Advanced Driver Assistance Systems (ADAS): cosa sono in grado di fare i sensori
I sistemi di assistenza alla guida (ADAS: Advanced Driver Assistance Systems) offrono ai veicoli maggiore comfort e sicurezza nel traffico stradale. Ormai, nelle autovetture vengono utilizzati numerosi sistemi di assistenza alla guida, spesso combinati in singoli pacchetti di sicurezza. Ciò è reso possibile da un riconoscimento sempre più intelligente dell'ambiente circostante grazie a sensori sempre più performanti. Le prestazioni dei sensori a ultrasuoni, radar, Lidar, della telecamera e così via sono migliorate notevolmente. Il software altamente complesso è il cuore delle centraline sempre più potenti. Ottimizza i processi degli algoritmi per reagire rapidamente e avviare la giusta (re)azione anche in situazioni di guida critiche. In questo modo è possibile gestire le situazioni critiche ed evitare gli incidenti.
Prendiamo ad esempio il sistema di mantenimento della corsia: è sufficiente un segnale acustico o un avvertimento tattile tramite vibrazione del volante quando si abbandona la corsia o è necessario un intervento attivo di sterzata o frenata? Per prendere la decisione giusta, i sistemi moderni possono utilizzare l'interazione di sensori e sistemi di telecamere. Quanto più accuratamente vengono elaborate le informazioni in tempo reale, tanto più ottimale sarà la reazione del sistema di assistenza alla guida alla situazione del traffico. A seconda dell'applicazione e degli ADAS, vengono considerate anche numerose altre informazioni, come la velocità, l'angolo di sterzata, la distanza dal veicolo che precede, le informazioni sull'angolo cieco o persino le condizioni della strada (ecc.). Ad esempio, il nuovo sensore Shake di HELLA amplia la percezione ambientale del sensore radar, Lidar e delle telecamere, fornendo dati aggiornati e precisi sulle condizioni della strada.
Tuttavia, esistono anche sistemi di assistenza che non intervengono direttamente nei processi della dinamica di guida, ma migliorano significativamente la sicurezza passiva e il comfort. Ne sono un esempio l'assistente abbaglianti o il tergicristallo automatico. Infatti, HELLA fornisce anche sensori combinati pioggia/luce che misurano la temperatura, l'umidità dell’aria e la radiazione solare (luce ambientale) e possono quindi comandare l’impianto di climatizzazione oltre alle luci di marcia.
Attraverso un elemento piezoelettrico, il sensore Shake percepisce le vibrazioni e il rumore dell'aria, nonché il turbinio delle gocce d'acqua e determina il grado di umidità presente tra pneumatico e strada. Figura: HELLA
Moderno sensore pioggia/luce multifunzione. Figura: HELLA
Sensori radar e a ultrasuoni
I sistemi radar (per lo più a 77 GHz) consentono di misurare con precisione la velocità e la distanza, anche ad alta velocità del veicolo, ma non hanno un'elevata risoluzione angolare. Vengono utilizzati, ad esempio, per evitare le collisioni. Uno dei loro punti di forza è l'indipendenza dalle condizioni atmosferiche. Oltre ai radar a corto raggio per il riconoscimento di oggetti fino a 30 metri di distanza, vengono utilizzati sistemi radar a medio e lungo raggio con una portata fino a 250 metri.
I sensori a ultrasuoni fanno parte dei classici sistemi di assistenza al parcheggio già da molto tempo. Misurano la distanza dall'oggetto più vicino rilevando il tempo di percorrenza degli impulsi sonori riflessi che hanno emesso. Come specialisti a corto raggio, sono meno rilevanti per la guida automatizzata, ma si sono dimostrati di grande aiuto come sistemi di assistenza al parcheggio e all'angolo cieco. I sensori a ultrasuoni sono compatti e robusti. Funzionano anche di notte e senza limitazioni, ad esempio in presenza di nebbia. Tuttavia, hanno i loro punti deboli in caso di nevicate e non sono adatti alle distanze più lunghe.
I sensori a ultrasuoni sono considerati dei "classici". Fino a otto sono installati rispettivamente nella parte anteriore e posteriore, di solito nei paraurti, e vengono utilizzati per segnalare la distanza in fase di parcheggio.
Sensori Lidar
Un sensore altrettanto importante è il cosiddetto sensore Lidar. L'abbreviazione significa Light-Detection and Ranging, un sistema di misurazione ottico per il rilevamento di oggetti. La posizione dell'oggetto può essere determinata in base al tempo necessario affinché la riflessione della luce emessa sull'oggetto torni nuovamente al ricevitore. In linea di principio, quindi, si tratta di uno scanner laser che può anche creare un'immagine tridimensionale dell'ambiente circostante. I sistemi Lidar non funzionano con le microonde, ma con impulsi luminosi appartenenti alla gamma della luce non visibile, cioè quella vicina agli infrarossi. Le caratteristiche tipiche sono una lunghezza d'onda di 905 nm, una portata di 200 m in buone condizioni atmosferiche, un'elevata risoluzione angolare e una copertura a 360°. Tuttavia, la luce abbagliante e condizioni di scarsa visibilità come la nebbia, la pioggia o gli spruzzi influiscono negativamente sulla portata. Pertanto, il Lidar viene utilizzato per lo più come sistema aggiuntivo.
Sistemi di telecamere (sensori ottici)
Anche i sistemi di telecamere sono spesso utilizzati per sorvegliare l’ambiente circostante. Un'applicazione centrale, ad esempio, è il riconoscimento dei segnali stradali. I segnali rilevati vengono riprodotti direttamente sul display della strumentazione o sullo schermo. In molti casi, il riconoscimento dei segnali stradali funge anche da base di informazioni per altri sistemi di assistenza alla guida, come il sistema di avviso di precedenza, il sistema di avviso di guida contromano o la funzione di avviso di velocità.
Oltre ai segnali stradali, le moderne telecamere sono in grado di riconoscere e addirittura distinguere anche gli ostacoli davanti al veicolo.
Le moderne telecamere possono riconoscere e distinguere anche gli ostacoli davanti al veicolo. Vengono utilizzate sia telecamere mono che stereo. Queste ultime sono in grado di riconoscere gli ostacoli in modo tridimensionale senza l'ausilio di sensori aggiuntivi. Nel caso di una telecamera stereo, tuttavia, lo spazio di installazione limita la riproduzione 3D: quanto minore è la distanza tra i due obiettivi della telecamera, tanto minore è il campo di misura tridimensionale effettivo. Ciò significa che le telecamere stereo possono vedere tridimensionalmente fino a 50 m davanti al veicolo. Inoltre, le differenze di prospettiva tra le due immagini riprese sono troppo piccole per ricavarne informazioni 3D. Oltre questo limite, la telecamera agisce come una telecamera mono.
La portata di una telecamera mono è di circa 250 m, indipendentemente dallo spazio di installazione. Combinando le immagini di diverse telecamere e sensori, è possibile creare una rappresentazione tridimensionale. Le telecamere nell'abitacolo possono anche riconoscere se il conducente è stanco o distratto. Le telecamere ambientali (anteriori e posteriori) rilevano inoltre l'ambiente circostante l'auto visualizzando gli ostacoli.
Sensori a infrarossi
Per gli assistenti alla visione notturna, invece, si utilizzano telecamere a infrarossi. Queste reagiscono alla radiazione termica degli oggetti. Convertite in immagini in bianco e nero, le informazioni vengono visualizzate nel display combinato. L'ambiente freddo appare scuro, mentre le persone e gli animali appaiono estremamente luminosi. I sistemi moderni riconoscono le persone e gli animali selvatici più grandi fino a una distanza di 300 metri. In situazioni di pericolo viene emesso un segnale di avvertimento. A seconda del sistema di proiettori, è possibile, ad esempio, avvertire la persona con brevi impulsi luminosi.
Combinazione dei dati dei sensori
Tutti i dati rilevanti forniti dai sensori a ultrasuoni, radar, Lidar, dalle telecamere e simili possono essere collegati in modo intelligente e in tempo reale con l'aiuto della cosiddetta fusione dei sensori. In prospettiva, è proprio questo che rende possibile la guida automatizzata. Le ridondanze, cioè la parziale sovrapposizione dei risultati del riconoscimento dell'ambiente, sono esplicitamente desiderate. Solo le ridondanze e i controlli di plausibilità, cioè il controllo interno al sistema, per verificare se i dati ambientali sono stati rilevati correttamente, impediscono in larga misura un'interpretazione errata dei dati. A seconda dei sistemi di assistenza alla guida, del grado di automatizzazione e della classe del veicolo, abbiamo quindi a che fare con un mix individuale di informazioni e sensori e sempre più dati che devono essere elaborati in tempo reale. Già oggi un capolavoro tecnologico!