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Sistemas Inteligentes em Automóveis

Jose Alex de Souza Universidade Federal do ABC - UFABC

zoinvoo@yahoo.com.br

Resumo

Este artigo apresenta a tecnologia sendo usada para facilitar os condutores de automóveis, que com o aumento significativo das unidades produzidas e negociadas, fez com que aumentasse os acidentes envolvendo automóveis, e a tecnologia vem ajudar a controlar e a diminuir esses acidentes automobilísticos. A tecnologia tentar fazer com que os automóveis (carros) consigam se comportar como se fosse o condutor do veiculo, demonstrando algum tipo de Inteligência Social, para realizar uma tarefa como, por exemplo: o carro estacionar sozinho em uma vaga, ou alertar o condutor sobre alguma ocorrência que possa representar um perigo eminente, e assim o condutor possa tornar decisões com um tempo maior de antecedência, evitando ou diminuindo as conseqüências dos acidentes. O artigo mostrara também que essas tecnologias podem estar presentes nos automóveis e funcionar sem ser percebido pelo condutor, mostra também as tecnologias que fazem parte do projeto da Europa denominado EuroFOT, que em 2010 fará teste com mais de mil automóveis com sistemas inteligentes embarcados, para se saber o quanto os sistemas será benéfico para a população e o trânsito.

Palavras Chaves: Automóveis, EuroFOT, Inteligência

Social, Sistemas Inteligentes.

1. Introdução

Os automóveis se tornaram desejo da maioria da população 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 sistemas inteligentes, 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.

2. 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

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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.

Figura 1 – Demonstração do sistema de

estacionamento paralelo em um Toyota Prius [4] 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].

2.1 Funcionamento na prática do Tiguan

Figura 2 – Display do Tiguan [5]

Antes de o automóvel passar pelo local provável do

estacionamento, aciona-se a função Park-Assist no painel. Depois como na figura 2, 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].

2.2 Como funciona o sistema Toyota

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 ideal durante 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.

Figura 3 – Tela do painel Toyota Prius Britânico

com assistente de estacionamento [6] Quando o conjunto de sonar e o recurso dos sensores

são usados, o processador calcular o ângulo de direção, e exibe um mapa de navegação em uma tela touchscreen instalado no painel em conjunto com uma câmera com as informações dos obstáculos conforme é mostrado na figura 3.

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

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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.

3. Sistemas inteligentes embarcados Os sistemas inteligentes em automóvel estão

disponíveis em vários modelos de automóveis e muitos funcionam tão discretamente que o condutor não percebe sua atuação, como os sistemas de freios ABS, Injeção Eletrônica, suspensão ativa em outras tecnologias embarcadas atualmente nos automóveis.

3.1 Sistema de freio com ABS

Sistemas com freios a disco com ABS e EBD são

eficientes e funcionam evitando o travamento das rodas, para garantir uma melhor aderência das rodas com o piso de rolamento, ao evitar o deslizamento das rodas durante a frenagem, os freios antitravamento beneficiam os condutores de duas maneiras, o automóvel irá parar mais rápido e também será capaz de mudar a trajetória do carro enquanto se é acionada a frenagem. Esse sistema é composto por sensores de velocidade, bomba, válvulas, e a unidade controladora [7].

Figura 4 – Localização dos componentes do freio antibloqueio [7]

A figura 4 mostra a localização dos componentes do

sistema, a unidade controladora é um computador no automóvel, responsável por monitora os sensores de

rotação e controla as bambas e as válvulas. Existem muitas variações e algoritmos de controle para sistemas ABS.

Um dos mais simples é quando a unidade controladora monitora os sensores de rotação o tempo todo, procurando por desaceleração das rodas que não são comuns. E logo antes de uma roda travar, ela passa por uma rápida desaceleração, se a unidade controladora não percebesse essa desaceleração, a roda poderia parar de girar e travar, com a unidade controladora ativa ela freia e solta o sistema das bombas e válvulas evitando o travamento das rodas [7]. Realizando esse trabalho sem a percepção do condutor.

3.2 Sistema de injeção eletrônica

Os sistemas de injeção eletrônica é outro que trabalha

de forma inteligente sem a percepção do condutor, é um sistema de alimentação de combustível e gerenciamento eletrônico de um motor de automóvel. Sua utilização em larga escala se deve à necessidade da indústria automotiva reduzir o índice de emissão de gases poluentes, e com esse sistema se faz um controle eficaz da mistura admitida pelo motor, traduzindo em uma maior economia de combustível já que o motor vai sempre trabalhar com a mistura ideal de combustível e ar.

Figura 5 – Sistema de Injeção eletrônica [9] A figura 5 mostra um sistema simples de injeção

eletrônica e que funciona fazendo leituras de diversos sensores espalhados pelo motor e se ajustando de acordo com as informações que são os parâmetros da fábrica e que ficam gravadas em uma central. Esse sistema funciona em quase todos os automóveis nos dias atuais, facilitando e dando conforto aos condutores, economizando combustível e melhorando o desempenho e a vida útil do motor [8].

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3.3 Sistema de suspensão ativa em automóveis A suspensão ativa é uma tecnologia automotiva 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 forma imperceptível, 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.

4. Projeto EuroFOT O projeto euroFOT reuniu um amplo leque de

organizações diferentes para testar os sistemas para veículos inteligentes em toda a Europa. Os fabricantes de automóveis, fornecedores, universidades, institutos de pesquisa e outras partes interessadas, ao todo são cerca de 28 organizações distintas que estão envolvidas no projeto.

O Projeto tem o objetivo de avaliar vários sistemas inteligentes embarcados nos automóveis em larga escala nas condições reais de condução, ao longo de um ano 2010, avaliando os aspectos diversos dos sistemas inteligentes, obter uma melhor compreensão do impacto socioeconômico dos sistemas e assegurar a publicidade antecipada das tecnologias para o consumidor cirando assim uma maior aceitação dos usuários ou condutores de automóveis.

A avaliação será feita com coleta de dados científicos, de oito sistemas avançados de assistência à segurança, eficiência e conforto dos condutores, esses sistemas já estão em um nível que permite sua incorporação imediata nos automóveis de linha.

As tecnologias estão divididas em três classes que são: - Ajudar o motorista nos deslocamento frente/trás

segurança direcional com funções de controle longitudinal como o sistema Cruise Control Adaptativo; Encaminhar aviso de colisão, e o Sistema de Controle de Velocidade.

- Assistir ao condutor na detecção de perigos nas laterais dos automóveis como o sistema Blind Spot Information System e o sistema que avisa a saída da pista ou faixa.

- Aplicações avançadas como o sistema que Alerta a Velocidade Ideal Para se efetuar uma Curva, o Consultor de eficiência no consumo de Combustível, e o Safe HMI – Navigation interface homem/máquina.

Cada tópico a seguir ira mostrar um pouco das tecnologias envolvidas no projeto.

4.1 Adaptive cruise control - ACC Adaptive Cruise Control – (controle adaptativo de

cruzeiro) - ACC 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 controle 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.

Figura 6 – Ilustração do sistema ACC [11]

A figura 6 e uma representação do sistema, esse

sistema parece ser muito bom para evitar 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, Man, Volvo, Audi e Wolkswagen.

4.2 Forward Collision Warning - FCW O 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

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são pré-carregados para se preparar para frenagem eficiente pelo condutor.

Figura 7 – Ilustração do sistema FCW [11]

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, Man e Volvo.

4.3 Speed regulation system

Esse sistema vara a regulagem da velocidade em

determinados trechos das vias, e será testado em veículos Renault, com seus ensaios operados e analisados por CEESAR e centros de pesquisa INRETS [11].

Figura 8 – Ilustração do sistema [11]

O sistema funciona como um piloto automático

mantendo a velocidade constante de acordo com a escolhida pelo condutor.

4.4 Blind spot information system - BLIS Esse sistema faz uso de pequenas câmeras 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.

Figura 9 – Ilustração do sistema BLIS [11]

Esse sistema se mostra com 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.

4.5 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.

Figura 10 – Ilustração do sistema LDW [11]

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.

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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.

4.6 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.

Figura 11 – Ilustração do sistema FEA [11]

4.7 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.

Figura 12 – Ilustração do sistema Safe HMI [11]

A figura 12 mostra essa interação com o condutor

sendo exibida no vidro da frente do automóvel com informações úteis sobre a via.

4.8 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.

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Figura 13 – Ilustração do sistema CSW [11] 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.

5. 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.

6. Referências [1] Pomerleau, D; Neural network based autonomous navigation. In: Thorpe, C. (Ed). Vision and Navigation: The CMU Navlab. Kluwer Academic Publihers, 1990. [2] Batavia, Parag; Pomerleau, Dean & Thorpe, Charles. Applying Advanced Learning Algorithms to ALVINN. CMU Technical Report CMU-RI-TR-96-31. Carnegie Mellon University. Pittsburgh. 1996. [3] Stone, H. W. Mars Pathfinder Microver: A low-cost, low-power Spacecraft. Proceeding of the 1996 AIAA. Forum on advanced developments in Space Robotics. Madison, WI. August 1996. [4] Intelligent Parking Assist System. Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Intelligent_Parking_As sist_System>; Acesso em: Abril de 2010. [5] Volkswagen Tiguan chega com sistema automático de estacionamento. Disponível em: <http://www.vwbr.com.br/blogdavolkswagen/?tag=/park+assist>; Acesso em: Abril de 2010. [6] Ed Grabianowski. "HowStuffWorks - Como funcionam os carros que estacionam sozinhos". Publicado em 17 de agosto de 2006 (atualizado em 15 de dezembro de 2008). Disponível em: <http://carros.hsw.uol.com.br/carros-que-estacionam-sozinhos.htm>; Acesso em: Abril de 2010. [7] Karim Nice. "HowStuffWorks - Como funcionam os freios ABS". Publicado em 23 de agosto de 2000 (atualizado em 25 de julho de 2007). Disponível em: <http://carros.hsw.uol.com.br/freios-abs.htm>; Acesso em: Maio de 2010. [8] Injeção eletrônica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Injecção_eletrónica>; Acesso em: Maio de 2010. [9] Injeção eletrônica. Disponível em: <http://www.envenenado.com.br/howwork/injecao/injecao.html>; Acesso em: Maio de 2010. [10] Suspensões de carros. Disponível em: <http://carros.hsw.uol.com.br/suspensoes-dos-carros2.htm>; Acesso em: Maio de 2010. [11] Projeto EuroFOT. Disponível em: <http://www.eurofot-ip.eu/en/the_project/>; Acesso em: Abril de 2010.

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