Advanced Driver Assistance Systems (ADAS): Wat sensoren kunnen doen
Bestuurdersassistentiesystemen (ADAS: Advanced Driver Assistance Systems) bieden voertuigen extra comfort en veiligheid in het wegverkeer. Inmiddels worden in personenauto's talrijke bestuurdersassistentiesystemen gebruikt, die vaak worden gecombineerd in afzonderlijke veiligheidspakketten. Dit wordt mogelijk gemaakt door steeds intelligentere omgevingsherkenning via steeds beter presterende sensortechnologie. Ultrageluid, radar, lidar, camera en co. hebben duidelijk aan prestatievermogen gewonnen. De uiterst complexe software vormt het hart van de steeds krachtiger wordende regeleenheden. Het optimaliseert de processen van de algoritmes om snel te kunnen reageren en de juiste (re)actie te ondernemen, zelfs in kritieke rijsituaties. Zo kunnen kritieke situaties onder controle worden gehouden en ongelukken voorkomen.
Neem bijvoorbeeld de rijstrookassistent: Is een waarschuwingstoon of een haptische waarschuwing via het trillen van het stuurwiel voldoende bij het verlaten van de rijstrook, of is actief sturen of remmen noodzakelijk? Om de juiste beslissing te nemen, kunnen moderne systemen gebruik maken van de interactie van sensoren en camerasystemen. Hoe nauwkeuriger de live informatie in real time wordt verwerkt, des te optimaler de reactie van het bestuurdersassistentiesysteem op de verkeerssituatie. Afhankelijk van de toepassing en het ADAS wordt ook allerlei andere informatie opgenomen, zoals snelheid, stuurhoek, afstand tot de voorligger, dodehoekinformatie of zelfs de toestand van de weg (enz.). De nieuwe Shake-sensor van HELLA verbetert bijvoorbeeld de omgevingswaarneming van radar, lidar en camera door actuele en nauwkeurige gegevens over de toestand van de weg te verstrekken.
Toch zijn er ook assistentiesystemen die niet rechtstreeks ingrijpen in de rijdynamische processen, maar de passieve veiligheid en het comfort aanzienlijk verbeteren. Voorbeelden zijn de grootlichtassistent of de automatische ruitenwisser. HELLA levert bijvoorbeeld ook gecombineerde regen/licht-sensoren die de temperatuur, vochtigheid en zonnestraling (omgevingslicht) meten en zo naast de rijverlichting ook de airconditioning kunnen aansturen.
Via een piëzo-elektrisch element detecteert de SHAKE-sensor trillingen en luchtgeluid van opgespatte waterdruppels en bepaalt hij de hoeveelheid vocht die zich tussen de banden en de weg bevindt. Foto: HELLA
Moderne, multifunctionele regen/licht-sensor. Foto: HELLA
Radar- en ultrasone sensoren
Radarsystemen (meestal met 77 GHz) maken nauwkeurige snelheids- en afstandsmetingen mogelijk - zelfs bij hoge snelheid van het voertuig - maar hebben geen hoge hoekresolutie. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt om botsingen te vermijden. Een van de sterke punten is de onafhankelijkheid van het weer. Naast korteafstandsradar voor de detectie van objecten tot 30 m afstand worden middellange- en langeafstandsradarsystemen gebruikt met een bereik tot 250 m.
Ultrasone sensoren maken al lang deel uit van de klassieke parkeerhulp. Ze meten de afstand tot het dichtstbijzijnde voorwerp door de duur te registreren van gereflecteerde geluidsimpulsen die ze hebben uitgezonden. Als korteafstandsspecialisten zijn ze minder relevant voor geautomatiseerd rijden, maar ze hebben zich bewezen als parkeer- en dodehoekassistenten. Ultrasone sensoren zijn compact en robuust. Ze werken ook 's nachts en zonder storing, bijvoorbeeld bij mist. Ze hebben echter hun zwakke punten bij sneeuwval en zijn ook niet geschikt voor langere afstanden.
Ultrasone sensoren gelden als een "klassieker". Tot acht daarvan zijn aan de voor- en achterzijde geïnstalleerd, meestal in de bumpers, en dienen als afstandswaarschuwing bij het inparkeren.
Lidar-sensoren
Een even belangrijke sensor is de zogenaamde lidar-sensor. De afkorting betekent Light-Detection and Ranging - een optisch meetsysteem om objecten te detecteren. De positie van het voorwerp kan worden bepaald door de weerkaatsing van het uitgezonden licht op het voorwerp totdat het licht terugkeert naar de ontvanger. In principe dus een laserscanner die ook een driedimensionaal beeld van de omgeving kan produceren. Lidarsystemen werken niet met microgolven, maar met lichtimpulsen uit het bereik van niet-zichtbaar licht, d.w.z. in de buurt van infrarood licht. Typische kenmerken zijn de golflengte van 905 nm, een bereik van 200 m in goede weersomstandigheden, een hoge hoekresolutie en een dekking van 360°. Verblindend licht, slechte zichtomstandigheden zoals mist, regen of nevel beïnvloeden echter het bereik. Daarom wordt de lidar meestal gebruikt als aanvullend systeem.
Camerasystemen (optische sensoren)
Camerasystemen worden ook vaak gebruikt voor de bewaking van de omgeving. Een kerntoepassing is bijvoorbeeld verkeersbordherkenning. De gedetecteerde tekens worden direct op het display van het instrument of op het scherm weergegeven. In veel gevallen dient verkeersbordherkenning ook als informatiebasis voor andere rijhulpsystemen, zoals het waarschuwingssysteem voor voorrang, het waarschuwingssysteem voor verkeerd rijden of de snelheidswaarschuwingsfunctie.
Naast verkeersborden kunnen moderne camera's ook obstakels voor het voertuig herkennen en zelfs onderscheiden.
Moderne camera's kunnen bovendien obstakels voor het voertuig detecteren en zelfs onderscheiden. Er worden zowel mono- als stereocamera's gebruikt. Deze laatste kunnen obstakels driedimensionaal detecteren zonder aanvullende sensortechnologie. Bij een stereocamera beperkt de installatieruimte echter de 3D-beeldvorming: Hoe kleiner de afstand tussen de twee cameralenzen, hoe kleiner het effectieve driedimensionale meetbereik. Dit betekent: Stereocamera's kunnen driedimensionaal kijken tot 50 m voor het voertuig. Bovendien zijn de verschillen in perspectief van de twee genomen beelden te klein om er 3D-informatie uit af te leiden. Boven deze grens gedraagt de camera zich als een monocamera.
Het bereik van een monocamera is ongeveer 250 m, ongeacht de installatieruimte. Door de beelden van verschillende camera's en sensoren te combineren, kan een driedimensionale weergave worden gecreëerd. Camera's in het interieur kunnen ook detecteren of de bestuurder moe of afgeleid is. Omringende camera's (voor en achter) registreren ook de directe omgeving van de auto en tonen obstakels.
Infraroodsensoren
Voor nachtzichtassistenten daarentegen worden infraroodcamera's gebruikt. Ze reageren op de warmtestraling van objecten. Omgezet in zwart-wit beelden, wordt de informatie in het gecombineerde display weergegeven. De koelere omgeving wordt donker, mensen en dieren daarentegen opvallend helder weergegeven. Moderne systemen detecteren zowel mensen als groter wild op een afstand tot 300 m. In gevaarlijke situaties klinkt een waarschuwingssignaal. Afhankelijk van het koplampsysteem is het bijvoorbeeld mogelijk de persoon te waarschuwen met korte lichtpulsen.
Het samenvoegen van sensorgegevens
Alle relevante gegevens van ultrageluid, radar, lidar, camera en dergelijke kunnen intelligent en in real time worden gekoppeld met behulp van zogenaamde sensorfusie. In feite is dit wat geautomatiseerd rijden mogelijk maakt. Redundanties, d.w.z. de gedeeltelijke overlapping van resultaten op het gebied van omgevingsherkenning, zijn daarbij uitdrukkelijk gewenst. Alleen redundanties en plausibiliteitscontroles, d.w.z. de systeeminterne controle of de omgevingsgegevens correct zijn geregistreerd, voorkomen grotendeels een onjuiste interpretatie van de gegevens. Afhankelijk van de rijhulpsystemen, de mate van automatisering en de voertuigklasse hebben we dus te maken met een specifieke mix van informatie en sensoren en steeds meer gegevens die in real time moeten worden verwerkt. Nu al een echt meesterwerk van technologie!