ADAS czyli Advanced Driver Assistance Systems

Producenci pojazdów od wielu lat zabiegają o to, aby ich samochody były niezawodne, komfortowe, a przed wszystkim bezpieczne. I właśnie podniesienie poziomu bezpieczeństwa na drogach, to główny cel jaki przyświeca zarówno producentom pojazdów, jak i rządzącym.

Według statystyk ok. 90% wypadków i kolizji drogowych jest do pewnego stopnia wynikiem błędu ludzkiego. Aby temu zapobiegać wyposaża się pojazdy w szereg różnego rodzaju systemów, których działanie ma na celu pośrednio zapobiegać niebezpiecznym sytuacjom na drodze.

W związku z tym Parlament Europejski uchwalił w 2019 roku rozporządzenie, które nakazuje producentom pojazdów między innymi wyposażać je w systemy wspomagające kierowcę.

Według tego rozporządzenia pojazdy silnikowe muszą być wyposażone w następujące zaawansowane układy pojazdów:

• Inteligentny asystent kontroli prędkości,
• Ułatwienia w zakresie montażu alkomatów blokujących zapłon,
• Ostrzeganie o senności i spadku poziomu uwagi kierowcy,
• Zaawansowany system ostrzegania o rozproszeniu uwagi kierowcy,
• Awaryjny sygnał stopu,
• Wykrywanie obiektów przy cofaniu,
• Rejestrator danych na temat zdarzeń.

Powyższe rozporządzenie zmienia również wiele innych przepisów, które do tej pory obwiązywały, ale przed wszystkim obliguje producentów samochodów do wprowadzania do sprzedaży na terenie UE tylko pojazdów spełniających takie wymagania. Nowe przepisy zaczną obowiązywać na wiosnę
2022 roku.
Niezależnie od narzuconych wymagań, producenci od kilku lat wyposażają swoje samochody w różnego rodzaju systemy wspomagające kierowcę.

ADAS (z ang. Advanced Driver Assistance Systems) to ogólna nazwa systemów montowanych w pojazdach, których celem jest poprawa bezpieczeństwa poprzez zmniejszenie wpływu „czynnika ludzkiego” na wypadki drogowe. Mówiąc wprost, systemy ADAS mają za zadanie ostrzegać kierowcę
(np. rozpoznawanie znaków), wymuszać wcześniejsze działanie (np. system awaryjnego hamowania) lub korygować działania kierowcy (np. asystent utrzymania pasa ruchu) w celu zapewnienia większego bezpieczeństwa w ruchu drogowym.
Mnogość funkcji jakie wykonują systemy ADAS wymusza zastosowanie wielu rodzajów czujników, które przekazują informację o otoczeniu do sterownika, który zarządza odpowiednimi elementami wykonawczymi aktywując np. hamulec awaryjny.

Najczęściej wykorzystywanymi czujnikami w systemach ADAS są:

• Kamera multifunkcyjna
• Radar wykorzystujący fale radiowe (zarówno dalekiego jak i krótkiego zasięgu)
• Lidar działający podobnie jak Radar, wykorzystujący jednak wiązki światła (laser) zamiast fal radiowych
• Kamery wspomagania parkowania
• Czujniki ultradźwiękowe, znane z systemów parkowania od lat
• Kamery podczerwone do systemów wspomagania jazdy nocą (Night Vision)

Niezależnie od tego jaki system wykorzystuje jaki rodzaj czujnika, prawie wszystkie wymagają dodatkowych prac serwisowych – kalibracji – do poprawnego działania. Kalibracja systemów ADAS powinna następować po każdej czynności serwisowej związanej z ingerencją bezpośrednio w system np. wymiana kamery, czujnika radarowego, jak również po naprawach systemów powiązanych z ADAS np. po wymianie szyby, demontażu pasa przedniego z czujnikiem radarowym, ale również po naprawie zawieszenia wraz z geometrią kół czy zmianie rozmiaru opon.

W firmie Hella-Gutmann Solutions prawie każdy z testerów serii mega macs daje możliwość kalibracji zarówno kamer, czujników radarowych i laserowych.
Są na rynku samochody, w których kalibracja systemów ADAS odbywa się w sposób dynamiczny. Do tego typu kalibracji wystarczy przeprowadzić jazdę w odpowiednich warunkach i system sam dokonuje autoadaptacji. Niestety, ze względu na dużą zależność od czynników panujących na drodze, takich jak złe warunki pogodowe, korki lub niewystarczająca infrastruktura, wielu producentów preferuje kalibrację statyczną. Do tego typu kalibracji warsztat musi dysponować odpowiednim stanowiskiem i dodatkowym urządzeniem.

W ofercie Hella-Gutmann Solutions są to urządzenia serii CSC-Tool. Istotną częścią urządzeń tego typu są tablice do kalibracji kamer, które przedstawiają dedykowane dla poszczególnych modeli pojazdów obrazy wzorcowe. Kalibracja systemu kamery przedniej polega na odpowiednim ustawieniu urządzenia z daną tablicą przed pojazdem i zapisie ustawień w sterowniku kamery. Rozwój elektroniki powoduje, że sterowniki systemów jak i kamery w dzisiejszych samochodach mają dużo większe możliwości niż w latach ubiegłych, co powoduje, że mogą wykonywać coraz więcej zadań jednocześnie. W związku z tym system kamery lub kamer może odpowiadać za działanie różnych systemów ADAS.

Zastosowanie kamery

Adaptacyjny Asystent Świateł Drogowych
Kluczem do powstania systemu adaptacyjnego oświetlenia była potrzeba jak najlepszego oświetlenia pola widzenia kierowcy. Z jednej strony wymagamy jak najjaśniejszego oświetlenia drogi i jej otoczenia, aby kierowca miał możliwość niezawodnego rozpoznawania obiektów w przestrzeni ruch, a z drugiej strony światła nie mogą oślepiać innych uczestników ruchu drogowego. Przy klasycznym rozwiązaniu ze światłami mijania i drogowymi jest praktycznie niemożliwe spełnienie obu tych warunków. Z tego względu powstał Advanced Frontlighting System (AFS), czyli dynamiczny system oświetleniowy, zapewniający optymalne oświetlenie jezdni w zależności od prędkości jazdy, kąta skrętu kierownicy, warunków panujących na drodze itp. Wraz z wprowadzeniem systemów AFS pojawiły się nowe terminy określające typ świateł, takie jak: miejskie, do jazdy po drogach jednopasmowych, autostradowe, drogowe, zakrętowe, do jazdy w złych warunkach pogodowych.

Kolejnym etapem rozwoju systemu AFS wykorzystującego statyczne schematy rozkładu światła jest jego połączenie z kamerą i odpowiednim systemem przetwarzania obrazu. Pierwszym krokiem tego etapu jest adaptacyjna granica światło-cienia (aHDG). Kamera zamontowana za przednią szybą rejestruje jadące z przodu i nadjeżdżające z naprzeciwka pojazdy i tak steruje reflektorami, że rzucany przez nie snop światła kończy się przed tymi pojazdami. Pozwala to na zwiększenie wynoszącego obecnie ok. 65 m zasięgu świateł mijania do nawet 200 m (linia 3 luksów).

Asystent utrzymania pasa ruchu / system ostrzegania przed niezamierzonym zjechaniem z pasa ruchu
Podobnie jak do sterowania oświetleniem adaptacyjnym, tak i do utrzymania pojazdu na właściwym pasie ruchu niezbędny jest obraz z kamery przedniej. System (Lane Assist) ma za zadanie pomoc w utrzymaniu pojazdu na właściwym pasie ruchu. Aby było to możliwe, muszą być wyznaczone dwie linie rozgraniczające pas, po którym porusza się pojazd. Jeżeli pojazd porusza się po drodze jednojezdniowej z jedną linia rozgraniczającą pasy ruchu, to system jest nieaktywny. Algorytm wyłącza system ostrzegania również wtedy, kiedy kierowca włączy kierunkowskaz. W jednym z rozwiązań system Lane Assist uaktywnia się przy prędkości 65 km/h lub po 15 sek. od momentu jak kierowca zdejmie ręce z kierownicy.
System tego typu nie koryguje toru jazdy, a tylko informuje kierowcę sygnałami dźwiękowymi, świetlnymi lub wibracjami o fakcie niezamierzonej zmiany pasa ruchu (np. bez użycia kierunkowskazu). System tego typu kierowca może sam dezaktywować, jeżeli nie chce z niego korzystać.

Asystent hamowania (asystent awaryjnego hamowania)
Pierwszy system wspomagania hamowania został wprowadzony wraz z układem ABS około 30 lat temu. Zapobiega on blokowaniu kół podczas hamowania. Od 24.11.2009 r. asystent hamowania (podstawowy)
jest obowiązkowym wyposażeniem nowych pojazdów w całej UE . Asystent awaryjnego hamowania (Emergency Brake Assist, EBA) monitoruje obszar przed pojazdem za pomocą czujników radarowych lub kamer. Jeżeli grozi najechanie lub kolizja z użytkownikiem drogi lub zwierzęciem, to pojawia się ostrzeżenie dla kierowcy pojazdu.
Ponadto zwiększane jest ciśnienie w hamulcach poprzez układ ABS. W zależności od systemu pojazd inicjuje zwalnianie i skraca drogę hamowania. Jeżeli zderzenie jest nieuniknione, to może również zostać uruchomione hamowanie awaryjne, w granicach działania systemu. Jednym z przykładów jest Collision Prevention Assist Plus (CPAP) firmy Mercedes.
Inne systemy hamowania awaryjnego noszą takie nazwy, jak Intelligent Brake Assist (IBA, Infinity), Pre Collision Safety System (PCS, Toyota) lub po prostu automatyczny hamulec awaryjny (Automatische Notbremsung, ANB).
Systemy dla ruchu miejskiego, takie jak funkcja awaryjnego hamowania w mieście „City” Volkswagena, City Safety firmy Volvo lub Active City Brake (grupa PSA), zmniejszają skutki najechania na poprzedzający pojazd w kolumnie lub w najlepszym przypadku zapobiegają mu całkowicie. Przednie czujniki systemów wykrywają także pieszych, rowerzystów lub zwierzęta. W zależności od definicji systemu, odpowiedni asystent hamowania działa do określonej prędkości, na przykład 30 km/h.

Lane Assist, Cruise Control
Ilość czujników niezbędnych do działania różnych systemów w pojazdach rośnie z każdym nowym rozwiązaniem. Jednym z najstarszych systemów wspomagających kierowcę jest zwykły tempomat, którego działanie polegało na utrzymaniu stałej prędkości obrotowej silnika i teoretycznie pojazdu. Prekursorem był Chrysler, który wprowadził pierwsze tego typu rozwiązanie (Cruise Control) w USA w 1958 r., a w Europie pierwszy tempomat wprowadził Mercedes w 1962 r. Obecne tempomaty regulują prędkość elektronicznie, zapewniając przyspieszanie i zwalniania tak, aby prędkość utrzymywana była jak najdokładniej.

Zastosowania radaru

Coraz więcej systemów ADAS jest ze sobą powiązanych, ponieważ zbierają one sygnały i informacje z wielu elementów np. kamery i radaru jednocześnie. Np. firma Hella produkuje czujniki radarowe działające w wąskim paśmie częstotliwości 24 GHz, a już w roku 2005 wprowadziła do produkcji seryjnej pierwszą generację tego typu czujników. Ten układ może być stosowany np. w systemach układu rozpoznawania martwego pola, asystenta zmiany pasa ruchu czy asystenta włączania do ruchu z parkingu. W tym
wypadku czujnik radarowy rejestruje i analizuje informacje o prędkości, kącie i odległości obiektów do 70 metrów za pojazdem. Już od pierwszej generacji urządzeń stosuje się tu metodę modulacyjną LFMSK (Linear Frequency Modulation Shift Keying). W tym wypadku układ może analizować odległość i względną prędkość ruchu więcej niż jednego obiektu przy użyciu tylko jednego sygnału (chirp), którego częstotliwość zmienia się w czasie.
Trzecia generacja urządzeń radarowych posiada ulepszony wariant FM, w którym szerokość pasma modulacji jest ograniczona do maks. 200 MHz. System pracuje ze średnią mocą nadawczą 13 dBm (EIRP) w paśmie częstotliwości od 24,05 do 24,25 GHz. Uzyskiwana tak dokładność lokalizacji 0,75 m wystarcza na potrzeby realizowanych funkcji tyłu pojazdu. Do określania kąta służy tu metoda monoimpulsowa. System porównuje fazowe odbicia sygnału wysyłanego impulsowo o różnej dla każdej ze stron pojazdu charakterystyce częstotliwości.
W czwartej generacji czujników radarowych zintegrowano dodatkową funkcję bezpieczeństwa, tak zwanego asystenta wysiadania. Pozwala ona rozpoznawać przy wysiadaniu niebezpieczne sytuacje, na przykład przejazd innego pojazdu i ostrzegać przed nimi pasażerów.
Połączenie funkcji systemów “Lane Assist” wykorzystującego kamerę i Adaptive Cruise Control (ACC) korzystającego z radaru dało możliwość stworzenia systemu Traffic Jam Assist (Asystent jazdy w korku), który daje możliwość niemal autonomicznej jazdy (AD).

Na wstępie naszych rozważań poruszyliśmy problem mnogości różnych rozwiązań systemów wspomagania kierowcy i podzespołów, o które oparte jest ich działanie. Ostatnimi podzespołami jakie się pojawiły w systemach ADAS są czujniki LIDAR (Light Detection and Ranging). Lidar jest połączeniem lasera z teleskopem, urządzenie działa na podobnej zasadzie jak radar, ale wykorzystuje wiązkę światła lasera zamiast mikrofal radiowych. Do systemów korzystających z technologii LIDAR należą między innymi
Construction Zone Assist, czyli system wspomagający podczas jazdy na remontowanych odcinkach drogi czy Collision Avoidance System (CAS), także znany jako Precrash System, system zapobiegający kolizji.

Metody kalibracji systemów

Kamera/kamery multifunkcyjne

Kalibracja systemu kamery/kamery może wymagać ustawienia pojazdu na stanowisku z urządzeniem CSC Tool i odpowiednią tablicą wzorcową lub system będzie się kalibrował dynamicznie, co oznacza konieczność wykonania przejazdu samochodem w ściśle określonych warunkach drogowych (ilość znaków, pasy poziome na drodze, odpowiednia prędkość).

Kamera parkowania przednia i tylna oraz kamery systemów 360 stopni

Producenci pojazdów również w tym przypadku stosują dwa różne sposoby kalibracji. Dynamiczny polegający na przeprowadzeniu przejazdu samochodem. Statyczny do przeprowadzenia którego warsztat musi być wyposażony w odpowiednie tablice referencyjne układane przed/za pojazdem, maty rozkładane po bokach pojazdu do kalibracji systemów 360 stopni a w niektórych przypadkach dodatkowe tablice referencyjne stojące za pojazdem.

Kamery podczerwone do jazdy nocnej

Do prawidłowej kalibracji kamer podczerwonych wymagana jest odpowiednia tablica referencyjna ustawiona przed pojazdem.

Radar przedni dalekiego zasięgu

Podobnie jak w przypadku kamer, producenci stosują dwie metody kalibracji, statyczną do której wymagane jest odpowiednie wyposażenie (tablica kalibracyjna z regulacją pochylenia do symulowania przyspieszania, jazdy ze stałą prędkością oraz hamowania pojazdu) oraz metodę dynamiczną przeprowadzając jazdę samochodem w określonych warunkach.

Radary przednie i tylne systemów ostrzegania przed kolizją

Zarówno w tym przypadku, zależnie od producenta pojazdu system kalibrujemy dynamicznie lub statycznie przy pomocy odpowiednich tablic oraz aktywnych urządzeń dopplerowskich ustawianych w odpowiedni sposób dookoła pojazdu.

Lidar

Czujniki lidarowe zazwyczaj montowane są w „oknie” kamery multifunkcjnej przedniej i są kalibrowane automatycznie przy kalibracji kamery.

Czujnik laserowe (AUDI)

Ostatnią grupą czujników są stosowane w AUDI czujniki laserowe montowane na dole zderzaka przedniego. Zastępują one w niektórych modelach czujniki radarowe przednie. Do ich kalibracji wymagana jest, jak w przypadku radarów odpowiednia tablica referencyjna do kalibracji statycznej.