KURZUS: Járművek

MODUL: Autonóm járművek

2. lecke: Vezetéstámogató rendszerek

| Cél: A tananyag célja, hogy a hallgató ismerje meg a jelenleg alkalmazott modern vezetéstámogató rendszereket, azok legfontosabb jellemzőit, alapelveit.
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes
megfogalmazni a vezetéstámogató rendszerek szükségességét felsorolni a legújabb modern vezetéstámogató asszisztens technológiákat meghatározni az automata vészfékező rendszer működési elvét ismertetni a sávtartás technológiai megoldását megfogalmazni a sávközépvonal elvét kifejteni a holttér figyeléséért felelős eszközrendszert meghatározni az automatikus távolságifény-vezérlés metódusát
Időszükséglet: A tananyag feldolgozásához 120 perc szükséges, a tevékenységek és az önellenőrző kérdések megválaszolására, további 120 percet javaslunk fordítani.
Kulcsfogalmak
balesetmegelőzés vezetéstámogatás vészfékező rendszer adaptív távolságtartó sávtartó automatika radar, kamera, lidar holttér képfeldolgozó szoftver
1. Autóipar fejlődése, modern vezetéstámogató rendszerek megjelenése
Jegyezze meg a modern vezetéstámogató rendszerek megjelenésének okait, illetve, hogy milyen mértékben vehetik át a járműirányítást!
A járművek története az 1800-as évekig nyúlik vissza. 1886-ban Karl Friedrich Benz és Gottlieb Daimler megalkotta az első benzinmotoros automobilt Mannheimben. Ezekben az években még nagyon kevés, sőt inkább alig volt jármű az utcákon, ennek ellenére 1896. augusztus 17-én az Egyesült Királyságban megtörtént az első halálos gázolás, az áldozat Bridget Driscoll volt a feljegyzések szerint. A halottkém, Percy Morrison akkor így fogalmazott: "Ilyen dolognak soha többé nem szabad megismétlődnie!" (http://www.baleset-megelozes.eu/cikk.php?id=685) Sajnos nem így történt. Az 1900-as évektől, lassú ütemben, de megindult a gépjárművek terjedése. 1906-től gyártotta a Ford Motor Company a Galamb József tervei alapján készült T-Modell-t. Ez volt az első futószalagon összeszerelt jármű. Az infrastruktúra fejlődésével, az aszfaltozott utak megjelenésével még inkább fejlődésnek indult az autóipar. Fokozatosan nőtt a személygépkocsik száma a világ országaiban, de ezzel együtt a balesetek száma is nőtt. Egyre többen haltak meg közlekedési szerencsétlenségben. Az 1950-es években felismerték, hogy óvintézkedéseket kell tenni a halálesetek bekövetkezése ellen. Megjelentek, a passzív és aktív biztonsági eszközök, melyek nagymértékben hozzájárultak a balesetek súlyosságának mérsékléséhez. A 2000-es évek elején azonban arra a következtetésre jutottak a közlekedésbiztonsági szakemberek és az autógyártók vezetői, fejlesztőmérnökei, hogy ezek a rendszerek már nem elegendők a biztonságos közlekedéshez a forgalomban részt vevő nagyszámú gépjármű, gyalogos és kerékpáros miatt. Az ezredforduló környékén elkezdődtek a fejlesztések és ennek eredményeképpen folyamatosan debütáltak az újabbnál-újabb modern vezetéstámogató rendszerek, azaz Driver Assistance Systems (DAS). Fontos megemlíteni, hogy az ilyen eszközökkel felszerelt járművek nem önvezető autók tehát, a vezetőnek minden esetben figyelnie kell az utat és környezetét. Ő a felelőse az esetlegesen bekövetkező közlekedési baleseteknek. Ezek a rendszerek hozzájárulnak a biztonságosabb közlekedéshez, mindenben segítik a vezetőt, de jelenleg még nem vehetik át az irányítást a gépjármű felett. Természetesen ezen technológiák továbbfejlesztésével fognak idővel megjelenni az autonóm járművek. Az utóbbi években rengeteg típusa jelent meg a vezetéstámogató rendszereknek, melyek egyaránt ellátnak biztonsági és komfort funkciókat is. Minden autógyártónak megvannak a saját vívmányai és elnevezései, de a cél közös a halálesetek számának nullára csökkentése.
Modern vezetéstámogató rendszerek
1. ábra
Forrás: https://www.precisionporsche.co.uk/news/2021/7/9/porsche-driver-assistance-systems
Automated Emergeny Braking/Collision Avoidance/Pedestrian Detection - Automata vészfékező rendszer Adaptive cruise control - Adaptív távolságtartó Lane Departure Warning - Sávelhagyás figyelmeztető Lane Keeping Assist System - Sávtartó automatika Traffic/Road Sign Recognition - Táblafelismerő rendszer Cross Traffic Alert - Keresztirányú forgalomfigyelő Park Assist - Parkolássegítő rendszer Blind Spot Detection - Holttérfigyelő berendezés Rear Collision Warning - Hátsó ütközésfigyelmeztető rendszer Surround View - Környezetérzékelő rendszer Automatic High Beam Control - Automatikus távolságifény-vezérlés
Automata vészfékező rendszer - Automated Emergency Braking (AEB)
Jegyezze meg az automata vészfékező rendszer működési elvét, az érzékelés 4 típusát, illetve, hogy miért szükséges elkerülni a False Positive eseteket!
A kutatások szerint a rendszer széleskörű elterjedésével akár 20-30%-kal is mérsékelheti a balesetek számát. A rendszer kamerák és radarok által tudja kiszámítani az akadálytól lévő távolságot, a gépjármű sebességének ismeretében. A radar a Doppler-effektus jelenségét használja ki a távolság megállapításához, mely során azt figyeli az érzékelő, hogy mennyi idő telik el a radarjel visszaverődéséig egy másik gépkocsiról vagy más közlekedőről, akadályról. A radar távolra, de keskeny tartományban "lát". A kamera azt vizsgálja, hogy talál-e a képen egy gépjárműre jellemző dolgot, ilyen lehet például a tengelyszimmetria, csillogás az autóüvegen vagy a rendszám. A kamera közelre, de széles tartományban "lát". A videofelvételt rendszerint egy FPGA képfeldolgozó egység elemzi. A két rendszer párosítása a legbiztosabb megoldás. Először hangjelzéssel figyelmezteti a vezetőt, majd abban az esetben, ha nem reagál, kivezérli a maximális fékerőt a kerekekhez. Az egyik leghatékonyabb megoldás az ütközések elkerülésére. A rossz időjárási körülmények ugyan képesek befolyásolni a rendszer működőképességét, de a tesztek alapján egyre jobb teljesítményt nyújtanak és folyamatosan fejlesztik, hogy még precízebbek legyenek. A radar a legkevésbé érzékeny a szélsőséges időjárási viszonyokra, mint a sötétség vagy az erős hóesés. A kamera az emberi szemhez hasonlóan ilyen szituációkban csak korlátozottan használható.
Az érzékelés során 4 féle esetet különböztetünk meg:
True Positive: valódi a fenyegetés és az autó fékez False Positive: akkor fékez a jármű mikor nincs akadály True Negative: nincs fenyegetés és nem is fékez False Negative: valódi a fenyegetés, de az autó nem fékez
A fejlesztők számára a legnagyobb és legfontosabb kihívás a False Positive esetek minimalizálása és megszűntetése. A legfontosabb, hogy amelyik tárgy nem jelent veszélyt, például egy zacskó arra ne fékezzen a rendszer, mert a többi közlekedőt megzavarja és nagy balesetet okozhat. A Bosch cég 3000 órányi közúti közlekedési tesztje során 0 False Positive esetén kerülhet sorozatgyártásba a radarból, kamerából és elektronikából álló egység.
Automata vészfékező rendszer fokozatai
2. ábra
Forrás: https://www.thewindscreenco.co.uk/adas-guide/autonomous-emergency-braking-aeb/
Adaptív távolságtartó - Adaptive Cruise Control (ACC)
Ismerje meg az adaptív távolságtartó rendszer működését!
A korábban is használt sebességtartó automatika - tempomat továbbfejlesztése. A régebbi rendszerek esetén a vezető beállított egy sebességet és az elektronika a motorteljesítmény megfelelő változtatásával, növelésével vagy csökkentésével tartotta azt az értéket. Az új 76-77 GHz-en működő akár 250-300 méteres hatótávolságú radarok segítségével meg tudják mérni a távolságot az előttünk haladó gépjárműtől vagy más közlekedőtől ugyanazon elven, mint amit a vészfékező berendezésnél használnak. Amennyiben egy gépjárművet mindkét rendszerrel felszerelnek egy közös radar is el tudja látni mindkét vezetéstámogató eszköz működését. A korábbi és az új technológiát kombinálva fejlesztették ki a távolságtartó tempomatot, amely a motornyomaték módosításával és a fékrendszer segítségével tartja a vezető által beállított távolságot. Szükség esetén vészfékezést is végre tud hajtani. A legújabb és legmodernebb autókban általában 0-180 km/h sebességtartományban működik az Adaptive Cruise Control.
Adaptive cruise control
3. ábra
Forrás: https://www.priusvoit.net/r_gulateur_de_vitesse_dynamique_radar_plage_de_vitesse_int_grale-71.html
Aktív adaptív távolságtartó műszerfali visszajelzése
4. ábra
Forrás: https://stuffedsuitcase.com/deluxe-features-love-lexus-rx-450h/
Sávtartó automatika - Lane Keeping Assist System (LKAS)
Fogalmazza meg a sávtartó rendszer működését!
Az asszisztens rendszer egy kamerának köszönhetően figyeli a kijelölt forgalmi sávot és amennyiben a vezető irányjelzés nélkül akarna áttérni egy másik sávba, akár figyelmetlenség akár rosszullét következtében, először hang és/vagy fényjelzéssel értesíti a vezetőt és ha nem reagál, akkor a rendszer visszakormányozza a járművet a saját sávja közepére. A 40-50 fokos látószögű kamerát leggyakrabban a visszapillantó tükör fölé a szélvédőbe integrálva szerelik be, amely meghatározza az oldalirányú eltérést és a relatív elhajlási szöget a sáv és a gépkocsi középpontja között. Egy elemző számítógépes szoftver az úgynevezett Lane Boundary Detection kiszámítja a sávközépet és megpróbálja ott tartani az autót. Meghatároz egy reaction zone-t is, amit nem léphet át a gépkocsi, hogy a hirtelen fellépő szituációkban ne a sáv legszélétől kelljen visszaterelni a járművet középre. Ezt a folyamatot az 5. ábra szemlélteti. A sávtartás során a célkitűzés, hogy a rendszer 0-ra csökkentse az oldalirányú eltolódást és a relatív elhajlási szöget.
A gépjármű sávközépen tartásának elve
5. ábra
Forrás: https://www.mathworks.com/help/mpc/ug/lane-keeping-assist-system-using-model-predictive-control.html
Érdekes kihívás a mérnökök számára az útburkolati jelek felismerésének megoldása. A technológia a kamera képe, valamint egy video és képfeldolgozó program segítségével a videofelvételen lévő színátmeneteket figyeli, hogy hol van az útfelületen erős színkülönbség. A berendezés viszonylag jó pontossággal meg tudja különböztetni a sávok határát jelölő fehér vonalat az aszfalt sötétszürke színétől. Kiemelten kell kezelni a sárga színű felfestéseket, mert azok útszükületre, illetve veszélyhelyzetre hívhatják fel a vezető figyelmét tehát, ilyenkor a sárga vonal a prioritás. A prémiumkategóriás autókban alkalmazott eszközök az útpadkát, szalagkorlátot és az aszfalt-fű átmenetet is képesek felismerni. A tökéletes működés érdekében elengedhetetlenek a jól felfestett forgalmi sávok, ugyanis a megfelelő infrastruktúra nélkül nem tudnak hatékonyan üzemelni. Sajnos néhány országban, köztük Magyarországon is akadnak még ezzel problémák. A rendszerek többsége 50-200 km/h sebességtartományban aktiválható, de igény esetén teljesen ki is kapcsolható.
Holttérfigyelő berendezés - Blind Spot Detection (BSD)
Jegyezze meg miért fejlesztették ki a holttérfigyelő rendszereket és milyen szenzorok segítségével figyelik a jármű holttereit!
A gépjárműveknek vannak olyan holtterei, ahová a jármű vezetője nem lát. Nem tudja, hogy van-e ott más közlekedő. A közlekedési balesetek elkerülése érdekében fejlesztették ki a holttérfigyelőt, amelyet sávváltási asszisztensnek is neveznek az autógyártók, mert megkönnyíti a vezető feladatát. A fejlesztők 2 fajta radarérzékelőt használnak az autók, tárgyak észleléséhez. A nagy látószögű, 24 GHz-es radarok a gépjármű melletti teret és a gépkocsi mögötti 12 m-es részt ellenőrzik. A kis látószögű, 24 GHz-es radarszenzorok a jármű mögötti 100 m-es részt vizsgálják meg. Az új változatokban 77 GHz-es radarokat használnak a háromszor akkora pontosság miatt. A legtöbb autógyártó megoldása, hogy veszély esetén egy sárga vagy piros LED villan fel a külső visszapillantó tükörben.
Holttérfigyelő berendezés működése
6. ábra
Forrás: https://www.roboticsbusinessreview.com/consumer/self-driving-car-features-to-know-before-you-get-behind-the-wheel/
Táblafelismerő rendszer - Road Sign Assist (RSA)
Jegyezze meg milyen forgalmi táblákat képesek felismerni a jelenlegi rendszerek!
Egy kamera segítségével a rendszer felismeri a sebességkorlátozó és az időjárási viszonyokra vonatkozó jelzéseket. Egyes gépjárművek a Stop táblát, elsőbbségadás táblát és az előzni tilos jelzést is felismerik. Azokat a táblákat találja meg, amelyeket az út mellett vagy út felett helyeztek el állandó vagy ideiglenes jelleggel. Jelenleg az a legfontosabb, hogy a tiltótáblákat azonosítani tudja. A kamera olyan felismerési algoritmusokat használ, amelyek a kerek, téglalap és háromszög alakú útjelzések és a STOP tábla észlelésére alkalmasak. A beazonosított táblákat a gépjármű műszerfalán szemlélteti ikonok segítségével. A rendszer sebességtúllépés esetén fény és hangjelzést ad a vezető számára. A működéséhez ugyanazt a kamerát alkalmazzák, mint amit a sávtartó automatikánál használnak.
Aktív Táblafelismerő rendszer - visszajelzés a műszerfalon
7. ábra
Forrás: https://www.mercedes-benz.ch/de/passengercars/mercedes-benz-cars/models/eqa/equipment.pi.html/mercedes-benz-cars/models/eqa/equipment/optional/traffic-assistant
Automatikus távolságifény-vezérlés - Automatic High Beam Control
Ismerje meg az automatikus távolságifény-vezérlő rendszer működését!
A biztonságos közlekedéshez nélkülözhetetlen az úttest tökéletes megvilágítása sötétben és rossz látási viszonyok között is. Napjainkban a teljes LED-fényszóróberendezés az elterjedt a drágább járművekben, de néhány felsőkategóriás autóhoz már lehet rendelni lézertechnológiával működő lámparendszert is, mely 600 m-re világít.
A LED a halogén izzóhoz képest jobb fényminőséget biztosít, kevésbé zavarja az emberi szemet, mert színhőmérséklete jobban közelít a természetes nappali fényhez. Kisebb az energiafogyasztása, hosszabb az élettartalma és több irányítási, szabályozási lehetőséget biztosít a halogén izzóval szemben. Ezt a tulajdonságát használja ki az adaptív, kamerarendszeren alapuló fényszóró. A kamera egy vezérlőelektronika segítségével felismeri a többi közlekedőt és úgy vezérli a távolsági lámpát, hogy ne vakítsa el őket, de a környezet más területét továbbra is teljes fényerővel megvilágítsa. A kamera az általa készített felvételen, egy autó azonosításához 2 erős fénypontot keres, míg kamionok esetében 4 erős fénypontot keres, amelyek 1 irányba azonos sebességgel haladnak, így egy másik gépkocsi elejét és hátulját is képes felismerni. Az úgynevezett kitakarásos módszer általában 60 és 300 méter közötti távolságban üzemképes, de az újabb eszközök akár már 600 méterre is ellátnak. Alapesetben, az olcsóbb változatokban 8 db LED diódát helyeznek el egy lámpaburában, de a legkorszerűbb esetekben 32 db LED-ből álló fényforrás világítja meg a vezető előtti területet. A rendszer lényege tehát, hogy a távolsági fényszóró az utazás során végig bekapcsolva maradhat a megfelelő látás biztosítása érdekében, anélkül, hogy ezzel elvakítanánk a többi járművezetőt.
Adaptív távolságifény-vezérlő - kitakarásos módszer
8. ábra
Forrás: https://www.lexus.com.bh/ls-2017safetyahs-adaptive-high-beam-system
Automatikus távolságifény-vezérlő - kitakarásos módszer
9. ábra
Forrás: https://www.mercedes-benz.nl/passengercars/mercedes-benz-cars/models/gls/mercedes-maybach-x167/safety.pi.html/mercedes-benz-cars/models/gls/mercedes-maybach-x167/safety/assistancesystems/light

| Feladatok
1. Sorolja fel a jelenleg alkalmazott aktív vezetéstámogató rendszereket!
2. Sorolja fel milyen járműre jellemző ismérveket keres a szoftver egy kameraképen!
3. Sorolja fel az érzékelés/járműdetektálás 4 típusát!
4. Sorolja fel milyen alakú útjelzéseket tudnak azonosítani a jelenlegi táblafelismerő rendszerek!
Önellenőrző kérdések
1. A személyautók megjelenését követően mikor ismerték fel, hogy foglalkozni kell a bekövetkező balesetekkel?
| 1920-as évek
| 1940-es évek
| 1950-es évek
| 1960-as évek
2. Mikor kezdődött a vezetéstámogató rendszerek fejlesztése?
| 1990-es évek eleje
| 2000-es évek eleje
| 2010
| 2015
3. Miért kezdődött meg a vezetéstámogató rendszerek kifejlesztése?
| Balesetek számának és súlyosságának csökkentése
| Autógyártók innovációs igénye
| Felhasználói igények
| Törvényi kötelezettség
4. Ki a felelős egy aktív vezetéstámogató rendszer esetén bekövetkező balesetkor?
| Autógyártó
| Jármű tulajdonosa
| Járművezető
| Szenzorrendszer beszállítója
5. Az alábbiak közül melyik a kamera alapú Képfeldolgozó rendszer angol rövidítése?
| FPGA
| CCAP
| MGIA
| ERST
6. Milyen frekvencián működnek a járműdetektáláshoz alkalmazott radarok?
| 50-51 Hz
| 120 MHz
| 76-77 GHz
| 76-77 MHz
7. Milyen sebességtartományban működik az adaptív távolságtartó?
| 110-140 km/h
| 20-50 km/h
| 50-100 km/h
| 0-180 km/h
8. Mit jellemez a reaction zone a sávtartó automatika működése során?
| Azt a területe, amit nem léphet át a jármű sávtartás során
| Azt a vonalat, amikor az autó figyelmeztetést küld a vezetőnek, hogy vegye át az irányítást
| Az a terület, amit nem tud detektálni a jármű
| Azt az esetet határozza meg, amikor más jármű is közlekedik ugyanazon sávban azt autó közvetlen környezetében
9. Mit figyel a sávtartó rendszer a videófelvételen?
| A jármű előtt haladó autó kerekeit
| A jármű előtt haladó autó lámpáit
| Színátmeneteket az aszfalton
| A jármű környezetében lévő objektumok detektálásának segítségével tartja a kijelölt sávban az autót
10. Hány méterre világítanak a legújabb lézertechnológiával felszerelt lámparendszerek?
| 20 m
| 600 m
| 400 m
| 1 000 m
11. Hány LED található a legkorszerűbb lámpaburákban?
| 50 db
| 5 db
| 1 db
| 32 db