Sistemas de assistência à condução: o poder dos sensores
Os sistemas de assistência à condução (ADAS: Advanced Driver Assistance Systems) proporcionam nos veículos um maior conforto e segurança na estrada. Atualmente, inúmeros sistemas de assistência à condução são utilizados em veículos ligeiros de passageiros, estando estes frequentemente incluídos em pacotes de segurança individuais. Estes sistemas permitem um reconhecimento cada vez mais inteligente da zona circundante, através de um desempenho cada vez melhor dos sensores. O desempenho de tecnologias como ultrassons, radar, Lidar e câmara, entre outros, têm melhorado significativamente. O software altamente complexo é o componente-chave dos módulos de comando, cada vez mais eficientes. Este otimiza os processos dos algoritmos com a finalidade de reagir rapidamente e desencadear a (re)ação correta, mesmo em situações de condução críticas. Desta forma, é possível manter o controlo em situações críticas e, assim, evitar acidentes.
Vejamos, por exemplo, o assistente de faixa de rodagem: ao sair da faixa de rodagem, é suficiente um sinal sonoro de advertência, uma advertência háptica através da vibração do volante ou é necessária uma intervenção ativa no volante ou nos travões? Para tomar a decisão certa, os sistemas modernos utilizam a combinação entre sensores e sistemas de câmaras. Quanto mais preciso for o processamento das informações em tempo real, mais adequada será a reação do sistema de assistência à condução à situação do tráfego. Consoante a aplicação e os ADAS, são também incorporadas muitas outras informações, tais como a velocidade, o ângulo de viragem, a distância de segurança, informações sobre o ângulo morto ou mesmo as condições da estrada (etc.). Por exemplo, o novo sensor Shake da HELLA melhora a perceção da zona circundante por parte do radar, do Lidar e da câmara, fornecendo dados atualizados e precisos sobre as condições da estrada.
Contudo, existem também sistemas de assistência que não intervêm diretamente na dinâmica de condução, mas melhoram significativamente a segurança passiva e o conforto. Exemplos disso são o assistente de máximos ou o limpa para-brisas automático. A HELLA também fornece sensores combinados de chuva/luz, que medem a temperatura, a humidade e a intensidade da radiação solar (luz ambiente), permitindo controlar não só as luzes de circulação, mas também o ar condicionado.
Utilizando um elemento piezoelétrico, o sensor Shake deteta vibrações, e ruído aéreo e gotas de água projetadas, determinando, assim, o grau de humidade entre o pneu e a estrada. Figura: HELLA
Sensor de chuva/luz moderno e multifuncional. Figura: HELLA
Sensores de ultrassons e de radar
Os sistemas de radar (geralmente com 77 GHz) permitem medições precisas de velocidade e distância — mesmo que o veículo esteja a circular uma velocidade elevada — mas não dispõem de uma resolução angular elevada. Estes são utilizados, por exemplo, para evitar colisões. Um dos seus pontos fortes é o facto de não dependerem das condições climatéricas. Além do radar de curto alcance para a deteção de objetos a uma distância de até 30 m, são utilizados sistemas de radar de médio e longo alcance, com um alcance de até 250 m.
Os sensores de ultrassons desde há muito tempo já fazem parte do sistema de assistência ao estacionamento clássico. Estes medem a distância até ao objeto mais próximo, detetando o tempo que os impulsos refletidos demoram a percorrer a respetiva distância. Enquanto especialistas do curto alcance, não são tão relevantes para a condução automatizada, mas comprovaram a sua valia enquanto assistentes de estacionamento e de ângulo morto. Os sensores de ultrassons são compactos e robustos. Também trabalham durante a noite e sem qualquer interferência, por exemplo, em caso de nevoeiro. Contudo, não são tão eficazes em caso de queda de neve e não são adequados para distâncias mais longas.
Os sensores de ultrassons são considerados uma tecnologia “clássica”. Até oito destes sensores podem estar instalados na dianteira e na traseira, geralmente nos para-choques, e fornecem sinais de aviso da distância durante o estacionamento.
Sensores Lidar
Um sensor igualmente importante é o sensor Lidar. Lidar é uma abreviatura que significa “Light Detection and Ranging” (em português, deteção e telemetria por luz) — um sistema de medição ótica para a deteção de objetos. A posição do objeto é determinada medindo o tempo de reflexão entre o objeto detetado e o emissor do impulso laser. Trata-se portanto de um scanner de laser que também pode criar uma imagem tridimensional da zona circundante. Ao invés de micro-ondas, os sistemas Lidar funcionam com impulsos de luz das gamas de luz não visível, ou seja, próximas da luz infravermelha. Por norma, estes impulsos de luz têm um comprimento de onda de 905 nm, um alcance de 200 m em condições meteorológicas favoráveis, uma resolução angular elevada e uma cobertura de 360°. No entanto, o alcance é prejudicado por luz ofuscante e más condições de visibilidade causadas por situações tais como nevoeiro, chuva ou a projeção de gotículas de água. Por conseguinte, o Lidar é maioritariamente utilizado como um sistema adicional.
Sistemas de câmaras (sensores óticos)
Os sistemas de câmaras são também frequentemente utilizados para a monitorização da zona circundante. Uma aplicação central é, por exemplo, o assistente de sinais de trânsito. Os sinais detetados são exibidos diretamente no painel de instrumentos ou no ecrã. Em muitos casos, o assistente de sinais de trânsito também serve como base de informação para outros sistemas de assistência à condução, tais como o aviso de prioridade, o aviso de circulação em contramão ou a função de aviso de limite de velocidade.
Além dos sinais de trânsito, as câmaras modernas podem também reconhecer obstáculos à frente do veículo e até fazer a distinção entre os mesmos.
Além disso, as câmaras modernas podem também reconhecer obstáculos à frente do veículo e até fazer a distinção entre os mesmos. São utilizadas tanto câmaras mono como estéreo. As câmaras estéreo são capazes de detetar obstáculos tridimensionalmente sem recurso a sensores adicionais. Contudo, na câmara estéreo o espaço de instalação causa limitações no que diz respeito à formação de uma imagem 3D: quanto menor for a distância entre as duas lentes da câmara, menor será a distância de medição tridimensional efetiva. Isto significa que as câmaras estéreo podem detetar uma imagem tridimensional do que veem até 50 m à frente do veículo. Além disso, as diferenças de perspetiva entre as duas imagens captadas são demasiado pequenas para obter quaisquer informações 3D a partir das mesmas. Acima deste limite, a câmara comporta-se como uma câmara mono.
O alcance de uma câmara mono é de cerca de 250 m, independentemente do espaço de instalação. Combinando as imagens de várias câmaras e sensores, é possível criar uma representação tridimensional. Além disso, as câmaras no habitáculo podem detetar se o condutor está cansado ou distraído. As câmaras de zona circundante (na dianteira e na traseira) também captam a zona próxima do veículo e mostram obstáculos.
Sensores de infravermelhos
Os assistentes de visão noturna, por outro lado, utilizam câmaras de infravermelhos. Estas reagem à emissão de calor dos objetos. Convertidas em imagens a preto e branco, as informações são exibidas no ecrã combinado. O ambiente mais frio é exibido num tom escuro, enquanto as pessoas e os animais são exibidos num tom manifestamente claro. Até uma distância de 300 m, os sistemas modernos detetam pessoas e animais selvagens de maior porte. Em situações de perigo, é emitido um sinal de aviso. Consoante o sistema de faróis, é possível, por exemplo, avisar a pessoa através de impulsos de luz curtos.
A combinação e fusão dos dados dos sensores
Todos os dados relevantes de ultrassons, radar, Lidar, câmara, etc. podem ser combinados de forma inteligente e em tempo real com a ajuda da chamada “fusão de sensores”. Em termos práticos, é isto que torna a condução automatizada possível. As redundâncias, ou seja, a sobreposição parcial de resultados no que diz respeito à deteção da zona circundante são estritamente desejadas. É principalmente através das redundâncias e verificações de plausibilidade (ou seja, o controlo interno do sistema quanto ao registo correto dos dados da zona circundante) que se impede uma interpretação incorreta dos dados. Consoante os sistemas de assistência à condução, o grau de automatização e a classe do veículo, é necessário processar em tempo real uma mistura de informações e de dados de sensores, bem como um volume de dados cada vez maior. Isto é, já hoje, uma obra-prima da tecnologia!