Com o desenvolvimento contínuo da indústria automóvel, as tecnologias inteligentes e automatizadas dos veículos estão a tornar-se rapidamente populares. Entre elas, o Sistema Avançado de Assistência ao Condutor (ADAS) tornou-se uma parte indispensável dos automóveis modernos. A tecnologia ADAS visa reduzir os acidentes de trânsito e proporcionar aos condutores uma experiência de condução mais confortável, melhorando a segurança e a comodidade na condução. Quer se trate de sistemas de segurança ativa ou de funções de assistência ao condutor, o ADAS está constantemente a melhorar a nossa experiência ao volante. Compreender os sistemas ADAS é essencial para acompanhar as tendências futuras da tecnologia automóvel.
ADAS, ou Sistema Avançado de Assistência ao Condutor, é um conjunto de tecnologias eletrónicas utilizadas para auxiliar os condutores na condução e no estacionamento. O ADAS utiliza diversos sensores, câmaras, radares e LIDAR para detetar e interpretar o ambiente em redor do veículo, fornecendo informações e realizando operações automáticas para melhorar a segurança e o conforto de condução.
Os componentes principais do sistema ADAS são os elementos-chave que sustentam as suas funções e desempenho. Estes componentes trabalham em conjunto para perceber o ambiente em redor do veículo em tempo real e prestar assistência ao condutor. A seguir, os principais componentes do sistema ADAS:
1. Câmeras
① Câmara frontal: Instalada na parte da frente do veículo, é utilizada principalmente para detetar faixas de rodagem, sinais de trânsito, peões e outros veículos à frente. As câmaras frontais são geralmente utilizadas para implementar funções como Assistente de Manutenção de Faixas e Reconhecimento de Sinais de Trânsito.
② Câmara de visão periférica: Um sistema multicâmaras em redor do veículo que proporciona uma visão panorâmica de 360 graus para auxiliar o condutor a observar o meio envolvente do veículo quando circula a baixa velocidade ou estaciona. Comumente utilizada em funções de estacionamento automático e monitorização de ângulo morto.
③ Câmara de marcha-atrás: Instalada na parte traseira do veículo, geralmente utilizada para proporcionar visão ao fazer marcha-atrás e funciona com o sistema de assistência de marcha-atrás.
2. Radar
① Radar frontal: Instalado na parte da frente do veículo, utiliza ondas de rádio para detetar a distância e a velocidade dos objetos que se encontram à frente. O radar frontal é frequentemente utilizado em sistemas de cruise control adaptativo e de alerta de colisão para ajudar o veículo a manter uma distância segura do veículo da frente.
② Radar lateral: Instalado na lateral do veículo, utilizado para detetar objetos em ambos os lados do veículo, comummente utilizado para deteção de ângulo morto e assistência na mudança de faixa.
Sensor LiDAR: Utiliza feixes laser para detetar o ambiente circundante e gerar imagens de nuvens de pontos 3D de alta precisão. O LiDAR é utilizado principalmente em sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS) e de condução autónoma para fornecer informações precisas de distância e reconhecimento de objetos. Comparativamente ao radar tradicional, o LiDAR possui uma maior precisão na deteção da forma e do tamanho dos objetos.
Deteção de curto alcance: Estes sensores são normalmente utilizados para deteção de veículos a curtas distâncias, como a deteção de obstáculos em redor do veículo durante o estacionamento. Os sensores ultrassónicos são amplamente utilizados em sistemas de assistência ao estacionamento e na deteção de obstáculos a baixas velocidades.
5. ECU - Unidade de Controlo Eletrónico
Centro de processamento de dados e tomada de decisões: A ECU é o cérebro do sistema ADAS, responsável por recolher dados de sensores, câmaras, radares e outros dispositivos, processando-os e tomando decisões através de algoritmos avançados. Após receber os dados, a ECU pode analisá-los e responder rapidamente, por exemplo, acionando a travagem automática ou ajustando a direção.
6. GPS e sistemas de navegação
Posicionamento e Navegação: O módulo GPS é utilizado para localizar com precisão a posição geográfica do veículo e é combinado com dados de mapas para realizar funções como o planeamento de rotas e as instruções de navegação. Os sistemas de GPS e de navegação são cruciais para a condução autónoma e para o seguimento de trajetórias.
7. Rede veicular (CAN Bus, Ethernet)
Sistema de comunicação: A rede veicular é uma importante plataforma de comunicação que liga os vários componentes do sistema ADAS. O barramento CAN (Controller Area Network) e o Ethernet transmitem dados e sinais de controlo dentro do sistema, garantindo uma rápida coordenação e sincronização entre sensores, ECUs e atuadores.
8. Software e Algoritmos
① Algoritmo de processamento de imagem: utilizado para analisar imagens captadas pela câmara, como deteção de faixas de rodagem, reconhecimento de sinais de trânsito, etc.
② Processamento e fusão de sinais: Combinar dados de diferentes sensores para gerar um resultado abrangente de perceção ambiental.
③ Algoritmo de tomada de decisão e controlo: Toma decisões em tempo real e controla o comportamento do veículo, como a direção, aceleração, travagem, etc., com base em informações de perceção e condições de condução.
9. Ecrã e Interface Homem-Máquina (HMI)
① Exibição de informações: Exibir ao condutor as informações de deteção do sistema ADAS, avisos, estado da assistência ao condutor, etc., através do painel de instrumentos, visor frontal (HUD) ou ecrã de controlo central.
② Interação com o utilizador: Através do sistema HMI, o condutor pode interagir com as funções ADAS, tais como definir a velocidade de cruzeiro adaptativa, ativar ou desativar determinadas funções de assistência à condução, etc.
Em conjunto, estes componentes principais constituem a base do sistema ADAS, apoiando as suas diversas funções de assistência ao condutor e proporcionando aos condutores uma experiência de condução segura, eficiente e confortável. Cada componente desempenha um papel indispensável no sistema, garantindo que o sistema ADAS opera eficazmente em diversas condições de condução.
O princípio de funcionamento do sistema ADAS envolve a integração de múltiplos sensores e tecnologias para obter a perceção do ambiente em redor do veículo, o processamento de dados, a tomada de decisões e a execução de operações. A seguir, o princípio de funcionamento detalhado do sistema ADAS:
1. Percepção
Aquisição de dados dos sensores: Os sistemas ADAS monitorizam continuamente o ambiente em redor do veículo através de diversos sensores, como câmaras, radares, LIDAR, sensores ultrassónicos, etc. Estes sensores podem detetar objetos, faixas de rodagem, sinais de trânsito, peões, etc., na frente, nas laterais e atrás do veículo.
2. Processamento de Dados e Fusão de Sensores
① Fusão de dados de sensores: Uma vez que diferentes sensores têm as suas próprias vantagens e limitações, os sistemas ADAS fundem dados de diferentes sensores para fornecer uma perceção ambiental mais precisa e abrangente. Por exemplo, o radar é bom para medir distâncias, mas tem uma capacidade limitada para distinguir a forma dos objetos, enquanto as câmaras são boas para identificar objetos, mas não são tão precisas como o radar na medição de distâncias. A fusão de dados permite a utilização abrangente dos dados de cada sensor para compensar as suas respetivas deficiências.
② Processamento de imagem e visão por computador: O sistema utiliza algoritmos de processamento de imagem e tecnologia de visão por computador para analisar imagens captadas pela câmara e identificar informações importantes, como faixas de rodagem, sinais de trânsito, peões e veículos.
③ Reconhecimento e seguimento de alvos: O sistema identifica alvos importantes (como veículos à frente, peões, etc.) e acompanha os seus percursos para prever o seu comportamento e responder em conformidade.
3. Tomada de Decisão e Controlo
① Tomada de decisões em tempo real: Com base nos dados de fusão dos sensores e nos resultados do reconhecimento de alvos, o sistema ADAS toma decisões em tempo real através de algoritmos complexos e tecnologia de inteligência artificial. Estas decisões podem incluir o ajuste da velocidade do veículo, a mudança de faixa, a travagem de emergência, etc.
② Saída de sinal de controlo: Assim que o sistema toma uma decisão, envia sinais de controlo para os sistemas de funcionamento do veículo, tais como o sistema de direção, o sistema de travagem, o controlo do acelerador, etc., através da unidade de controlo eletrónico (ECU) para implementar as operações correspondentes.
③ Execução das funções de assistência ao condutor: Com base na decisão do sistema, as funções ADAS (como o cruise control adaptativo, a travagem automática de emergência, o assistente de manutenção de faixa, etc.) serão ativadas para ajudar o condutor a manter uma condução segura.
4. Feedback e interação humano-máquina (IHM)
Exibição de informações e avisos: Os sistemas ADAS fornecerão informações importantes sobre o ambiente, o estado do sistema e avisos ao condutor através da interface homem-máquina (como o painel de instrumentos, o visor frontal, o ecrã táctil, etc.). Por exemplo, se o sistema detetar um potencial risco de colisão, alertará o condutor através de avisos sonoros, visuais ou táteis.
5. Monitorização e Aprendizagem do Sistema
① Adaptativo e de Aprendizagem: Alguns sistemas ADAS avançados possuem capacidades de aprendizagem que podem otimizar o seu desempenho monitorizando continuamente o comportamento do condutor e as alterações ambientais. Por exemplo, o sistema pode ajustar o nível de alerta ou as condições de ativação da assistência à condução com base nos hábitos do condutor.
② Diagnóstico de avarias e mecanismo de segurança: O sistema ADAS monitoriza continuamente o seu estado de funcionamento e deteta avarias em sensores ou atuadores. Assim que é detectada uma anormalidade, o sistema activa um mecanismo redundante ou alerta o condutor para garantir a segurança na condução.
6. Integração de sistemas e controlo de veículos
Integração com outros sistemas do veículo: Os sistemas ADAS são geralmente integrados de forma estreita com outros sistemas de controlo do veículo (como o controlo de potência, controlo de travagem, controlo de direção, etc.). Através da rede do veículo (como o barramento CAN ou Ethernet), os sistemas ADAS podem trocar rapidamente informações com outros subsistemas do veículo para conseguir uma coordenação geral.
Em síntese, o princípio de funcionamento do sistema ADAS é um processo complexo de processamento de dados multissensoriais e de controlo em tempo real. Através da perceção do ambiente, do processamento e fusão de dados, da tomada de decisões e do controlo em tempo real, o sistema ADAS pode fornecer diversas funções de assistência ao condutor para melhorar a segurança e o conforto de condução. A interface de interação homem-máquina garante que o condutor pode compreender o estado do sistema a qualquer momento e intervir quando necessário.
A classificação funcional dos sistemas ADAS abrange diversas funções de assistência à condução e de melhoria da segurança, visando melhorar a segurança, o conforto e a comodidade do condutor. A seguir, as principais classificações funcionais dos sistemas ADAS:
1. Função de assistência à condução
① Cruise Control Adaptativo (ACC): Ajusta automaticamente a velocidade do veículo para manter uma distância segura do veículo da frente. Ideal para condução em autoestrada, reduzindo a fadiga do condutor após longas horas de condução.
② Assistente de Manutenção da Faixa (LKA): Ajusta automaticamente o volante para ajudar o veículo a manter-se no centro da faixa e evitar que saia involuntariamente da faixa.
③ Aviso de Saída de Faixa (LDW): É emitido um aviso quando o veículo está prestes a sair da faixa, lembrando o condutor de corrigir a direção.
④ Reconhecimento de Sinais de Trânsito (TSR): Identifica os sinais de trânsito na via, como o limite de velocidade, proibição de entrar, etc., e relembra os condutores para os cumprir.
⑤ Deteção de sonolência do condutor: Ao monitorizar as expressões faciais ou o comportamento do condutor, o sistema pode determinar se está cansado e lembrá-lo de fazer uma pausa.
① Travagem Automática de Emergência (AEB): Quando é detetada uma colisão iminente, o sistema aplica automaticamente os travões para evitar ou mitigar a colisão.
② Monitorização do ângulo morto (BSM): Quando existe outro veículo no ângulo morto do veículo, o sistema alertará o condutor através de sinais visuais ou sonoros para evitar colisões laterais.
③ Alerta de colisão frontal (FCW): Quando o sistema deteta que o veículo da frente está demasiado próximo ou que existe um potencial risco de colisão, emite um sinal de alerta para lembrar o condutor de tomar medidas.
④ Alerta de Tráfego Cruzado Traseiro (RCTA): Ao fazer marcha-atrás, o sistema deteta se existem veículos a circular lateralmente à esquerda e à direita e emite um aviso para evitar colisões.
⑤ Deteção de sonolência do condutor: Ao monitorizar as expressões faciais ou o comportamento do condutor, o sistema pode determinar se está cansado e lembrá-lo de fazer uma pausa.
① Assistente Adaptativo de Máximos (AHBA): Ajusta automaticamente os máximos para se adequar às condições da estrada e do tráfego, evitando que o tráfego em sentido contrário seja encandeado e garantindo uma iluminação ideal.
② Assistente de Mudança de Faixa (LCA): Quando o condutor pretende mudar de faixa, o sistema verifica se existem veículos no ângulo morto ou a aproximar-se rapidamente para garantir uma mudança de faixa segura.
③ Assistente de Congestionamento (TJA): Em congestionamentos de baixa velocidade, o sistema controla automaticamente a aceleração, a travagem e a direção para reduzir o stress do condutor.
① Sistema de Visão 360°: Oferece uma vista panorâmica da envolvente do veículo para auxiliar o condutor a estacionar ou a recuar em espaços apertados.
② Aviso de colisão frontal e traseira: Quando existe um obstáculo à frente ou atrás do veículo, o sistema emitirá um aviso para evitar colisões ao conduzir a baixa velocidade ou ao estacionar.
5. Assistência à condução noturna
① Sistema de Visão Noturna: Utiliza uma câmara de infravermelhos para detetar peões, animais e veículos na estrada à frente, durante a noite ou em condições de fraca visibilidade, e alerta o condutor no visor.
② Farol Alto Automático (AHB): Alterna automaticamente entre farol alto e farol baixo de acordo com as condições da estrada e as luzes dos veículos que vêm em sentido contrário, melhorando a segurança na condução noturna.
6. Desvio de obstáculos e orientação de percurso
① Assistente de desvio de obstáculos: Quando um obstáculo é detetado à frente, o sistema fornece orientações de percurso para ajudar o condutor a evitar o obstáculo.
② Assistente de Manutenção de Trajetória: O sistema ajuda o veículo a manter a trajetória ideal em condições de estrada complexas e reduz o risco de erros de condução.
Estas categorias funcionais abrangem as principais capacidades dos sistemas ADAS, ajudando os condutores a controlar os veículos de forma mais segura e fácil em diversas condições de condução. Com o desenvolvimento da tecnologia, as funções dos sistemas ADAS estão em constante expansão e melhoria.
Com o desenvolvimento dos sistemas ADAS, cada vez mais fabricantes de automóveis e empresas tecnológicas começam a aplicá-los em diversos veículos para melhorar a segurança na condução e a experiência do utilizador. De seguida, apresentamos as áreas de aplicação e alguns casos reais de sistemas ADAS:
1. Aplicação em automóveis de passageiros
① Cruise Control Adaptativo (ACC) e Assistente de Manutenção de Faixa:
Caso: O sistema Autopilot da Tesla é um exemplo típico. O sistema consegue ajustar automaticamente a velocidade na estrada e manter o veículo no centro da faixa, reduzindo consideravelmente o stress das viagens longas.
② Travagem Automática de Emergência (AEB)
Caso: O sistema AEB da Volkswagen deteta obstáculos à frente e trava automaticamente quando uma colisão está prestes a ocorrer. Tem sido amplamente utilizado em diversos modelos e reduziu significativamente a incidência de colisões traseiras a baixa velocidade.
③ Monitorização de Ponto Cego (BSM) e Alerta de Tráfego Cruzado Traseiro (RCTA)
Caso: O sistema Safety Sense da Toyota integra as funções BSM e RCTA para proporcionar segurança adicional ao mudar de faixa e ao fazer marcha-atrás, reduzindo o perigo de ângulos mortos durante a condução.
2. Aplicação em veículos comerciais
① Sistema de Assistência em Congestionamentos (TJA) e Monitorização de Fadiga:
Caso: A gama de camiões da Daimler introduziu sistemas de assistência em congestionamento e monitorização da fadiga para ajudar os condutores de longa distância a manterem-se alerta e seguros em engarrafamentos ou viagens longas.
② Sistema de imagem panorâmica de 360 graus e assistência automática ao estacionamento:
Caso: A Volvo Trucks equipa os seus camiões pesados com um sistema de imagem de vista panorâmica de 360 graus e assistência automática ao estacionamento, tornando mais fácil e seguro para os veículos de grandes dimensões operarem em ruas estreitas da cidade e parques de carga.
3. Aplicação no transporte público
① Travagem automática de emergência e deteção de peões
Caso: O projeto de autocarros autónomos de Singapura utiliza sistemas ADAS avançados, incluindo funções de travagem automática de emergência e de deteção de peões, para garantir que o veículo pode evitar colisões com peões e outros veículos quando circula em áreas urbanas.
4. Aplicação de funções de condução avançadas
① Condução e estacionamento semiautomáticos:
Caso: O Traffic Jam Pilot do Audi A8 é o primeiro sistema automóvel de produção a atingir o Nível 3 de condução autónoma. Em tráfego lento, o sistema pode assumir completamente o controlo da direção e realizar estacionamento totalmente automático.
② Sistema inteligente de luzes de estrada e visão noturna:
Caso: O sistema inteligente de máximos a laser e visão noturna da BMW proporciona uma excelente visibilidade durante a condução noturna, ajustando automaticamente o ângulo e o brilho dos máximos para evitar o encandeamento dos veículos que vêm em sentido contrário e identificando potenciais perigos na estrada à frente através de câmaras de infravermelhos.
5. Aplicação em infraestruturas urbanas e rodoviárias
① Gestão Inteligente de Tráfego:
Caso: Em muitas cidades europeias, a tecnologia ADAS foi integrada em sistemas inteligentes de gestão de tráfego. Ao comunicar com a infraestrutura rodoviária, os veículos podem obter informações como o estado dos semáforos, os limites de velocidade e os bloqueios de vias antecipadamente, otimizando assim os percursos e reduzindo os acidentes de trânsito.
6. Aplicação em ambientes especiais
① Assistência à condução em condições meteorológicas adversas
Caso: A Ford adicionou funções ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) concebidas para condições especiais de estrada, como neve, lama e deserto, aos seus modelos F-150. Isto melhora a segurança na condução e a estabilidade do veículo, ajustando a dinâmica do veículo e monitorizando as condições da estrada em tempo real.
② Assistência à condução fora de estrada:
Caso: O sistema Terrain Response da Land Rover pode ajustar automaticamente a suspensão, a direção e os sistemas de controlo de tração do veículo de acordo com os diferentes tipos de terreno, proporcionando a melhor experiência de condução fora de estrada.
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