Onderwerpen:
- Rijassistentie
- Radar
- Lidar
Rijassistentie:
Systemen die vallen onder de term “rijassistentie” ondersteunen de bestuurder met het autorijden. Over het algemeen dient de rijassistentie voor het vergroten van de veiligheid. Vaak werken meerdere systemen samen om het gewenste effect te verkrijgen. Onder de rijassistentie kunnen de volgende systemen worden ingedeeld:
- LDW (Lande Departure Warming). Functie: melding bij het overschrijden van de rijbaan-afbakening;
- TSR (Traffic Sign Recognition). Functie: herkennen van verkeersborden en de bestuurder hierop attenderen;
- ACC (Actieve Cruise Control). Functie: automatisch afstand houden tot de voorligger;
- BSD (Blink Spot Detection). Functie: melding bij voertuigen in de blinde (dode) hoek;
- ALC (Adaptive Light Control). Functie: automatisch verlichting in- en uitschakelen en soms ook het verdraaien van de reflector;
- Precrash systemen. Functie: automatisch remmen om aanrijdingen te voorkomen;
- Pedestrian detection. Functie: voetganger detectie;
- Regen/licht detectie. Functie: ruitenwissers automatisch in- en uitschakelen bij het herkennen van regen;
- HDC (Hill Descent Control). Functie: afdalingsassistentie;
- Hill hold/start assist. Functie: bij stilstand op een heuvel de parkeerrem bedienen en bij wegrijden weer loslaten;
- Surround view system. Functie: rondom zichtsysteem d.m.v. diverse camera’s;
- Adaptive high beam / curve lighting. Functie: anti-verblindingssysteem voor tegenliggers;
- Automatic parking. Functie: automatisch parkeersysteem;
- Driver drowsiness detection. Functie: detectie van de alertheid van de bestuurder, bijv. in slaap vallen.
- Navigatiesysteem. Functie: navigeren naar de opgegeven bestemming. Bij een hybride-auto kan de laadtoestand worden aangepast op de opgegeven route.
Een combinatie van de bovengenoemde systemen vormt een basis voor een autonoom rijdende auto. Componenten als een radar, videocamera’s en ultrasoonsensoren vormen een uitbreiding van de eerder genoemde systemen.
Radar:
Radar wordt al een aantal jaren gebruikt om automatische snelheid, remmen en veiligheidssystemen te regelen als reactie op plotselinge veranderingen in de verkeersomstandigheden. De hoofdtaak van de radarsensor is om objecten te detecteren en vervolgens hun snelheid en positie vast te stellen t.o.v het voertuig waarop de sensoren zijn gemonteerd. Om dit te bereiken heeft de radarsensor vier antennes die tegelijkertijd radargolven uitzenden met een frequentie van meestal tussen de 76 en 77 GHz. Deze golven worden teruggekaatst door het object welke weer door de antennes worden opgevangen. Door de faseverschillen en door de amplitudes van de signaal-echo’s met elkaar te vergelijken kunnen de posities van de objecten worden vastgesteld.
De onderstaande tabel toont de verschillende autotechnische toepassingen waar de radar voor wordt gebruikt.
Er wordt onderscheid gemaakt tussen drie types radarsystemen: Short- Mid- en Long-range radar.
- Short-Range Radar (SRR)
Achteruit inparkeren: bij automatisch inparkeren zijn ultrasoonsensoren te traag om de computer de afstand tussen twee auto’s te laten detecteren, dus wordt ook hierbij gebruik gemaakt van de SRR.
Voetgangerherkenning: ook in onoverzichtelijke situaties grijpt het systeem in als er een voetganger nadert. Wanneer er niet op tijd wordt gereageerd, dan remt het voertuig automatisch af.
- Mid-Range Radar (MRR)
Cross Traffic Alert: wanneer de bestuurder in een overzichtelijke situatie achteruit uit het parkeervak rijdt, waarschuwt het systeem voor naderende voertuigen (zie onderstaande afbeelding).
- Long-Range Radar (LRR)
Active Cruise Control (ACC): met een bereik van 150 tot 250 meter bij een voertuig-snelheidsdetectie van 30 tot 250 km/h is de LRR geschikt als radarsysteem voor de actieve cruise control. De afstand tot de voorligger kan door de bestuurder worden ingesteld. Vaak zijn er 4 tot 8 fasen mogelijk. Elke fase bedraagt een aantal meters. De werking van de actieve cruise control wordt hieronder uitgelegd.
De Automatic Distance Control (ADC) is dus in staat om een remingreep uit te voeren wanneer er een object wordt geregistreerd. De onderstaande afbeeldingen zijn van de ACC (Active Cruise Control) van een Volkswagen Phaeton.
De elektrische installatie van de ACC wordt in de volgende schema’s weergeven. G550 is de sensor voor de automatische afstandsregeling. De draden van pin 4 en 5 verwijzen naar 17 en 18 in het volgende schema.
Verwezen wordt naar de posities 17 en 18 in het onderstaande schema. Dit blijken CAN-busdraden (Extended Low) te zijn (B665 en B666) die op regelapparaat J533 zijn aangesloten. Via CAN-bus aandrijving high (B383 en B390) communiceert J533 met J539 (regelapparaat rembekrachtiging). Op een volgend schema zijn meerdere aansluitingen op dit regelapparaat te zien.
Regelapparaat J539 stuurt de N374 klep voor ADR (Automatic Distance Regulation) en de F318 (servo op de rembekrachtiger) voor een remingreep aan. Ook zijn hier weer de draden CAN-high (B383) en CAN-low (B390) uit het vorige schema te zien.
Lidar:
LIDAR (Light Detection And Ranging of Laser Imaging Detection And Ranging is een technologie die de afstand tot een object of oppervlak bepaald door middel van het gebruik van laserpulsen. De werking van lidar komt overeen met die van de radar: een signaal wordt uitgezonden en zal enige tijd later door reflectie weer worden opgevangen. De afstand tot dit object wordt bepaald door deze tijd te meten. Het verschil tussen lidar en radar is dat lidar gebruikmaakt van laserlicht, terwijl radar gebruikmaakt van radiogolven. Hierdoor kunnen met lidar veel kleinere objecten worden gedetecteerd dan met radar. De golflengte van radiogolven ligt rond de 1 cm, die van laserlicht tussen de 10 μm (ir) en 250 nm (uv). Bij deze golflengte zullen de golven beter door kleine objecten worden gereflecteerd.
Een lidar-sensor zendt een gemoduleerd, ononderbroken infrarood signaal, dat wordt gereflecteerd door een object en weer ontvangen door één of meer fotodioden in de sensor. Het gemoduleerde signaal kan bestaan uit blokgolven, sinusvormige oscillaties of pulsen. De modulator zendt het ontvangen signaal naar de ontvanger. Het ontvangen signaal wordt vergeleken met het uitgezonden signaal, om te controleren of er sprake is van een faseverschil en de tijd tussen het zenden en ontvangen te controleren. Uit deze gegevens wordt de afstand tot het object bepaald.
Lidarsystemen werken met de snelheid van het licht, dat meer dan 1.000.000 keer sneller is dan de geluidssnelheid. In plaats van geluidsgolven uit te zenden, zenden en ontvangen ze elke seconde gegevens van honderdduizenden laserpulsen. Een boordcomputer registreert het reflectiepunt van elke laser en vertaalt deze snelbijwerkende “puntenwolk” naar een geanimeerde 3D-weergave van zijn omgeving.
Niet alleen wordt het object op een beeldscherm getoond, de computer schat ook in welke bewegingen het object kan maken. Een voertuig kan zich snel naar voren en achteren bewegen, maar niet zijwaarts. Echter, een persoon kan in elke richting bewegen, maar met een relatief lage snelheid. Het lidar systeem maakt telkens een momentopname van de situatie waarin de auto zich bevindt. Hierbij maakt de rijassistentie iedere minuut wel meer dan honderd keuzes om veilig te kunnen rijden.
De samenstelling van een lidar-sensor is als volgt:
- Lichtbron: dit kan een laser, LED of VCSEL-diode zijn die licht in pulsen uitzendt;
- Scanner en optiek: deze onderdelen geleiden het licht via een Spiegel of lens naar buiten. De lens bundelt het gereflecteerde licht naar een fotodetector;
- Fotodetector en elektronica; het licht wordt opgevangen in een fotodetector, bijvoorbeeld een fotodiode. De elektronica verwerkt de beeldgegevens digitaal;
- Positie- en navigatiesysteem: mobiele lidar-systemen hebben een gps-system nodig om de exacte positive en oriëntatie van de sensor te bepalen.
Autonoom rijden met Lidar:
- Google combineert lidar en radar;
- Intel vertrouwt volledig op cameratechnologie.
- Overeenkomst tussen fabrikanten: ze combineren visuele (camera)beelden met sensorinformatie.
- Wanneer één systeem faalt, zal de andere technologie nog wel detecteren en ingrijpen om naar een veilige modus te gaan.