Técnico de Mecatrónica Automóvel - Nível IV Curso EFA
Sistemas de Conforto e Segurança Formador: Rui Dias Paulo Jorge Sousa Fidalgo Nº15
UFCD: 5025 50 Horas Junho de 2013
UFCD: Sistemas de conforto e segurança
Introdução ............................................................................................................................................................ 2 Automóvel que estaciona sozinho ................................................................................................................... 3 Sistema de suspensão ativa em automóveis .................................................................................................... 4 Sistemas de Conforto e Segurança do automóvel em estrada ............................................................................ 5 Adaptive cruise control - ACC ........................................................................................................................... 5 Forward Collision Warning – FCW .................................................................................................................... 5 Speed regulation system .................................................................................................................................. 5 Blind spot information system – BLIS ............................................................................................................... 5 Lane departure/Lane assist / Impairement warning – LDW ............................................................................ 6 Fuel Efficiency Advisor – FEA ............................................................................................................................ 6 Safe HMI - Navigation ....................................................................................................................................... 6 Curve Speed Warning – CSW ............................................................................................................................ 7 Conclusão ............................................................................................................................................................. 8
5025 - Sistemas de conforto e segurança Código: 5025 Carga Horária: 50 horas Objectivos
Identificar as características e princípio de funcionamento dos sistemas de conforto e segurança.
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Paulo Fidalgo
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Introdução Os automóveis se tornaram desejo da maioria dapopulação mundial, e com a explosão nos últimos anos de sua produção e comercialização, surgiram vários efeitos colaterais como o aumento dos acidentes, perdas de vidas humanas, aumento da poluição e outros. É nesse contexto que o desenvolvimento das tecnologias entra para ajudar o homem a controlar melhor e diminuir esses efeitos colaterais. Nos últimos anos houve um desenvolvimento muito grande de tecnologias voltadas a deixar automóveis autônomos, esse desafio tem atraído um número grande de pesquisadores, principalmente da área de inteligência artificial que atualmente é também chamada de sistemasinteligentes, esses sistemas podem ser realizado com base em sistema especialista composto por um conjunto de regras heurísticas, ou, baseado em uma Rede Neural Artificial com aprendizado supervisionado. Existe vários projetos que utilizam esses conceitos como: o sistema desenvolvido pelo NavLab da CMU (Pomerleau; Batavia) [1][2] que é capaz de conduzir uma caminhonete pelas estradas americanas; o robô do tipo rover enviado para Marte pela NASA (Stone)[3], entre outros. Esses Sistemas Inteligentes tentam reproduzir nos automóveis comportamentos que o condutor faria em situações de deslocamentos como: mudar de faixa, manter distância segura do automóvel da frente, controle dos freios para que as rodas não travem em uma frenagem forte conhecida por sistema ABS, visualização de pontos cegos entre outros. Esses sistemas embarcados podem ser considerados um sistema computacional com propósitos específicos, que deve funcionar de forma autônoma, proporcionando aos condutores dos automóveis uma maior segurança e conforto, e o futuro é muito promissor, quando os automóveis começar a se comunicar entre si usando tecnologias sem fio através de sensores que estão a cada dia evoluindo a uma velocidade espantosa, assim cooperaram uns com os outros para evitar desde acidentes a até fazer com que os transito seja otimizado diminuindo assim os congestionamentos. A Europa começou no inicio de 2010 um teste de sistemas inteligentes embarcados em automóveis para coletar dados cientificamente que deverão fornecer respostas sobre os impactos na segurança, eficiência e conforto dos condutores. Nos próximos tópicos vou discorrer sobre os automóveis que estaciona sozinho, sistemas inteligentes embarcados que não percebemos e sobre os sistemas que o projeto EuroFOT estar testando na Europa.
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Automóvel que estaciona sozinho O automóvel é uma paixão mundial, mas para muitos proprietários a baliza é uma provação, mas a tecnologia já consegue contornar esse problema de maneira satisfatória, principalmente nas grandes cidades onde as vagas são limitadas. A Toyota foi a primeira companhia a desenvolver um sistema que auxilia o estacionamento, no ano de 2003, para seu hibrido Prius oferecendo-o ao mercado, porque até o momento só se tinha esses dispositivos em carros conceitos que não chegavam ao mercado consumidor, primeiramente a Toyota leva a opção para o mercado Japonês e depois para o Norte Americano e Europa. Hoje esse sistema já faz parte de outras companhias como a Audi, Hyundai, Volkswagem entre outras. No Brasil a Volkswagem lançou o modelo Tiguan 2010 que tem o sistema Park-Assist, com sensores eletrônicos que ajudam a estacionar sem a necessidade de o condutor girar o volante durante a baliza, para manter total segurança, o Park-Assist é automaticamente desligado se o condutor força o volante durante a manobra de estacionamento, da mesma forma, ele pára de funcionar se o carro for excessivamente acelerado, ultrapassando a velocidade de segurança, de 7 km/h, esse sistema é um opcional do modelo e custa cerca de 3.765,00 a mais no valor do automóvel [5]. Antes de o automóvel passar pelo local provável do estacionamento, aciona-se a função Park-Assist no painel. Depois, o display mostra se o espaço disponível é suficiente para realizar o estacionamento, isso se da por meio de três retângulos, representando os dois carros já estacionados e o espaço entre eles. Então acionar-se a ré e tirar as mãos do volante. Depois, o único trabalho do motorista é controlar a velocidade de manobra pelo pedal do freio, enquanto o Park-Assist se encarrega de virar o volante na direção e na medida exatas para acomodar o automóvel na vaga [5]. Cada companhia define seu próprio nome para o sistema, e eles são desenvolvidos de várias formas, mas no final todos ajudam o condutor a estacionar o automóvel, no caso da Toyota o sistema é designado como Intelligent Parking Assist System (IPAS), ele usa processadores de computadores que estão ligados ao automóvel, sistema de alerta através de sonar, câmera de backup, e dois sensores adicionais nos pára-choques. O conjunto de sensores de sonar, conhecidos como auxiliar intuitivo de estacionamento, inclui vários sensores nos pára-choques que detectam obstáculos, permitindo que o automóvel avise e calcule os ângulos de direção idealdurante estacionamento regular [4]. Estes sensores mais os dois sensores de estacionamento adicionais estão ligados a um processador central do computador, que por sua vez é integrado com o sistema de câmara de backup para fornecer as informações de estacionamento aos condutores. Quando o conjunto de sonar e o recurso dos sensoressão usados, o processador calcular o ângulo de direção, e exibe um mapa de navegação em uma tela touchscreen instalado no Página 3 de 8
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UFCD: Sistemas de conforto e segurança painel em conjunto com uma câmera com as informações dos obstáculos. O Intelligent Parking Assist System permite através da tela touchscreen que o condutor faça algum ajuste fino de direção da vaga e depois que aperta o botão ok, o sistema é ativado, e o processador central calcula as paralelas e seus ângulos de direção da vaga, acionando as interfaces com os sistemas Electric Power Steering do automóvel para guiá-lo corretamente ao local escolhido de estacionamento, deixando para o condutor a função de solta o volante e controlar a aceleração e a frenagem do automóvel. Concluindo essa parte o sistema é de grande ajuda para os condutores que tem dificuldades na execução das balizas, principalmente para condutores inexperientes, as companhias estão investindo nessa área e a tendência é o melhoramento do sistema, tornando real e acessível ao mercado consumidor um automóvel que possa se mover sozinho.
Sistema de suspensão ativa em automóveis A suspensão ativa é uma tecnologia automóvel que controla os movimentos verticais das rodas através de um sistema eletrônico. Ao contrário do sistema de suspensão comum, que trabalha de acordo com a rodagem, a suspensão ativa corrige as imperfeições da pista com mais eficiência que, por sua vez, dá mais estabilidade e desempenho ao veículo, seja em curvas, aceleração ou frenagem, e facilita o controle do condutor, ela trabalha corrigindo a ação das imperfeições do piso a onde o automóvel estar se deslocando de forma que permita uma maior estabilidade do automóvel e conforto para o condutor ao dirigir o automóvel. Ela trabalha de formaimperceptível, ou seja, o condutor não percebe seu funcionamento principalmente os menos experientes [10]. Essas tecnologias trabalham de uma forma discreta ajudando os condutores, e provendo um conforto muito grande na condução dos automóveis atuais, e esse conforto é ainda maior quando se abordar a parte da tecnologia que faz com que deficientes físicos se desloquem conduzindo seu próprio automóvel.
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Sistemas de Conforto e Segurança do automóvel em estrada
Adaptive cruise control - ACC – (controle adaptativo de cruzeiro) - utiliza sensores de avanço para medir continuamente a distância de outros veículos, ajustando automaticamente a velocidade para garantir que o automóvel não fique muito próximo do da frente. O motorista aciona o controlo de cruzeiro definindo a velocidade máxima desejada e selecionando o intervalo de tempo para os veículos da frente. ACC em seguida, ajusta a velocidade do veículo para corresponder ao veículo anterior, conforme necessário. Evita acidentes em rodovias, pois a velocidades é mais constante regular, controlando a distância entre os automóveis, talvez não seja tão eficiente para as ruas das grandes cidades por causa do transito pesado, do anda e para, que as grandes cidades têm. Esse sistema no projeto esta disponível nas marcas Ford, Volvo, Audi e Wolkswagen.
Forward Collision Warning – FCW - é um sistema que pode ajudar a evitar os acidentes onde a batida se da na traseira de outro automóvel ou minimizar os efeitos que ela possa causar. A instalação do radar varre continuamente a área em frente do veículo, e se a aproximação estiver muito perto do outro automóvel, o condutor é alertado através de sinais de som e luz, e se esse risco de colisão aumenta apesar dos avisos, os freios são pré-carregados para se preparar para frenagem eficiente pelo condutor. Quando a colisão é iminente e o condutor não promove nenhuma reação para evitar a colisão, automaticamente os freios são acionados para reduzir o impacto do acidente. Disponíveis nos modelos Ford e Volvo.
Speed regulation system - Este sistema a regula a velocidade em determinados vias. O sistema funciona como um piloto automático mantendo a velocidade constante de acordo com a escolhida pelo condutor.
Blind spot information system – BLIS Este sistema faz uso de pequenas câmaras em cada lado do espelho para detectar um automóvel ou moto que possa estar no ponto cego do condutor, se for detectado um automóvel ou moto ele emite uma luz de aviso, sendo capaz de reconhecer e ignorar a própria sombra do automóvel, também funciona à noite. Mostra boas perspectivas na detecção de outros automóveis e moto nos pontos cegos, principalmente quando instalado em veículos longos como caminhões, facilitando a vida dos condutores ma procura de algum obstáculo em sua lateral.
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Lane departure/Lane assist / Impairement warning – LDW - O sistema ajuda o condutor a manter sua posição de pista, ou seja, que ele mantenha o automóvel dentro da faixa de rolagem, sendo avisado através de alertas se o veículo cruza as marcações de pista acidentalmente. O alerta pode ser sonoro ou haptical (vibração ou pequeno torque no volante ou banco do condutor). O sistema mantém a posição de um veículo através da detecção de marcas de pista ou limites de rua através de um sensor de vídeo, essa advertência ocorre apenas acima de certa velocidade mínima. Ele aceita especificações do condutor, como por exemplo, definição do indicador ou suprimir o aviso, ele é projetado para operar em rodovias ou estradas equivalente, podendo se necessário ser desligado pelo condutor. O sistema também é composto por um alerta de condutores cansados e distraídos. Ele tem câmera que acompanha os movimentos do carro entre as marcações de pista e calcula o risco do condutor perder o controle do automóvel, se o risco for elevado uma mensagem indica na tela que é hora do condutor fazer uma pausa para descanso.
Fuel Efficiency Advisor – FEA - O sistema funciona como conselheiro no uso do combustível, com nome de Dynafleet ele é um sistema de informação de transporte da Volvo Trucks, que fornece em tempo real a localização atual dos veículos, seu consumo de combustível, avisos ao condutor, intervalos de manutenção e muito mais. O uso do combustível com eficiência, ou eco-condução, é apoiada por meio de funções a bordo para o condutor, bem como relatórios de acompanhamento do sistema de back-office Dynafleet Online.
Safe HMI - Navigation - Esse sistema na verdade é um conjunto de técnicas e soluções que coloca a disposição dos condutores informação enquanto o automóvel estiver em movimento, por exemplo, sistemas de navegação e informações de trânsito, dicas essenciais de segurança, utilizando-se e considerando os aspectos da interface homem/máquina. Os sistemas de navegação fornecem a localização e informações de orientação da via para o condutor. Existem vários tipos de sistemas como a montagem OEM, a solução de pós-venda etc., com posições diferentes de visualização e tecnologias, como exibir informações da central, cabeça-up, display destacável ou separados, que estão disponível no mercado. A BMW disponibiliza o sistema Head-Up Display que coloca informações selecionadas diretamente na linha de visão do condutor, esta exposição virtual é projetada no pára-brisa e pode ser facilmente visto em todas as condições de luz. Evitando que o condutor procure por alguma informação em outros dispositivos tirando a atenção da via, esse sistema pode prover uma grande variedade de informações como velocidade, próximas curvas da via, sentido da via e muito outras, dependendo da especificação que o projeto tenha.
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Curve Speed Warning – CSW - O sistema com essa tecnologia foi desenvolvido para ajudar os condutores a identificar situações potencialmente perigosas se uma curva na estrada, alertando o condutor com antecedência permitindo-lhe tempo para reagir adequadamente. As informações do sistema sobre as curvas são pré- definidas com base em analises de mapas digitais da estrada e análise das características geométricas da curva, ao combinar essas informações com fatores externos, como condições climáticas e estimativas de atrito da estrada, a velocidade máxima recomendada para a curva é estimada. Se o veículo se aproxima a uma velocidade superior ao valor recomendado, o sistema emite o alertar ao condutor para o risco potencial, e prepara os sistemas de segurança do automóvel para provável uso se necessário, e ativamente inibe uma maior aceleração do automóvel. O desempenho do sistema global da CSW digital baseada em mapas tem uma um melhora excelente quando é adicionado ao sistema sensores de visão, tais como as Lane Detecção e Tracking (LDT) e visão de chuva baseada em sensoriamento remoto. O módulo de detecção de pistas pode fornecer informações adicionais sobre a forma e a distância para se aproximar da curva, desta forma a estimativa da velocidade máxima recomendada é mais precisa e confiável. O sensor de chuva é capaz de detectar as gotas de chuva no pára-brisa e estimar o atrito dos pneus com a via, sendo importante parâmetro para o módulo CSW, pois é o atrito um dos fatores determinantes para a estabilidade do automóvel. Além de sinais de advertência e de intervenções ativas, o sistema CSW também pode auxiliar o usuário durante a noite por meio do sistema de iluminação dianteira adaptativa (AFL), a tecnologia é capaz de se adaptar à forma, direção e intensidade do feixe de luz e seguir a direção da estrada. Ao ajustar a direção do feixe de luz, a AFL pode preparar o condutor para curvas em sentido contrário e guiá-lo na direção certa, mesmo antes do condutor ver acurva. Esta tecnologia também ajuda a reduzir o efeito ofuscante dos faróis dos veículos que se aproximam, oferecendo maior conforto ao condutor, melhorando a segurança dos automóveis.
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Conclusão A área das montadoras de automóveis esta tendo um grande avanço mas tecnologias envolvidas no produto, principalmente atualmente com o apelo pelo ecologicamente correto, que quanto menos poluição o produto provocar mais destaques ele terá no mercado. Os sistemas inteligentes ou inteligência artificial, inteligência social, lógica fuzzy, algoritmos e muitas outras tecnologias e técnicas estão sendo usadas no desenvolvimento de automóveis autônomos, buscando principalmente a segurança e o conforto dos condutores de automóveis. Essa realidade é fácil de comprovar com vários exemplos: atualmente esta acontecendo uma exposição na china que apresenta projetos conceitos de automóveis totalmente automatizados com capacidade de limpar o ar, produzir sua própria energia e comunicar-se entre si evitando acidentes e fazendo com que o trânsito tenha um fluxo melhor, automóveis híbridos já estão sendo produzidos nas linhas de montagem e vendidos em todo mundo. Em paralelo esta em teste um grande número de automóveis na Europa, embarcados com tecnologias avançadas, com propósito de coletar dados dos sistemas e dos condutores para verificar cientificamente os benefícios que os sistemas inteligentes podem agregar na vida dos condutores de automóveis, acredito que o automóvel que consiga se deslocar sem o condutor eficientemente ainda estar distante na prática, mas a cada dia essa realidade se aproxima ainda mais, e se o homem conseguir implementar com eficiência por exemplo a computação quântica, esse pulo nas tecnologias deverá ser algo imaginável, não só em relação aos automóveis nas em toda tecnologia que conhecemos atualmente. Essa área dos sistemas inteligentes para automóveis é promissora para pesquisas, existem muitas iniciativas em todo o mundo voltadas para a segurança e conforto dos condutores de automóveis utilizando-se da inteligência artificial e outras técnicas avançadas.
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