Førerassistentsystemer: Hvad sensorer kan
Førerassistentsystemer (ADAS: Advanced Driver Assistance Systems) giver køretøjer ekstra komfort og sikkerhed i trafikken. Efterhånden findes der mange førerassistentsystemer i personbiler, som ofte er kombineret i individuelle sikkerhedspakker. Det er muligt takket være en stadig mere intelligent registrering af omgivelserne ved hjælp af en stadig mere effektiv sensorteknologi. Ultralyd, radar, lidar, kamera og lignende har klart forbedret deres ydeevne. Den meget komplekse software er kernen i de stadig mere kraftfulde styreenheder. Den optimerer algoritmernes processer for at kunne reagere hurtigt og udløse den rigtige (re)aktion selv i kritiske situationer i trafikken. På denne måde kan kritiske situationer klares og ulykker undgås.
Tag f.eks. vognbaneassistenten: Er det tilstrækkeligt med en advarselstone eller en mærkbar advarsel via vibrationer i rattet, når bilen forlader vognbanen, eller er det nødvendigt at gribe aktivt ind med styring eller bremsning? For at træffe den rigtige beslutning kan moderne systemer udnytte samspillet mellem sensorer og kamerasystemer. Jo mere nøjagtigt de aktuelle oplysninger behandles i realtid, jo mere optimal er førerassistentsystemets reaktion på trafiksituationen. Afhængigt af anvendelsen og ADAS'en inddrages der også mange andre oplysninger, som f.eks. hastighed, styrevinkel, afstand til det forankørende køretøj, oplysninger om den blinde vinkel eller endda vejforholdene (osv.). For eksempel forbedrer HELLAs nye Shake-sensor registreringen af omgivelserne med radar, lidar og kamera ved at levere opdaterede og præcise data om vejens tilstand.
Der findes dog også assistentsystemer, som ikke griber direkte ind i de køredynamiske processer, men som i væsentlig grad forbedrer den passive sikkerhed og komfort. Eksempler er fjernlysassistenten og viskerautomatikken. HELLA leverer f.eks. også kombinerede regn-/lys-sensorer, der måler temperatur, luftfugtighed og solstråling (omgivende lys), og som dermed ud over kørelyset også kan styre klimaanlægget.
Ved hjælp af et piezoelektrisk element registrerer Shake-sensoren vibrationer og luftbåret lyd samt ophvirvlede vanddråber, og det bestemmer dermed fugtighedsgraden mellem dækket og vejbanen. Fig.: HELLA
Moderne, multifunktionel regn-/lyssensor. Fig.: HELLA
Radar og ultralydsensorer
Radarsystemer (oftest 77 GHz) giver mulighed for nøjagtige hastigheds- og afstandsmålinger - selv ved høj hastighed på køretøjet - men har ikke en høj vinkelopløsning. De bruges f.eks. til at undgå kollisioner. En af deres stærke sider er uafhængighed af vejret. Ud over kortdistanceradar til detektering af objekter på op til 30 m afstand anvendes mellem- og langdistanceradarsystemer med en rækkevidde på op til 250 m.
Ultralydsensorer har længe været en del af den klassiske parkeringshjælp. De måler afstanden til det nærmeste objekt ved at registrere tiden for de reflekterede lydimpulser, som de har udsendt. Som specialenheder med kort rækkevidde er de mindre relevante for automatiseret kørsel, men de har bevist deres værd som parkerings- og blindvinkelassistenter. Ultralydsensorer er kompakte og robuste. De fungerer også om natten og uden forstyrrelser, f.eks. i tåge. De har dog deres svagheder ved snefald og er heller ikke egnede til længere afstande.
Ultralydsensorer anses for at være en "klassiker". Op til otte af dem monteres for og bag, normalt i kofangerne, og de bruges til at advare om afstande ved parkering.
Lidar-sensorer
En lige så vigtig sensor er den såkaldte lidar-sensor. Forkortelsen betyder Light-Detection and Ranging - et optisk målesystem til at registrere objekter. Objektets position kan bestemmes ved at måle den tid, der går indtil det udsendte lys reflekteres fra objektet. I princippet kan en laserscanner derfor også skabe et tredimensionelt billede af omgivelserne. Lidar-systemer arbejder ikke med mikrobølger, men med lysimpulser fra det ikke-synlige lysområde, dvs. tæt på infrarødt lys. Typiske egenskaber er bølgelængden 905 nm, en rækkevidde på 200 m under gode vejrforhold, høj vinkelopløsning og 360° dækning. Blændende lys og dårlig sigtbarhed som f.eks. tåge, regn og opsprøjt påvirker dog rækkevidden. Derfor anvendes lidar oftest som et supplerende system.
Kamerasystemer (optiske sensorer)
Kamerasystemer anvendes også ofte til overvågning af omgivelserne. Et centralt anvendelsesområde er f.eks. registrering af færdselstavler. De registrerede tavler vises direkte på instrumentdisplayet eller på skærmen. I mange tilfælde tjener registrering af færdselstavler også som informationsgrundlag for andre førerassistentsystemer, f.eks. advarselssystemet for vigepligt, advarselssystemet for forkert retning og hastighedsadvarsel.
Ud over færdselstavler kan moderne kameraer også registrere og endda skelne mellem forhindringer foran køretøjet.
Moderne kameraer kan også registrere og endda skelne mellem forhindringer foran køretøjet. Der anvendes både mono- og stereokameraer. Sidstnævnte er i stand til at registrere forhindringer tredimensionalt uden yderligere sensorteknologi. For stereokameraer begrænser pladsforholdene imidlertid 3D-billeddannelsen: Jo mindre afstanden mellem de to kameralinser er, jo mindre er det effektive tredimensionale måleområde. Det indebærer: Stereokameraer kan se tredimensionalt op til 50 m foran køretøjet. Desuden er forskellene i perspektivet mellem de to billeder for små til at udlede 3D-informationer fra dem. Over denne grænse opfører kameraet sig som et monokamera.
Rækkevidden for et monokamera er ca. 250 m, uanset pladsforhold. Ved at kombinere billederne fra flere kameraer og sensorer kan der skabes en tredimensionel afbildning. Kameraer i kabinen kan også registrere, om føreren er træt eller distraheret. Omgivelseskameraer (for og bag) registrerer også bilens umiddelbare omgivelser og viser forhindringer.
Infrarøde sensorer
Til nattesynsassistenter anvendes derimod infrarøde kameraer. De reagerer på varmestråling fra genstande. Oplysningerne konverteres til sort/hvid-billeder og vises i kombidisplayet. De kølige omgivelser fremstår mørke, mens mennesker og dyr fremstår iøjnefaldende lyse. Moderne systemer registrerer både mennesker og større vilde dyr i en afstand på op til 300 m. Der lyder et advarselssignal i farlige situationer. Afhængigt af forlygtesystemet er det f.eks. muligt at advare personen med korte lysimpulser.
Sammenkobling af sensordata
Alle relevante data fra ultralyd, radar, lidar, kamera og lignende kan sammenkobles intelligent og i realtid ved hjælp af såkaldt sensorfusion. Det er i perspektivet det, der gør automatiseret kørsel mulig i første omgang. Redundans, dvs. delvis overlapning af resultater med hensyn til genkendelse af omgivelserne, er udtrykkeligt ønsket. Kun redundans og sandsynlighedskontrol, dvs. den systeminterne kontrol af, om data om omgivelserne er blevet registreret korrekt, forhindrer i vid udstrækning en forkert fortolkning af dataene. Afhængigt af førerassistentsystemerne, automatiseringsgraden og køretøjsklassen har vi derfor at gøre med en individuel blanding af informationer og sensorer og flere og flere data, der skal behandles i realtid. Allerede i dag et mesterværk af teknologi!
