia al aparcar.
Sensores lidar
Un sensor igualmente importante es el llamado sensor lidar. La abreviatura significa Light-Detection and Ranging, es decir que es un sistema óptico de medición para detectar objetos. La posición del objeto se puede determinar mediante el tiempo que necesita la luz emitida desde que se refleja en el objeto hasta que vuelve al receptor. Es, por tanto, básicamente un escáner láser que también puede crear una imagen tridimensional del entorno. Los sistemas lidar no funcionan con microondas, sino con impulsos luminosos de las gamas de luz no visibles, es decir, cercanas a la luz infrarroja. Sus características típicas son una longitud de onda de 905 nm, un alcance de 200 m en buenas condiciones meteorológicas, una alta resolución angular y una cobertura de 360°. Sin embargo, la luz deslumbrante, las condiciones de mala visibilidad como la niebla, la lluvia o las salpicaduras disminuyen el alcance. Por eso, el lidar se utiliza sobre todo como sistema adicional.
Sistemas de cámaras (sensores ópticos)
Los sistemas de cámaras también se utilizan con frecuencia para la vigilancia del entorno. Una aplicación básica es, por ejemplo, el reconocimiento de señales de tráfico. Las señales detectadas se muestran directamente en el visor del instrumento o en la pantalla. En muchos casos, el reconocimiento de señales de tráfico también sirve como base de información para otros sistemas de asistencia al conductor, como el sistema de aviso de prioridad, el sistema de advertencia de dirección incorrecta o la función de advertencia de velocidad.
Además de las señales de tráfico, las cámaras modernas también pueden detectar e incluso diferenciar obstáculos delante del vehículo.
Las cámaras modernas también pueden detectar e incluso diferenciar obstáculos delante del vehículo. Se utilizan tanto monocámaras como cámaras estéreo. Estas últimas son capaces de detectar obstáculos tridimensionalmente sin sensores adicionales. No obstante, en las cámaras estéreo el espacio de instalación limita la obtención de imágenes en 3D: cuanto menor sea la distancia entre los dos objetivos de la cámara, menor será el alcance efectivo de la medición tridimensional. Es decir que las cámaras estéreo pueden ver tridimensionalmente hasta 50 m delante del vehículo. Además, las diferencias de perspectiva de las dos imágenes tomadas son demasiado pequeñas como para derivar información 3D de ellas. A partir de este límite, la cámara se comporta como una monocámara.
El alcance de una monocámara es de unos 250 m, independientemente del espacio de instalación. Combinando las imágenes de varias cámaras y sensores se puede crear una representación tridimensional. Las cámaras del habitáculo también pueden detectar si el conductor está cansado o distraído. Las cámaras del entorno (delante y detrás) graban adicionalmente el entorno inmediato del vehículo y muestran los obstáculos.
Sensores infrarrojos
En cambio, para los asistentes de visión nocturna se utilizan cámaras infrarrojas. Estas reaccionan frente a la radiación térmica de los objetos. Las imágenes se convierten a blanco y negro, y la información se muestra en la pantalla combinada. Los entornos más fríos aparecen oscuros, las personas y los animales aparecen llamativamente brillantes. Los sistemas modernos detectan a personas y animales salvajes de gran tamaño a distancias de hasta 300 m. En situaciones peligrosas se emite una señal acústica de advertencia. Dependiendo del sistema de faros es posible, por ejemplo, avisar a la persona mediante breves impulsos luminosos.
La combinación de los datos de los sensores
Todos los datos pertinentes procedentes de ultrasonidos, radares, lidar, cámaras, etc., pueden vincularse de forma inteligente y en tiempo real mediante la llamada fusión de sensores. Esto aporta la perspectiva que hace posible la conducción automatizada. En este caso se desean explícitamente las redundancias, es decir, el solapamiento parcial de los resultados en términos de reconocimiento del entorno. Solo las redundancias y los controles de plausibilidad, es decir, el control interno del sistema para determinar si los datos medioambientales se han registrado correctamente, evitan en gran medida la interpretación incorrecta de los datos. En función de los sistemas de asistencia al conductor, el grado de automatización y la clase de vehículo, nos encontramos con una combinación individual de información y sensores y con cada vez más datos que deben procesarse en tiempo real. ¡Esto es ya en la actualidad una obra maestra de la tecnología!