ADAS (Advanced Driver Assistance Systems - Zaawansowane Systemy Wspomagające Kierowcę) to systemy stosowane w nowoczesnych pojazdach mające na celu poprawę bezpieczeństwa i komfortu jazdy. W zależności od zaistniałej sytuacji na drodze, odpowiedni system może w sposób pasywny poinformować kierowcę o zagrożeniu (np. sygnał dźwiękowy, wibracje kierownicy itp.) lub czynnie zareagować (np. przyhamowując pojazd lub korygując tor jazdy). Systemy ADAS to nie wizja przyszłości a teraźniejszość. Warto wiedzieć że większość obecnie produkowanych pojazdów posiada już systemy wspomagające kierowcę jako wyposażenie standardowe.

Poniższa ilustracja w przejrzysty sposób przedstawia większość stosowanych systemów ADAS dostępnych w pojazdach cywilnych:

Jak widać elektronika otacza niemal cały samochód niwelując ryzyko wystąpienia kolizji a poszczególne systemy mogą współpracować ze sobą. Realizacja poszczególnych funkcji możliwa jest dzięki zastosowaniu odpowiednich modułów pomiarowych. Dlatego naszym zdaniem najlepszą metodą na zrozumienie systemów ADAS jest poznanie zasady działania wspomnianych czujników.

Podstawowe informacje - czujniki pomiarowe

Uproszczoną zasadę działania niemalże każdego sterownika ECU (Electronic Control Unit) można przedstawić na poniższym schemacie:

• Czujnik odczytuje sygnały
• Sterownik przetwarza sygnały z czujnika/czujników oraz kontroluje pracę aktywatora
• Aktywator działa na podstawie sygnałów z ECU

Przykład : Czujnik deszczu / Rain Sensor

Działanie : System automatycznie steruje wycieraczkami na podstawie intensywności deszczu/wilgoci.

• Czujnik zamontowany na szybie bada określony obszar pomiarowy. Czujnik deszczu działa na zasadzie światła podczerwonego. Diody emitują światło, które odbite od szyby wraca do receptorów. Jeżeli na szybie pojawią się krople deszczu/woda, pochłaniają one światło przez co do receptora trafia mniej odbitych promieni. Receptor wytwarza analogowy sygnał napięciowy przetwarzany przez przetwornik ADC na sygnał cyfrowy.
• Sygnał trafia do sterownika, który na podstawie wgranych nastaw decyduje w jakich warunkach uruchamiać aktywator (wycieraczki). W zależności od ustawień, sterownik może płynnie kontrolować pracę aktywatora wysyłając do niego odpowiedni sygnał.
• Wycieraczki uruchamiane są przez sterownik wykonując główną funkcję systemu, czyli usuwając deszcz z szyby.

W podobny sposób działa większość systemów stosowanych w pojazdach. Czujnik zbiera określony rodzaj danych, sterownik analizuje dane wg wgranego oprogramowania a następnie wysterowuje odpowiednie układy. Ta podstawowa informacja jest jednak niezwykle ważna aby uzmysłowić sobie jak duży wpływ na działanie systemu mają informacje odczytywane przez moduł pomiarowy.

Teraz omówimy zasady działania czujników sterujących systemami ADAS:

Kamery multifunkcyjne montowane w szybie czołowej

Jak działa i co mierzy kamera stosowana m.in. do asystenta pasa ruchu?

Kamera rejestruje kolorowy obraz na podstawie światła wpadającego do obiektywu.

W jaki sposób przetwarzany jest ten obraz?

Na podstawie kolorów i kontrastów odczytanego obrazu oprogramowanie rozróżnia poszczególne obiekty. Przykładowo białe linie na ciemnoszarej jezdni.

Jakie obiekty może wyróżnić kamera?

Najbardziej podstawowym i stosunkowo łatwym do odczytania obiektem są linie oddzielające jezdnie.

Jakie inne obiekty można odczytać z obrazu?

Oprócz linii i pasów oddzielających jezdnię, możemy oddzielić m.in. pobocze, pojazdy, światła innych pojazdów, znaki drogowe, pieszych, rowerzystów, zwierzęta i inne.

Od czego zależy ilość obiektów możliwych do odczytu?

Głównie od jakości kamery. Nowsze urządzenia o wyższych rozdzielczościach i czułości mogą lepiej rozpoznawać mniejsze obiekty jak np. dzieci lub nieprecyzyjnie oznaczoną jezdnię przykładowo z żółtymi liniami w przypadku remontu drogi.

Czy na podstawie obrazu możemy określić prędkość?

W przypadku kamery mono (z jednym obiektywem) rejestracja wymiarów, odległości i prędkości jest mocno ograniczona. Rozwiązaniem jest kamera stereo (z dwoma obiektywami), która działając podobnie jak ludzkie oczy na podstawie analizy przestrzennej 2 obrazów może precyzyjnie ocenić wymiary co pozwala również na pomiar prędkości.

Jaki zasięg i obszar mierzy przykładowa kamera stosowana do systemów ADAS?

Najpopularniejsze kamery umożliwiają pomiar w zasięgu >150metrów przy kącie pomiaru w poziomie wynoszącym ±50°.

Czy umiejscowienie kamery na pojeździe ma znaczenie?

Tak, ponieważ pozycja kamery względem bryły i osi jazdy samochodu ma kluczowe znaczenie do realizacji poszczególnych funkcji.

Co jeżeli kamerę przesunęlibyśmy w nieco inne miejsce, np. o 3° w lewo i do góry?

Wszystkie systemy zależne od kamery przestaną działać prawidłowo. W pierwszej kolejności różnicę możemy zobaczyć w działaniu inteligentnych świateł sterowanych (np. MATRIX LED czy ILS) jak również w sygnalizowaniu najechania na pas ruchu.

Za jakie systemy ADAS może odpowiadać kamera?

System ostrzegania o zmianie pasa ruchu, system rozpoznawania znaków drogowych, wykrywanie pieszych i rowerzystów, ostrzeganie o kolizji, asystent skrętu w lewo, aktywny tempomat i inne.

W jaki sposób kamera może odpowiadać za aktywny tempomat lub układ awaryjnego hamowania?

Kamera stereo może odczytać odległości i prędkości obiektów. Kamera mono na podstawie np. odległości pomiędzy światłami stopu poprzedzającego pojazdu również może odczytać dystans w jakim się znajduje. Przykładowo światła samochodu znajdującego się o 150metrów przed pojazdem dla kamery mogą „zlewać się” w całość. Wraz z zmniejszeniem odległości do tego pojazdu, lewe i prawe światło stopu oddala się od siebie. Jeżeli kierowca wciśnie pedał hamulca, kamera natychmiast odczyta obraz święcących się świateł stopu i może wysłać ostrzeżenie o hamowaniu znacznie szybciej niż reakcja radaru.

Czy w takim razie kamera może samodzielnie sterować aktywnym tempomatem ACC?

Tak, w przypadku kamer stereo. Tego typu rozwiązania stosuje obecnie kilku producentów. Zazwyczaj jednak kamera może wspomagać radar umiejscowiony w przednim zderzaku ponieważ każdy moduł pomiarowy posiada swoje wady i zalety.

Jakie są główne wady kamer?

Główną wadą kamer jest wrażliwość na światło, zarówno ciemność jak i promienie słoneczne bezpośrednio padające na obiektyw. Kolejnym ograniczeniem działania jest mgła, gęsty deszcz lub śnieg.

W jaki sposób zwiększyć skuteczność i bezpieczeństwo systemów ADAS?

Stosować kilka różnych metod pomiarowych do wspomagania i realizacji poszczególnych zadań, np. pomiar odległości jednocześnie za pomocą radaru, kamery i lidaru.

PODSUMOWANIE: Kamery m.in. do rozpoznawania pasa ruchu montowane są na przedniej szybie zazwyczaj w odległości kilkunastu centymetrów od górnej krawędzi. Obiektyw rejestruje i analizuje odczytany obraz, dzięki czemu możliwe jest jego wykorzystanie do m.in. rozpoznania linii oddzielających jezdnię, znaków drogowych ale również innych obiektów jak np. ludzi i pojazdów. Wadą kamer jest wrażliwość na światło i warunki pogodowe jak mgła, lub gęsty deszcz. Ważne tutaj jest również utrzymanie odpowiedniej czystości szyby. Kolejnym ograniczeniem kamer jest pośrednia możliwość odczytu wymiarów i prędkości. W celu rozwiązania tego ograniczenia wprowadzono tzw. kamery stereo wyposażone w dwa lub więcej obiektywów. Kamery stereo działając podobnie jak ludzkie oczy na podstawie porównania dwóch obrazów są w stanie stosunkowo precyzyjnie ocenić dystans i wymiary obiektów, dlatego mogą być stosowane w realizacji systemu pomiaru odległości i prędkości np. aktywnego tempomatu ACC, czy systemu awaryjnego hamowania.

Podsumowując rozróżniamy dwa rodzaje kamer mocowanych w szybie czołowej: mono i stereo. Są one wykorzystywane do realizacji następujących funkcji:

• System rozpoznania pasa ruchu, ostrzegania o zmianie pasa, system utrzymywania na pasie ruchu [skrócone nazwy systemów: LDW (Lane Departure Warning), LGS (Lane Guard System), LKAS (Lane Keep Assist System), LAS / LKA (Lane Keep Assist)].
• Rozpoznawanie znaków drogowych [skrócone nazwy systemów: LSA (Road Sign Assist), TSA (Traffic Sign Assist), TSR (Traffic Sign Recognition)].
• System ochrony pieszych, system wykrywania pieszych i rowerzystów (np. Toyota Pre-Collision system + Pedestrian detection PCS + PD).
• Sterowanie aktywnym tempomatem do 130km/h (kamery stereo).
• System awaryjnego hamowania.
• Sterowanie inteligentnymi światłami, co jest niezwykle ważne z punktu widzenia kalibracji ponieważ kamera bezpośrednio przekazuje sygnał do jednostki sterującej świateł.
• Wspomaganie innych systemów ADAS.

Radary do aktywnych tempomatów ACC

Radar (Radio Detection and Ranging) – to urządzenie służące do wykrywania obiektów za pomocą fal radiowych. Moduł wysyła mikrofale o częstotliwości 76-77GHz, które odbite od przeszkód umożliwiają precyzyjne określenie odległości od obiektu.

Co mierzy radar?

Za pomocą mikrofal mierzy odległość do odbitych obiektów.

Jakie obiekty można odczytać za pomocą radaru?

Radar umożliwia jedynie odczytanie odległości od przeszkody bez możliwości precyzyjnej oceny kształtu i rodzaju. Dodatkowym ograniczeniem jest materiał od którego mogą odbić się fale elektromagnetyczne (radiowe).

Na jaką odległość działa radar?

LRR (Long range radar) umożliwia pomiar w zasięgu do 250 metrów, MRR (Middle range radar) to zasięg do 160 metrów.

Czy umiejscowienie radaru względem pojazdu ma znaczenie?

Dla większości pojazdów dopuszczalne odchylenie osi radaru (poziomej lub pionowej) wynosi zaledwie 0,8stopnia. Przy większym odchyleniu systemy działają nieprawidłowo, systemy zgłaszają błąd i są dezaktywowane.

Za jakie systemy ADAS odpowiada radar?

System ostrzegania przed kolizją, system hamowania awaryjnego, aktywny tempomat ACC, asystent jazdy w korku np. Traffic Jam Assist, asystent skrętu w lewo. Radary montowane z tyłu (np. MRR Rear) stosuje się również do monitorowania martwego pola, asystenta wyjazdu w ruchu poprzecznym oraz ostrzegania przed kolizją z tyłu.

Jakie są główne wady radarów?

Radar nie jest w stanie ocenić rodzaju obiektu, tylko jego rozmiar. Poprzez lokalizację w zderzaku jest bardziej narażony na uszkodzenia oraz wpływ warunków pogodowych np. wilgoci.

W jaki sposób zwiększyć skuteczność i bezpieczeństwo systemów ADAS?

Stosować kilka różnych metod pomiarowych do wspomagania i realizacji poszczególnych zadań, np. pomiar odległości jednocześnie za pomocą radaru, kamery i lidaru. Przykładowo kamera jest w stanie znacznie szybciej wychwycić hamowanie poprzedzającego pojazdu poprzez odczyt świateł hamowania niż radar na podstawie zmiany odległości.

Radary do aktywnych tempomatów ACC montowane są w przednim zderzaku, za emblematem producenta, w obrębie tablicy rejestracyjnej lub po bokach w okolicy halogenów. Radary długiego zasięgu LRR (Long Range Radar) charakteryzują się zakresem pomiarowym nawet do 250 metrów. Pomiar odległości za pomocą radaru wyróżnia wysoka dokładność i odporność na warunki pracy takie jak oświetlenie, deszcz lub mgła. Obecnie systemy bazujące na radarach możemy podzielić na:

• System awaryjnego hamowania będący najbardziej podstawową opcją bazującą na radarze i niebawem obowiązkową dla każdego pojazdu.
• System aktywnego tempomatu ACC (Active Cruise Control).
• System wspomagania jazdy w korku, np. Stop&Go lub Traffic Jam Assist będący rozwinięciem aktywnego tempomatu.

Jak wspomnieliśmy powyżej działanie ACC może być wspomagane za pomocą kamer, np. kamera stereo może realizować potrzeby pomiaru odległości do pewnej prędkości progowej, powyżej której zadanie przejmuje radar. Współpraca różnych czujników zwiększa skuteczność i bezpieczeństwo działania systemu.

Radary montowane po bokach z tyłu pojazdu realizują również zadanie monitorowania martwego pola przydatne przy zmianie pasa ruchu. Ten rodzaj radaru posiada mniejszy zasięg pomiarowy jednak większy kąt przez co możliwe jest jego wykorzystanie również do takich zadań jak pomoc przy wyjeździe z miejsca parkingowego, ponieważ radar może monitorować ruch poprzeczny innych pojazdów.

Kamery podczerwone do NightVision

Czym jest kamera NightVision?

Kamerą termiczną z możliwością rejestracji obrazu w ciemności

Gdzie montowana jest kamera NightVision?

W przeciwieństwie do kamery utrzymania pasa, NightVision montowane jest zazwyczaj w przednim zderzaku w obrębie atrapy/grilla.

Jakie funkcje pełni NightVision?

Rozpoznaje ludzi i zwierzęta (ciepło organizmów) ostrzegając kierowcę w przypadku ryzyka kolizji. Obraz z kamery dostępny jest dla kierowcy na wyświetlaczu, a wykryte obiekty mogą być oznaczane jaskrawym kolorem lub kolorową obwódką.

Kamera Night Vision przystosowana jest do widzenia w warunkach słabego oświetlenia oraz rozpoznawania ciepła. Widok z kamery podczerwonej może być wyświetlany dla kierowcy, jak również oprogramowanie rozpoznając odpowiednie obiekty może ostrzec kierowcę oraz interweniować w zaistniałej sytuacji współpracując z innymi systemami pomiarowymi.

LiDAR do analizy obiektów i odległości

LiDAR – Light Detection and Ranging – urządzenie służące do wykrywania obiektów za pomocą fal świetlnych. Moduł składa się z lasera, który emituje silne impulsy świetlne niewidzialne dla ludzkiego oka oraz detektora, który rejestruje odbite światło. Na podstawie czasu powrotu odbitego impulsu dokonuje się pomiaru odległości od obiektu. Za pomocą LiDARu możliwe jest bardzo dokładne skanowanie otoczenia i tworzenie map terenu w 3D.

Jaka jest główna różnica pomiędzy RaDARem a LiDARem?

Radar działa na zasadzie emisji fal radiowych, a Lidar emituje impulsy świetlne.

Dlaczego LiDAR jest dokładniejszy?

Impuls świetlny podąża z prędkością światła, dlatego pomiar czasu oraz pochodnej odległości musi być bardzo precyzyjny.

Co jakich systemów wykorzystuje się LiDAR?

LiDAR umożliwia realizację większości funkcji z zakresu wspomagania kierowcy. Obecnie LiDARy to całkowita nowość w dziedzinie ADAS i mogą być wykorzystywane do sterowania aktywnego tempomatu, asystenta awaryjnego hamowania, systemu wykrywania pieszych i rowerzystów, asystenta pasa ruchu, wspomagania parkowania i innych.

Czy systemy pomiarowe LiDAR posiadają jakieś wady?

Niestety każdy moduł pomiarowe ma jakieś wady. W przypadku LiDARu problemem może okazać się gęsta mgła, lub ostry deszcz/śnieg. Dlatego najlepszym rozwiązaniem jest współpraca różnych układów pomiarowych. RaDAR w przypadku mgły jest bez wątpienia skuteczniejszym rozwiązaniem.

Systemy LiDAR to najnowocześniejsze rozwiązania stosowane w dziedzinie ADAS. Posiadają szereg zalet, dzięki czemu w niedalekiej przyszłości możemy spodziewać się znacznego wzrostu ich popularności. Urządzenie działa podobnie jak Radar, jednak zamiast mikrofal wykorzystuje impulsy świetlne analizowane przez specjalny detektor. Pomiar pozwala na stworzenie mapy 3D otoczenia. LiDAR jest urządzeniem dającym w niedalekiej przyszłości szansę na znaczy rozwój funkcji z zakresu jazdy autonomicznej. Oczywiście konieczna jest tutaj współpraca z innymi czujnikami, jak kamery i radary. Opieranie tych samych zadań na różnych systemach bez wątpienia zwiększa precyzję, bezawaryjność i bezpieczeństwo. Dlatego w przypadku najnowszych pojazdów jak np. AUDI A8, sterownik aktywnego tempomatu pobiera informację z Radaru, LiDARu, oraz kamery przedniej czyniąc funkcję pomiaru odległości niesamowicie skuteczną w działaniu.

Kamery do wspomagania parkowania AVM (Around View Monitoring)

W jaki sposób tworzy się obraz pojazdu w rzucie z góry? Tzw. Bird Eye?

Kamery szerokokątne (zazwyczaj 4 sztuki) zamontowane w przednim i tylnym zderzaku oraz lusterkach bocznych umożliwiają na komputerową animację pojazdu w obrazie 360 stopni.

Czy kamery mogą mierzyć odległość?

Nie. Do tego celu wykorzystuje się czujniki ultradźwiękowe. Na wyświetlanym obrazie kamery mogą być jednak animowane np. kolorowe linie wskazujące kierowcy dystans to obiektu/przeszkody.

Jaka jest główna funkcja widoku panoramicznego/ 360 AVM?

Przede wszystkim komfort dla kierowcy oraz ułatwienie manewrowania np. na parkingu.

Jakie są dodatkowe funkcje kamer AVM?

Tylna kamera może być wykorzystywana np. do asystenta jazdy z przyczepą Trailer Assist. Kamera cofania obserwując kąt drążka mocującego przyczepę do haka holowniczego jest w stanie ustalić w którym kierunku porusza się przyczepa i np. automatycznie sterować kierownicą aby pomóc kierowcy wykonać odpowiedni manewr.

Czy kamery AVM należy kalibrować?

Jeżeli na wyświetlaczu z obrazem parkowania komputer tworzy linie emitujące obrys pojazdu (np. zielona, żółta i czerwona linia) może okazać się, że wyświetlane informacje są mocno nieprecyzyjne. Dlatego pod kątem komfortu i precyzji działania, kalibracja pomaga na znaczną poprawę funkcjonalności. Czasami również np. przy wymianie lusterka bocznego system może wymagać kalibracji.

Kamery szerokokątne rozlokowane dookoła pojazdu, przykładowo w przednim i tylnym zderzaku oraz lusterkach bocznych, umożliwiają dokładne monitorowanie bezpośredniego otoczenia samochodu. Oprogramowanie może wyświetlić obraz w formie „rzutu ptaka” dzięki czemu kierowca ma bardzo przejrzysty widok na otoczenie przy parkowaniu. Boczne kamery w lusterkach pozwalają m.in. na śledzenie krawężników unikając uszkodzenia obręczy koła. Tylna i przednia kamera może dodatkowo działać jako asystent wyjazdu w ruchu poprzecznym co jest dużym ułatwieniem dla kierowcy. Współpracując z czujnikami parkowania, na obraz kamer może być dodawana informacja o odległości od przeszkody. Współpraca kamer z czujnikami ultradźwiękowymi umożliwia funkcjonowanie asystenta parkowania z parkowaniem automatycznym włącznie. Wadą kamer jest konieczność utrzymania ich odpowiedniej czystości, dlatego część producentów stosuje np. system automatycznego chowania kamery cofania pod emblematem. W przypadku uszkodzenia lusterka bocznego czasami konieczna jest ponowna kalibracja systemu

Czujniki ultradźwiękowe

Do czego służą i jak działają czujniki parkowania?

Czujniki parkowania wykorzystują ultradźwięki do pomiaru odległości. Pomiar możliwy jest zazwyczaj w zakresie od kilkunastu do 250 cm.

Czy czujniki parkowania się kalibruje?

Nie. Ten rodzaj czujników nie podlega kalibracji. W przypadku uszkodzenia czujnik wystarczy wymienić na nowy, sprawny.

Czy czujniki parkowania mogą sterować hamulcem?

Tak. W przypadku systemów asystenta parkowania, informacja z czujników może zatrzymać pojazd.

Jakie są główne funkcje czujników parkowania?

W przypadku systemów ADAS, czujniki umożliwiają na realizację funkcji automatycznego hamowania, np. automatyczne parkowania równoległe lub prostopadłe.

Ile czujników posiada zazwyczaj pojazd z systemem wspomagania parkowania?

Zazwyczaj 8 sztuk. Po 4 sztuki w przednim i tylnym zderzaku.

Czujniki ultradźwiękowe znalazły zadanie w przypadku wspomagania wielu zadań z zakresu komfortu i bezpieczeństwa, jak np. wspomaganie hamowania czy parkowanie automatyczne. Czujniki umożliwiają rozpoznanie odległości od obiektu w zakresie zazwyczaj od 30 do maks. 250 cm i jako jedyne nie podlegają kalibracji. Uszkodzony czujnik parkowania wystarczy wymienić na nowy i oczywiście odpowiednio zamontować.

Podsumowanie

Analizując rodzaje i zasady działania czujników stosowanych w systemach ADAS znacznie łatwiej jest zrozumieć czym są nowoczesne systemy wspomagające kierowcę oraz jakie przynoszą korzyści i możliwości. Warto oczywiście mieć świadomości, że do prawidłowego działania systemów ADAS konieczna jest odpowiednia kalibracja wspomnianych modułów pomiarowych.

Kiedy zaleca się wizytę w serwisie w celu weryfikacji działania systemów ADAS?

• W przypadku wymiany szyby czołowej.
• Przy regulacji geometrii kół jeżeli zmienione zostały nastawy tylnej osi.
• Przy demontażu zderzaka przedniego, jeżeli konieczne było zdemontowanie modułu radaru lub jeżeli radar zamontowany jest bezpośrednio na zderzaku.
• Jeżeli pojazd jest powypadkowy lub uczestniczył w kolizji.
• Jeżeli z dowolnego powodu wymieniamy moduł pomiarowy ADAS na nowy.
• Jeżeli z dowolnego powodu wymieniamy moduł pomiarowy ADAS na używany ponieważ ten posiada nastawy zapisane z ostatniego pojazdu.
• Jeżeli pojazd zgłasza usterkę DTC, utratę danych kalibracyjnych lub zakres kalibracji poza zakresem.
• Nieautoryzowana modyfikacja kół i/lub zawieszenia pojazdu wpływająca na wysokość nadwozia.
• Nieautoryzowana modyfikacja modułu/doposażenia pojazdu, np. dołożenie świateł inteligentnych jak matrix LED, które sterowane są za pomocą kamery.

• Aktywny tempomat
• Asystent parkowania
• Awaryjne hamowanie
• Monitorowanie martwego pola
• Rozpoznawanie znaków
• Utrzymanie na pasie ruchu
• Wykrywanie pieszych