advanced driver assistance systems (adas) -...

Advanced Driver Assistance Systems (ADAS)

Felipe Costa

Universidad Católica "Nuestra Señora de la Asunción"Facultad de Ciencias y Tecnología

Teoría y Aplicación de la Informática [email protected]

www.universidadcatolica.edu.py

2017

Resumen Hoy en día, los vehículos modernos están equipados con va-rios sistemas complejos. Sistemas relacionados con la clase de SistemasAvanzados de Asistencia al Conductor, o ADAS, por sus siglas en ingles, están enfocados a asistir a los conductores. Dependiendo de sus propó-sitos, estos sistemas pueden tener diferentes arquitecturas y maneras decomunicarse con el conductor. Ejemplo, pueden usar múltiples sensoresexternos o internos, que actúan como fuentes de información, tener dis-tintos conjuntos de indicadores o in�uenciar a otros sistemas de a bordo.

Key words: ADAS,ACC,LDW,GPS,reconocimiento carteles,radar,ultrasonido,láser,conductor,pasajero,frenos,velocidad crucero,punto cie-go

Índice general

Abstract, Key Words . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Felipe Costa

1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32. Historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33. Descripción de ADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2. Sistema de velocidad crucero autónomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.3. Sistema de advertencia de conducción incorrecta . . . . . . . . . . . . . . 53.4. Detector de cambio de carril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.5. Sistemas de auto-aparcamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.6. Control de descenso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.7. Haz de luz alta adaptativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.8. Sistema de navegación automotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.9. Sistema de anti-colisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.10. Sistema supervisor del conductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.11. Adapatacion de velocidad inteligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.12. Detección y reconocimiento de señal de transito . . . . . . . . . . . . . . . 123.13. Detección de punto ciego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4. Arquitectura Conceptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166. Problemas con ADAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

6.1. Complacencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.2. Diseño del sistema de advertencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.3. Con�anza y aceptación de los conductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196.4. Comportamiento del conductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

7. Principales fabricantes y marcas que lo implementan . . . . . . . . . . . . . . . 21

Índice de �guras

1. Demostración del funcionamiento del sistema de velocidad cruceroautónomo(ACC,por sus siglas en ingles). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. Alerta del sistema LDW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63. Interacción con el sistema de control de descenso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74. Haz de luz controlado por el sistema de luz alta adaptativo. . . . . . . . . . 85. Sistema de navegación integrado en el tablero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96. Demostración de la acción del sistema de anti-colisión. . . . . . . . . . . . . . . 107. Detección de transeúnte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108. Características del sistema supervisor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119. Demostración de la supervision facial y detección de rasgos por

software. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Sistemas avanzados de asistencia al conductor 3

10. Ilustración del sistema de escaneo de señales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1311. Advertencia de la señal de tra�co escaneada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1312. Indicación del área de punto ciego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1413. Advertencia cuando un vehículo ingresa al área de punto ciego. . . . . . . 1414. Diagrama de bloques del hardware conceptual para un sistema ADAS. 1515. Ubicación de los sensores y rangos de los mismos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1616. Principales causas de los accidentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1717. Porcentaje de mercado de los vendedores de ADAS en 2015. . . . . . . . . . 2218. Marcas de autos que implementan ADAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1. Introducción

Los vehículos modernos están equipados con varios sistemas complejos. Al-gunos de ellos relacionados a ADAS, están orientados a ayudar a los conductoresen los diferentes aspectos de control del vehículo. Uno de los propósitos princi-pales de ADAS es la seguridad. ADAS esta enfocado en asegurar la seguridad alconducir y reducir el numero de accidentes.Dependiendo del propósito, estos sistemas pueden tener diferentes estructuras yarquitecturas. ADAS puede ayudar con varios tipos de problemas, desde esta-cionar hasta tareas mas complejas, como reducir la tasa de accidentes.

2. Historia

ADAS tiene una historia considerable. En Europa, varios fabricantes de auto-móviles e institutos de investigación iniciaron la iniciativa Prometheus, alrededorde 1986. En este marco se llevaron a cabo una serie de proyectos, la mayoría delos cuales apuntan a soluciones prácticas para problemas de trá�co urbano. LaUnión Europea inició poco después el programa DRIVE (Infraestructura vialdedicada a la seguridad vial en Europa), en el que un número considerable deproyectos abordaron problemas prácticos y cuestiones fundamentales. Un ejem-plo de este último es el proyecto GIDS (Generic Intelligent Driver Support), elproyecto más grande en DRIVE 1, antes de su tiempo y sigue siendo relevante.El objetivo general de este ambicioso proyecto era "determinar los requisitos yestándares de diseño para una clase de sistemas inteligentes de soporte para losconductores que se ajusten a los requisitos de información y capacidades de ren-dimiento de los conductores individuales". Por una parte, esta clase de sistemasayudará a la detección y evaluación del conductor de los peligros de la carreteray el trá�co, por otro, proporcionará orientación sobre la capacidad del conductorpara hacer frente a peligros especí�cos.[1]

3. Descripción de ADAS

3.1. Introducción

ADAS usualmente incluye un conjunto de subsistemas enfocados a la interac-ción pasiva o activa con el usuario. Estos subsistemas afectan aspectos diferentes

4 Sistemas avanzados de asistencia al conductor

del proceso de conducción, se incluyen:

Sistema de velocidad crucero autónomo.Sistema de advertencia de conducción incorrecta.Detector de cambio de carril.Sistemas de auto-aparcamiento.Control de descenso.Haz de luz alta adaptativo.Sistema de navegación automotor.Sistema de anti-colisión.Sistema supervisor del conductor.Adaptación de velocidad inteligente.Detección y reconocimiento de señal de transito.Detector de punto ciego.

A continuación, describiremos estos sistemas en detalle.

3.2. Sistema de velocidad crucero autónomo

El control crucero es un sistema que automáticamente controla la velocidaddel motor de un vehículo. Los sistemas de control crucero autónomo o adaptativoajustan la velocidad del vehículo de manera a mantener una distancia segura delvehículo de enfrente. Este proceso esta basado en el uso de sensores que estáninstalados en el automóvil [2]. Estos sensores pueden ser de dos tipos:

Luces láser (No con�ables, debido a que son activados con el mal tiempo ocuando están cubiertos en tierra).Radar infrarrojo (Ampliamente utilizados como una parte del sistema deprevención de colisión).

Figura 1. Demostración del funcionamiento del sistema de velocidad crucero autóno-mo(ACC,por sus siglas en ingles).


Esta tecnología avanzada de asistencia al conductor es especialmente útil en lasautopistas, donde los conductores deben monitorear constantemente sus sistemasde control crucero por razones de seguridad.

3.3. Sistema de advertencia de conducción incorrecta

Conocida por sus siglas en ingles: "Wrong-Way driving warning system".Entre todas las cosas peligrosas que puedes hacer detrás del volante, conduciren la dirección incorrecta en una carretera de sentido único es una de las peores.Las vías de una sola dirección, como las de con�uencia y salida de las carreteras,suelen ser carriles de alta velocidad, lo que hace que el daño potencial sea muchomayor.

El sistema es un software puro, lo que signi�ca que puede integrarse en uni-dades de información y entretenimiento existentes. Funciona al comparar la po-sición real del vehículo (medida por GPS) con la dirección de viaje permitida,determinada por el reconocimiento de la cámara de señalización o bases de datosde transporte. Si se encuentra una discrepancia, el conductor recibe una alerta através del sistema de infoentretenimiento del vehículo o del teléfono inteligente,y la tecnología incluso activará un freno de emergencia si es necesario. [3]

3.4. Detector de cambio de carril

Conocido por sus siglas LDW (de Lane Departure Warning), el detector decambio de carril es un sistema de seguridad activa que detecta la variación detrayectoria del vehículo sobre el carril e interpreta cuándo esta es involuntariapara avisar al conductor y evitar así colisiones con otros vehículos o salidas devía.

Se trata de una opción que cada día incorporan más vehículos y que en susversiones más avanzadas incluso corrige la trayectoria cuando el conductor noresponde a las alertas que le envía el sistema. La idea es que el vehículo se man-tenga en su carril y que no lo abandone si no es que el conductor realmentequiere realizar una maniobra de desplazamiento lateral con invasión del carrilcontiguo.


Figura 2. Alerta del sistema LDW.

Para detectar la desviación de la trayectoria, el LDW emplea sensores quesiguen el trazado de las marcas viales. Estos sensores pueden ser de tipo cáma-ra, montados en el parabrisas, láser en el frontal o, de forma más minoritaria,infrarrojos montados en el parabrisas o en los bajos del vehículo. El sensor va rea-lizando una lectura de las marcas viales longitudinales, ya sean líneas continuaso discontinuas, e informando a la centralita del LDW.

Dependiendo de la velocidad, del grado de giro del volante, de la activación ono de los intermitentes, en función de los parámetros que tenga programados, elsistema determina que el conductor ha perdido la trayectoria del carril y le avisa,normalmente con una señal acústica y otra visual que se aprecia en el panel deinstrumentos. LDW, avisador de abandono involuntario de carril Avisador delLDW en el Mazda6.

De forma adicional, hay modelos en los que el sistema hace vibrar el volanteo incluso el asiento para alertar al conductor del riesgo de pérdida de control delvehículo. En estos casos, vale la pena conocer el sistema para estar prevenidocontra sustos.[4]

3.5. Sistemas de auto-aparcamiento

Además de los sistemas que controlan la distancia del vehículo a los objetoscercanos, también hay asistentes de aparcamiento que se encargan de realizarla maniobra completa por sí solos, girando el volante y desplazando el vehículode forma automática. La base es un sistema de aparcamiento activo tal y comolos descritos previamente junto con una servo electromecánica, propulsada porun electromotor, así como sensores de medición en dirección transversal a ladirección de movimiento del vehículo. Algunos requieren también de una cámaratrasera con la que el conductor pueda elegir la plaza de aparcamiento deseadaantes de que comience la maniobra de aparcamiento automática.

Después de que la maniobra se inicie al presionar el botón, los sensores midenen dirección transversal el hueco libre. Si el tamaño de la plaza de aparcamientoes el su�ciente, el conductor recibirá una noti�cación. El conductor no tiene más


que parar el vehículo a una cierta distancia de la plaza de aparcamiento, ponerla marcha de atrás y pisar el pedal del acelerador con cuidado si la situación deltrá�co lo permite. El asistente de giro se encarga de girar el volante en ambasdirecciones. En el momento en que el vehículo alcanza la distancia mínima haciaatrás, el conductor debe frenar, poner la marcha hacia delante y entonces élmismo ha de conducir hacia delante.[5]

3.6. Control de descenso

El control de descenso proviene de la sigla en inglés HDC que signi�ca HillDescent Control y se trata de un sistema que asiste electrónicamente al con-ductor para que mantenga el control sin derrapar descendiendo por pendientesempinadas de baja adherencia como bajadas con hielo o de ripio. Funciona enconjunto con el ESP y el ABS, evitando que el vehículo se derrape, inclusive encondiciones extremas y manteniendo la velocidad elegida por el conductor ya queéste no tiene que accionar el acelerador ni el pedal de freno, pudiendo regular lavelocidad del descenso mediante los controles de velocidad crucero del volante.

La compañía Land Rover desarrolló originalmente el HDC para utilizarlo ensu modelo Freelander que carecía de los engranajes de baja gama que suelenproporcionarse en los vehículos 4x4. En su momento fue ridiculizado por losa�cionados, y muchos reclamaron que su velocidad establecida era demasiadoalta para un descenso controlado en condiciones difíciles. A pesar de las críticas,el sistema era una tecnología de vanguardia y permitió que el Freelander, juntocon el sistema de control de tracción, sea reconocido como uno de los ?vehículosligeros? producidos en los años 90s.

Figura 3. Interacción con el sistema de control de descenso.


La mayoría de los fabricantes ofrecen su activación por medio de un botón.Una vez que el vehículo llega a una velocidad inferior en especí�co, el HDCayuda a reducirla hasta alcanzar una constante segura que suele rondar por los7 km/h en marcha normal y 6,5 km/h en marcha atrás. Cada vez que el sistemase activa, las luces de freno se encienden de manera automática para advertirlesa los conductores que van detrás del vehículo. Y se desactiva al alcanzar unavelocidad superior a los 60 km/h aproximadamente.

Este sistema depende de los componentes del ABS para funcionar, y juntocon éste logra estabilizar el coche mientras evita que las ruedas se bloqueen poraplicar los frenos correspondientes en una pendiente. Al activarse, impide queel conductor pierda el control sobre la dirección del vehículo, evitando posiblesvuelcos, colisión u otros tipos de accidentes surgidos por el desliz del coche.

Al ser un elemento de la seguridad activa de los vehículos y depender deotro sistema fundamental, el costo de implementación del HDC resulta bastantee�caz, teniendo en cuenta que no hay que instalar componentes adicionales.[6]

3.7. Haz de luz alta adaptativo

Estos sistemas están diseñados para ayudar a los conductores para ver mejory mas lejos en la oscuridad. Esta tecnología avanzada de asistencia al conductorpermite girar y rotar los faros para iluminar mejor el camino a través de lascurvas y en otras circunstancias, ajustando al mismo tiempo la luminosidad dela luz dependiendo de las condiciones del ambiente externo. Permite al conductoralcanzar un rango de visibilidad máximo (en el caso de mal tiempo o conducciónnocturna) sin deslumbrar a los otros conductores. La fuente de información esusualmente un cámara montada en el espejo retrovisor.[2]

Figura 4. Haz de luz controlado por el sistema de luz alta adaptativo.

3.8. Sistema de navegación automotor

Un sistema de navegación automotor es un GPS diseñado para navegar envehículos de carretera tales como automóviles, autobuses y camiones. Al con-trario de otros GPS, este usa datos de posición para ubicar al usuario en una


calle mapeada en un sistema de base de datos. Usando la información de losarchivos de calles en esta base, la unidad puede dar direcciones de otros puntosa lo largo de la ciudad. Con cálculos por inferencia, datos de distancia desde sen-sores estratégicamente instalados en la ciudad, y un sistema de guía inercial congiroscopio de estructura vibratoria puede mejorarse enormemente la seguridad,ya que la señal GPS puede perderse o sufrir múltiples rebotes de multipasos porcañones urbanos o túneles.[2]

Figura 5. Sistema de navegación integrado en el tablero.

3.9. Sistema de anti-colisión

Esta clase de sistemas ha recibido una amplia gama de diseños, porque estádirectamente relacionado con la seguridad de conducción. El objetivo del siste-ma es mejorar la seguridad en la conducción, más conocida como �Sistema pre-colisión�. Utilizan una amplia gama de medios (radar, sensores láser y cámaras,etc.) para detectar colisiones inminentes. En el caso de una posible colisión, elsistema advierte al conductor para controlar el vehículo con el �n de evitar unacolisión o si la prevención no es posible para llevar a cabo una colisión con dañomínimo. (este sistema se utiliza en el Tesla Modelo S 2015).[2] Los sistemas deprevención de colisiones utilizan una variedad de sensores para determinar si unvehículo está en peligro de chocar con otro objeto. Estos sistemas pueden puedendetectar la proximidad de otros vehículos, peatones, animales y obstrucciones enla carretera. Cuando el vehículo está en peligro de colisión con otro objeto, elsistema de prevención de colisiones avisará al conductor. Algunos de estos sis-temas también pueden llevar a cabo otro tipo de acciones preventivas, como laprecarga de los frenos o la aplicación de tensión en los cinturones de seguridad.Un ejemplo de estos sistemas puede ser el LDW (Lane Departure Warning). Lossistemas de aviso de salida de carril utilizan una variedad de sensores para ase-gurarse de que el vehículo no salga de su carril accidentalmente. Si el sistemadetermina que el vehículo está a la deriva, sonará una alarma para que el con-ductor pueda tomar una acción correctiva a tiempo para evitar golpear a otroautomóvil o salir de la carretera. Los sistemas de asistencia de mantenimiento decarriles dan un paso más y son realmente capaces de tomar pequeñas acciones


correctivas sin ninguna entrada del conductor. Esta clase de sistema asegura queel coche se mueve en un carril.[2] El sistema utiliza tres tipos de sensores:

Detectores de vídeo (junto al retrovisor).

Sensores láser (parte delantera del coche)

Sensores infrarrojos (para un parabrisas o un coche).

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Figura 6. Demostración de la acción del sistema de anti-colisión.

Figura 7. Detección de transeúnte.

Cabe señalar también que la tendencia prometedora para esta clase de siste-mas es la creación automática de un "modelo"del conductor, es decir, el sistemaanaliza el comportamiento típico del conductor y se ajusta automáticamente aél.


3.10. Sistema supervisor del conductor

Se trata de una clase relativamente nueva de sistemas destinados a super-visar el comportamiento del conductor. Tienen varias cámaras instaladas en elcoche. Un ejemplo llamativo del sistema es el seguimiento de la fatiga del con-ductor. También es nuevo el prototipo de un sistema que asegura el conductorno use su teléfono móvil mientras conduce. El sistema utiliza los sensores delreposa-cabezas y transmite los datos al centro de informática (el laboratorio deinvestigación estaba en el centro del experimento). El sistema se puede utilizarpara generan multas automáticas. Los sistemas de somnolencia o detección deconciencia pueden ser ejemplos de estos sistemas. Estos sistemas utilizan unaserie de diferentes medios para determinar si la atención del conductor está em-pezando a vagar. Algunos de estos sistemas observan la cabeza del conductorpara asentir en un indicador movimiento que indica somnolencia, y otros utili-zan tecnología similar a los sistemas de advertencia de detección de carriles.Ladistracción ocurre cuando los conductores desvían su atención de la tarea deconducción para centrarse en otra actividad en su lugar. Se supervisan dos tiposde conducción desatenta. En el primer tipo, la salida del clasi�cador de direc-ción de cara basado en los movimientos y la posición de la cabeza. Si la caradel conductor no esta mirando hacia adelante por más de tres segundos mien-tras el coche está avanzando (es decir, mientras que una velocidad positiva esinformada por el acelerómetro) y no gira según lo informado por el detector degiro (que se basa en las lecturas del giroscopio)entonces un peligroso evento deconducción se in�ere. En el segundo tipo, trazamos un movimiento del vehículoy determinamos si el vehículo hizo un giro o no.[2]

Figura 8. Características del sistema supervisor.


Figura 9. Demostración de la supervision facial y detección de rasgos por software.

3.11. Adapatacion de velocidad inteligente

La Adaptación inteligente de velocidad (por sus siglas en ingles, ISA), escualquier sistema que garantiza que la velocidad del vehículo no exceda unavelocidad segura o legal. En caso de exceso de velocidad, se puede alertar a unconductor humano o reducir la velocidad automáticamente.

La adaptación de velocidad inteligente usa información sobre la carreterapara determinar la velocidad requerida. Se puede obtener información del cono-cimiento de la posición del vehículo, teniendo en cuenta los límites de velocidadconocidos para el puesto, e interpretando las características de la carretera, co-mo las señales. Los sistemas ISA están diseñados para detectar y alertar a unconductor cuando un vehículo ha ingresado en una nueva zona de velocidad, ocuando diferentes límites de velocidad están en vigencia según la hora del día ylas condiciones. Muchos sistemas ISA también brindan información sobre riesgosde conducción (por ejemplo, áreas de alto movimiento peatonal, cruces de trenes,escuelas, hospitales, etc.) y los límites impuestos por las cámaras de velocidad ysemáforos. El objetivo de ISA es ayudar al conductor a mantener una velocidadsegura y legal en todo momento.[7]

3.12. Detección y reconocimiento de señal de transito

El reconocimiento de señales de trá�co es una tecnología aplicada a la nuevageneración de coches de tal manera que son capaces de identi�car estas señalesdurante la circulación. El objetivo de esta tecnología es ayudar en la seguridadvial del conductor, ya que de esta manera si el conductor se encuentra cansadoo no ha sido capaz de �jarse en la señal, este sistema informa al conductor de lavelocidad máxima permitida en aquella vía.[2]


Figura 10. Ilustración del sistema de escaneo de señales.

Figura 11. Advertencia de la señal de tra�co escaneada.

Esta tecnología ha sido desarrollada por empresas como Ayonix y Continen-tal. Apareció por primera vez a �nales de 2008 sobre el nuevo diseño del BMW7-series, y el siguiente año en el Mercedes-Benz S-Class

3.13. Detección de punto ciego

El principio de un sensor de punto ciego es el de avisar al conductor cuandoun vehículo ha entrado en un área donde no puede visualizarlo, y es que todos losautos (algunos más que otros), no importando su con�guración o trazos de diseñotienen un puntos ciegos que se forman por el grosor de los postes, el tamaño delos espejos retrovisores o simplemente por ese espacio que queda libre entre elespejo retrovisor central y los laterales.

Los autos equipados con un sensor de punto ciego cuentan con un par deradares montados en cada esquina de la fascia trasera, cuando detectan que unvehículo ha entrado en el ya antes mencionado punto ciego, una señal luminosaes emitida en la parte superior del espejo retrovisor lateral correspondiente.

Asimismo, los radares también son empleados para la alerta de trá�co cruza-do, que al efectuar una maniobra en reversa (como podría ser salir de un cajónde estacionamiento) avisan al conductor sobre la aproximación de un vehículo


con velocidad de hasta 5 mph. En este caso los radares efectúan una mediciónde 180 grados y con una distancia de hasta 45 pies.[8]

Figura 12. Indicación del área de punto ciego.

Figura 13. Advertencia cuando un vehículo ingresa al área de punto ciego.

Cuando el sistema detecta que otro auto se aproxima, empleará la mismaindicación luminosa del sensor de punto ciego en el espejo retrovisor correspon-diente, así como una señal acústica.[8]


4. Arquitectura Conceptual

Para soportar las funciones de ADAS, la arquitectura debe incluir módulospara la detección, procesamiento, generación de inteligencia, y la toma de deci-siones. La Figura 2 es una vista genérica de lo que El sistema ADAS podría sersimilar.El sistema global compromete sensores de varios tipos; una combinación CPU-GPU para realizar el procesamiento de datos del sensor, identi�cación del objeto,y fusión temprana del sensor; un cerebro central, CPU para realizar fusión delsensor de diferentes bloques de sensores, seguimiento de objetos, actividades decontrol del vehículo para interactuar con el accionamiento, yun bloque de diag-nóstico. [9]

Figura 14. Diagrama de bloques del hardware conceptual para un sistema ADAS.

Este sistema se considera como un sistema de control de lazo cerrado, dondelas acciones de actuación del control del vehículo se calculan basadas en los da-tos recibidos de los sensores. Y el resultado de las acciones de accionamiento deADAS se retroalimenta en el bucle como entrada de sensor. Todos las unidadesde cálculo en ADAS del sistema vehicular se denominan generalmente unidadesde control electrónico (ECU). La detección y actuación de los ECUs, son rela-tivamente limitadas de recursos de entrada, en comparación con el procesadorcentral de ADAS.[9]Uno de los principales avances en el diseño de ADAS es el concepto de "fusiónde sensores". Este es el proceso mediante el cual el procesador interno recibela entrada de la multiplicidad de sensores externos y crea un mapa de posiblesimpedimentos alrededor del vehículo. El mapa facilita entonces el cálculo quecrea una serie de posibles acciones y reacciones a través del análisis situacional.�gura 3 muestra un ejemplo de vehículo habilitado para ADAS con una colecciónde sensores para permitir la fusión y las acciones del sensor.[9]


Figura 15. Ubicación de los sensores y rangos de los mismos.

5. Seguridad

En los últimos 40 años, las víctimas mortales en accidentes de trá�co se hanreducido, entre otras cosas, gracias a las tecnologías que han ido incorporandolos vehículos. Los fabricantes de automóviles trabajan siempre en mejorar susvehículos en materia de seguridad, invirtiendo una gran parte del coste de unvehículo en conseguir mejorar la seguridad abordo. Debido al aumento de losdesplazamientos de las personas y al mayor número de vehículos, así como alaumento de los viajes dentro de las ciudades, se ha prestado una atención especiala la hora de proteger tanto a los ocupantes del vehículo como a peatones, asícomo reducir los daños del otro vehículo. El sector del automóvil se encuentra a lavanguardia en la investigación, implementación e industrialización de tecnologíasnovedosas que ayuden a mejorar la seguridad de los viajes y, en caso de accidente,protejan e�cazmente a conductores, acompañantes y peatones.[10] Los avancesen seguridad se han encaminado a:

Mejorar la visibilidad

Ofrecer protección del peatón

Control de la frenada

Protección de los ocupantes

Control de Velocidad

Control de tracción


Figura 16. Principales causas de los accidentes.

6. Problemas con ADAS

Las necesidades de los usuarios en el transporte por carretera en un sen-tido general provienen de condiciones insatisfactorias. La razón podría ser encondiciones de trabajo (físicas), causando fatiga y problemas de salud, o la se-guridad del trá�co. En el pasado muchos estudios se han hecho en esta área enlas condiciones de conducción de los conductores profesionales. Por ejemplo, enuna encuesta entre los estudios conocidos en ese momento informó que más delcincuenta por ciento de los conductores profesionales admitió quedarse dormidoy / o haber tenido casi accidentes. Estos números fueron encontrados tanto paraconductores de camiones como para autobuses. En la actualidad de las ayudaselectrónicas de conducción, la solución de la necesidad de apoyo para evitar ac-cidentes se cree que se realiza a través de ADAS. Sin embargo, también hayposibles problemas que cabe esperar. Por ejemplo, el aumento la complejidadde la çabina de mando.aumenta la probabilidad de fallo del conductor y de almenos uno de los componentes del sistema, ya sea por falla .espontánea.o porerrores de diseño. Este último requiere un estado de alerta adicional del conduc-tor, mientras que al mismo tiempo, el estado de alerta del conductor en generaly la atención para la tarea de conducción per se está disminuyendo en el ca-so de la automatización de la tarea de conducción. Las ayudas electrónicas deconducción pueden ser seleccionadas para operar en diferentes modos, desde laoferta de información no comprometida a través del soporte activo a voluntad delconductor, o hasta dejar el control a la tecnología completamente. No es sorpren-dente que la aceptación varíe con el control del conductor; sacar al conductordel circuito es considerado un problema por muchos (potenciales) usuarios �-nales. Las opiniones con respecto a los diferentes modos pueden ser diferentespara diferentes partes interesadas, como las autoridades, el público en generaly los usuarios �nales, incluidos los profesionales. Una de las características más


importantes de las tecnologías electrónicas en el automóvil es proporcionar in-formación a los conductores. No sólo a través de diferentes tipos de mensajesubicados en el entorno vial, sino también por su integración dentro del vehícu-lo, a través de diferentes tipos de dispositivos. Está claro que un sistema maldiseñado dentro de los vehículos puede afectar adversamente a los diferentes ac-tores, o más generalmente, a los bene�cios sociales asociados con el sistema. Sinembargo, los dispositivos ADAS que están limitados a suministrar informacióntienen más probabilidades de recibir una aceptación a priori. Algunos ejemplosson los sistemas de guiado de ruta, los sistemas de advertencia de atascos, elcontrol de crucero inteligente autónomo, sistemas de monitores del conductor ysistemas completos de autopistas automáticas. Varias de las reservas que tienenconsecuencias para la aceptación por parte de las partes interesadas pertinen-tes son válidas para cualquiera de estos modos. Algunos estudios encontraronapoyo para cumplimiento, es decir, dependencia excesiva de sistemas automati-zados (ADAS), otros reportaron deterioro en el rendimiento de conducción. Estay otras formas de adaptación del comportamiento, o compensación como se lellama en un campo más amplio, son factores que deben tenerse en cuenta alinvestigar la condiciones de introducción de ADAS.[1]

6.1. Complacencia

Cuando un sistema no funciona o se encuentra en un estado en el que elfallo es posible, se debe proporcionar retro alimentación para que el conductorsepa que no puede con�ar en el sistema. La razón principal de esto es que lossistemas automatizados pueden conducir a lo que se ha llamado çomplacencia".La complacencia es una actitud de (sobre) con�anza en un sistema automatizado.En una prueba de tiempo de reacción a una señal de fallo del sistema, se encontróque el soporte para la complacencia, es decir, el tiempo de reacción a esta señalaumentó en comparación con el rendimiento normal de la tarea(es decir, en laconducción sin estos sistemas). También se encontró evidencia de complacenciay pobre control de posición de carril en conductores que conducen un automóvilcon ADAS en comparación con conductores conduciendo un coche normal.[1]

6.2. Diseño del sistema de advertencia

Un problema omnipresente que enfrentan muchos diseñadores de sistemases el diseño de advertencias que promueven respuestas apropiadas del conduc-tor. Un sistema mal diseñado y demasiado sensible puede aumentar la carga detrabajo del conductor y así disminuir su conocimiento de la situación, comodi-dad y seguridad. Como ejemplo, las respuestas inapropiadas como ignorar lasseñales de advertencia de colisión y no frenar cuando es necesario podrían po-ner en peligro la seguridad del trá�co para el conductor y otros vehículos en lacarretera.[11]


6.3. Con�anza y aceptación de los conductores

El éxito de un sistema de aviso de colisión (o cualquier otro sistema) depen-de de qué tan bien el algoritmo del sistema y la interfaz del controlador esténadaptados a las condiciones, limitaciones y preferencias del conductor. Los algo-ritmos tienen fuertes efectos de bene�cio de seguridad en los sistemas de avisode colisión, pero la interfaz del conductor puede ser igualmente importante, yaque in�uye en el tiempo de respuesta del conductor y la aceptación del siste-ma. Por ejemplo, una advertencia auditiva fuerte puede generar una respuestarápida, pero puede, si ocurre con demasiada frecuencia, socavar la aceptacióndel conductor. Además, existen dos factores críticos que rigen la e�cacia de lossistemas de alerta de colisión: 1. El sistema de alerta de colisión debe fomentaruna respuesta del conductor que sea oportuna y apropiada. 2. Para que los con-ductores confíen y acepten un sistema,la molestia asociada con las advertencias(falsas alarmas) deben ser minimizadas.Es importante también que ADAS estébien equilibrada para ser lo más efectiva posible. Si el conductor da demasiadacon�anza al sistema crea una dependencia que podría reducir la vigilancia mien-tras que la no-con�anza en el sistema podría afectar al conductor para no tomaraviso de las advertencias o incluso apagar el sistema si es posible.[11]

6.4. Comportamiento del conductor

Uno de los mayores problemas en la operación ADAS es cómo el conductorreacciona a factores, como perder algo de su autonomía de conducción y cómoadaptarse a estos cambios.

1. Lugar de control: Es una visión personal de cómo las fuerzas externasin�uyen y controlan los eventos en la vida de una persona. Se determinapor la medida en que un conductor atribuye sus propias acciones como res-ponsables del comportamiento del vehículo (lugar de control interno) o siel comportamiento del vehículo es una consecuencia de los sistemas auto-matizados (lugar de control externo) . Un lugar externo de control puedellevar al conductor a asumir un papel pasivo al interactuar con sistemasautomatizados mientras que un lugar interno de control puede llevar a losconductores a tomar un papel activo. Los estudios han demostrado que losconductores con lugar de control externo son menos cautelosos, menos aten-tos y más propensos a participar en accidentes de trá�co que las personas conlugar interno. Estos hallazgos admiten una interfaz de sistema diseñada paramantener al conductor activo y alerta cuando interactúa con un ADAS. Sinembargo, la gente tiende a adaptarse a estos nuevos sistemas rápidamente yestas adaptaciones no siempre son positivas. [11]

2. Adaptación del comportamiento:La adaptación del comportamiento,cuando se utiliza en este contexto, puede ser descrita como una colecciónde comportamientos que se producen después de los cambios en la seguridaddel trá�co como ADAS. Normalmente, la adaptación del comportamiento


aumenta las probabilidades de una persona de sobrevivir en un mundo cam-biante, pero en la seguridad del trá�co esta adaptación puede tener conse-cuencias negativas. Investigaciones han demostrado que los conductores tien-den a utilizar mal los márgenes de seguridad incrementados que ADAS creamediante la adaptación de su estilo de conducción y por ejemplo, aumentarsu velocidad de conducción y prestar menos atención a la tarea de conducciónque al conducir sin ADAS. Estas adaptaciones negativas de comportamientopueden eliminar el efecto de seguridad pretendido de ADAS tales como sis-temas de advertencia de salida de carril. Los resultados demuestran que elControl de Crucero Adaptativo puede inducir potencialmente la adaptaciónde comportamiento crítico de seguridad en los conductores. Los participantesque usan el ACC localizaron signi�cativamente más artículos por minuto enuna tarea secundaria en comparación con aquellos que conducían sin apoyo.Sin embargo, además, los tiempos de respuesta de los conductores de ACCa las tareas de detección de peligros aumentaron y también resultaron ensigni�cativamente más variabilidad de la posición del carril.Cuando se intro-duce un ADAS, el manejo del automóvil mejorará, haciendo que el conductorse ajuste inconscientemente a la diferencias entre el resultado esperado y elreal. Si se quiere mitigar esta adaptación de comportamiento, se sugiere eluso de una política dinámica de asistencia que impida al conductor obtenerel mejor manejo del automóvil. Además, al estudiar la adaptación conductualde los conductores, muchas características individuales pueden ser conside-radas importantes para encontrar diferencias potenciales en la adaptaciónentre diferentes ADAS. Factores como la edad, el sexo y el grado de expe-riencia son importantes, pero también los rasgos de la personalidad, comosensación de búsqueda y estilo de conducción. El factor .estilo de conduc-ción"ha recibido recientemente una atención especial al evaluar los impactosde ADAS. Se describe como una característica del conductor que tipi�ca suforma de conducción personal, por ejemplo el nivel de velocidad, los márge-nes de seguridad y el nivel de atención asignado a la tarea de conducción. Losresultados de la investigación muestran que las diferentes dimensiones del es-tilo de conducción deben ser tenidas en cuenta como un factor importantepara explicar las adaptaciones de comportamiento observadas. [11]

3. Conciencia situacional:Para plani�car e�cazmente o resolver problemasen entornos cambiantes, las personas deben tener una conciencia razona-blemente exacta de la situación actual y en evolución. Este concepto deconocimiento de la situación se utiliza para su relevancia cuando se tratade comprender las razones de los accidentes en los que se ha perdido laconciencia de la situación. El conocimiento de la situación y la memoria detrabajo están directamente vinculados. A medida que nuestra conciencia deuna situación super�cial reside principalmente en la memoria de trabajo, sedegrada a medida que nuestros recursos cognitivos se reorganizan en tareasde competencia. Por lo tanto, la conciencia de la situación tiene implicacio-nes para la automatización, ya que los niveles más altos de automatizaciónreducen la carga de trabajo y mejoran el rendimiento, pero también tal vezdisminuyen la conciencia de la situación. Las personas que utilizan el Con-


trol de Crucero Adaptativo mostraron una menor atención a la colocaciónde carriles y tiempos de respuesta más lentos a eventos inesperados. [11]

4. Carga Mental de Trabajo:Con la introducción de más y más ADAS, elpapel del conductor se transforma de un control manual a más de un con-trol de supervisión. Este control de supervisión puede ser una tarea humanaaún más difícil ya que aumenta la demanda de la cognición humana mien-tras disminuye la demanda de acción humana. Esta combinación de bajaexcitación y alta tensión momentánea cuando algo sale mal da problemas alconductor cuando se requiere recuperar el control de un sistema previamenteautomatizado. La investigación de la carga de trabajo aboga por un nivelóptimo de carga de trabajo mental, ni sobrecarga ni sin-carga del individuo.El ADAS que ha sido un objetivo para la mayoría de los estudios de factoreshumanos es el ACC(Adaptive Cruise Control). Los estudios sobre el ACChan demostrado una carga de trabajo mental reducida para los conductoresque usan el ACC, ya que el conductor se libera de algunos elementos de latarea de conducción. En general, estos resultados indican que el ACC alcanzael objetivo de reducir la frecuencia de los vehículos que conducen demasia-do cerca uno del otro y la gravedad de las colisiones traseras. Sin embargo,la investigaciones, demuestran que esta disminución de la carga de trabajopuede hacer que el conductor aleje su atención de la tarea de conducción alutilizar ACC y, por lo tanto, afecte la capacidad del conductor para retenerel control del vehículo en una situación de emergencia. Un estudio mostróuna mejora signi�cativa en el rendimiento de la tarea secundaria para losparticipantes que conducen bajo una condición ACC en comparación conla conducción sin ACC. Como resultado, los conductores demostraron unacantidad signi�cativamente menor de eventos de frenado seguros en condi-ciones ACC en comparación con conducir sin el sistema. Estos resultados,demuestran que el uso del ACC puede mejorar el rendimiento del conduc-tor en todo excepto en la conducción. Los autores también señalan que lasmejoras en el rendimiento de la tarea secundaria mientras se utiliza el ACCpueden conducir a aumentos inesperados en los accidentes causados ??por ladistracción del conductor al realizar más tareas secundarias en el vehículo.[11]

7. Principales fabricantes y marcas que lo implementan

De acuerdo con el análisis del observador del mercado Semicast Research,Continental fue el proveedor líder de electrónica para sistemas avanzados deasistencia al conductor (ADAS) en 2015, por delante de Bosch y Autoliv. Elinvestigador de mercado ha calculado que ADAS será el segmento de electrónicaautomotriz de más rápido crecimiento hasta el año 2022.


Figura 17. Porcentaje de mercado de los vendedores de ADAS en 2015.

El análisis de acciones de proveedores de electrónica ADAS de Semicast cali�-ca a Continental como proveedor líder en 2015, con una participación de mercadoestimada del 18%, por delante de Bosch con 15%, Autoliv (14%), Magna (9%)y ZF TRW (7%). En conjunto, los diez principales vendedores representaroncasi el noventa por ciento del mercado de ADAS.[12]Entre otros fabricantes podemos citar por ejemplo a Intel y a Nvidia, que tam-bién están desarrollando tecnologías para este mercado, aprovechando cada unosu larga trayectoria en el desarrollo de procesadores de grá�cos e información.En cuanto a las marcas de autos que implementan estos sistemas, podemos veralgunas a continuación, a pesar de que prácticamente todas las marcas estánimplementando al menos uno de los sistemas mencionados, ya que es hacia ahídonde va el mercado y nadie quiere quedarse detrás.

Figura 18. Marcas de autos que implementan ADAS.


Referencias

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assistance systems (adas) and possible human factors issues,� Human factors and

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advanced driver assistance systems (adas) -...

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