En la terminología del transporte por carretera, un sistema de advertencia de cambio de carril ( LDWS ) es un mecanismo diseñado para advertir al conductor cuando el vehículo comienza a salirse de su carril (a menos que haya una señal de giro encendida en esa dirección) en autopistas y carreteras arteriales . Estos sistemas están diseñados para minimizar los accidentes al abordar las principales causas de las colisiones: errores del conductor, distracciones y somnolencia. En 2009, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NHTSA) de Estados Unidos comenzó a estudiar la posibilidad de exigir sistemas de advertencia de cambio de carril y sistemas de advertencia de colisión frontal en los automóviles. [1] [2]
Hay cuatro tipos de sistemas:
Otro sistema es el de mantenimiento de carril de emergencia (ELK), que corrige la marcha del vehículo cuando se sale de la línea de carril. [3]
Una de las principales causas de los choques entre vehículos y de los choques frontales es la salida del carril. El objetivo de los sistemas de asistencia lateral (LSS) es ayudar a evitar este tipo de choques. [3]
Sin estos sistemas LSS, la salida del carril puede ser involuntaria; el vehículo se desvía hacia el borde del carril y lo cruza, lo que puede poner en una situación potencialmente peligrosa. [3] Este sistema no funciona cuando el borde del carril no está marcado con una línea.
Un sistema de detección de carril utilizado detrás del sistema de advertencia de cambio de carril utiliza el principio de la transformada de Hough y el detector de bordes de Canny para detectar las líneas de carril a partir de imágenes de cámara en tiempo real captadas por la cámara frontal del automóvil. En las figuras se muestra un diagrama de flujo básico de cómo funciona un algoritmo de detección de carril para ayudar a la advertencia de cambio de carril.
Los sistemas de advertencia/mantenimiento de carril se basan en:
En Europa, el sistema de advertencia de cambio de carril debería ser compatible con un estándar de identificación de marcas de carril visibles, como el Reglamento (UE) 351/2012 de la Comisión.
El concepto y un modelo funcional de esta tecnología fueron inventados e instalados en un Rover SD1 en Inglaterra por el inventor británico Nick Parish en 1988. La solicitud de patente n.º 8911571.1 se presentó en 1989.
El primer sistema de advertencia de salida del carril de producción en Europa fue desarrollado por la empresa estadounidense Iteris para los camiones comerciales Mercedes Actros . El sistema debutó en 2000 y ahora está disponible en muchos automóviles, SUV y camiones nuevos. [5]
En 2002, el sistema Iteris se puso a disposición de los vehículos norteamericanos de Freightliner Trucks . En ambos sistemas, el conductor recibe una advertencia de salida involuntaria del carril mediante un sonido de banda sonora generado en el lateral del vehículo que se desvía del carril. No se generan advertencias si, antes de cruzar el carril, el conductor activa la señal de giro. [ cita requerida ]
Nissan Motors comenzó a ofrecer un sistema de asistencia para mantenerse en el carril en el Cima 450XV Limited (F500) vendido en Japón. [6]
Toyota introdujo su sistema de monitoreo de carril [7] en modelos como el Caldina y Alphard [8] vendidos en Japón; este sistema advierte al conductor si parece que el vehículo comienza a salirse de su carril. [9]
Honda lanzó su sistema de asistencia para mantenerse en el carril (LKAS) en el Inspire . [10] [11] Proporciona hasta un 80% del par de dirección para mantener el automóvil en su carril en la autopista. También está diseñado para hacer que la conducción en la autopista sea menos engorrosa, al minimizar la entrada de dirección del conductor. [12] Una cámara, montada en la parte superior del parabrisas justo encima del espejo retrovisor , escanea la carretera por delante en un radio de 40 grados, captando las líneas blancas punteadas que se utilizan para dividir los límites de los carriles en la autopista. La computadora reconoce que el conductor está "bloqueado" en un carril en particular, monitorea qué tan pronunciada es una curva y usa factores como la guiñada y la velocidad del vehículo para calcular la entrada de dirección requerida. [13]
En 2004, Iteris y Valeo desarrollaron conjuntamente para Nissan el primer sistema para vehículos de pasajeros disponible en Norteamérica, que se utilizó en el Infiniti FX y (en 2005) en los vehículos M. [14] En este sistema, una cámara (montada en la consola superior, encima del espejo) controla las marcas del carril en una carretera. Se activa un tono de advertencia para alertar al conductor cuando el vehículo comienza a desviarse sobre las marcas. También en 2004, Toyota agregó una función de asistencia para mantenerse en el carril al Crown Majesta , que puede aplicar una pequeña fuerza de contra-maniobra para ayudar a mantener el vehículo en su carril. [15]
Citroën fue el primero en Europa en ofrecer LDWS en sus modelos C4 y C5 de 2005, y en su C6 . Este sistema utiliza sensores infrarrojos para controlar las marcas del carril en la superficie de la carretera, y un mecanismo de vibración en el asiento alerta al conductor de las desviaciones. [4]
Lexus introdujo un sistema de asistencia para mantenerse en el carril multimodo en el LS 460 , que utiliza cámaras estéreo y procesadores de reconocimiento de objetos y patrones más sofisticados. Este sistema puede emitir una advertencia audiovisual y también (utilizando la dirección asistida eléctrica o EPS) dirigir el vehículo para que se mantenga en su carril. También aplica un par de torsión en contra de la dirección para ayudar a garantizar que el conductor no corrija en exceso o "sierre" el volante mientras intenta devolver el vehículo a su carril adecuado. [16] Si el sistema de control de crucero por radar está activado, la función de mantenimiento de carril funciona para ayudar a reducir la carga de entrada de dirección del conductor al proporcionar par de dirección; sin embargo, el conductor debe permanecer activo o el sistema se desactivará. [17] [18]
En 2007, Audi comenzó a ofrecer su función de asistencia de cambio de carril [19] por primera vez en el Q7 . Este sistema, a diferencia de los sistemas de "asistencia" japoneses, no intervendrá en la conducción real; en lugar de los sensores infrarrojos que miran hacia abajo en el Citroën, hará vibrar el volante si el vehículo parece salirse de su carril. El sistema LDW en Audi se basa en una cámara de video que mira hacia adelante en su rango visible, en lugar de los sensores infrarrojos que miran hacia abajo en el Citroën. [20] También en 2007, Infiniti ofreció una versión más nueva de su sistema de 2004, al que llamó sistema de prevención de cambio de carril (LDP). Esta función utiliza el sistema de control de estabilidad del vehículo para ayudar al conductor a mantener la posición en el carril aplicando una suave presión de frenado en las ruedas correspondientes. [21]
General Motors introdujo el aviso de cambio de carril en sus modelos Cadillac STS , DTS y Buick Lucerne del año modelo 2008. El sistema de General Motors advierte al conductor con un tono audible y un indicador de advertencia en el tablero. BMW también introdujo el aviso de cambio de carril en la Serie 5 (E60) y la Serie 6 , utilizando un volante vibratorio para advertir al conductor de salidas involuntarias. A fines de 2013, BMW actualizó el sistema con el Traffic Jam Assistant que apareció por primera vez en el rediseñado BMW X5 , este sistema funciona por debajo de las 25 millas por hora (40 km/h). Volvo introdujo el sistema de aviso de cambio de carril y el control de alerta al conductor en sus autos ejecutivos S80 , V70 y XC70 del año modelo 2008. [ 22] El sistema de aviso de cambio de carril de Volvo utiliza una cámara para rastrear las marcas viales y hacer sonar una alarma cuando los conductores se salen de su carril sin señalizar. Los sistemas utilizados por BMW, Volvo y General Motors se basan en tecnología central de Mobileye .
Mercedes-Benz comenzó a ofrecer una función de asistencia para mantenerse en el carril en el nuevo Clase E. [23] Este sistema advierte al conductor (con una vibración en el volante) si parece que el vehículo está empezando a salir de su carril. Otra función se desactivará y reactivará automáticamente si determina que el conductor está abandonando intencionalmente su carril (por ejemplo, al tomar curvas de forma agresiva). Una versión más nueva utilizará el sistema de frenos para ayudar a mantener el carril del vehículo.
Kia Motors ofreció el sedán premium Cadenza 2011 con un sistema de advertencia de cambio de carril (LDWS) opcional en mercados limitados. Este sistema utiliza un ícono intermitente en el tablero y emite una advertencia audible cuando se cruza una línea blanca de señalización de carril, y emite una advertencia audible más fuerte cuando se cruza una línea amarilla de señalización. Este sistema se cancela cuando se activa una señal de giro o al presionar un interruptor de desactivación en el tablero; funciona mediante un sensor óptico en ambos lados del automóvil.
El Audi A7 presenta el Audi active lane assist.
Mobileye desarrolló un sistema que detectaba las marcas del carril e identificaba cuando un vehículo se salía de su carril de circulación sin utilizar la señal de giro. [24] [ se necesita una fuente no primaria ]
Mercedes inició el sistema Distronic Plus con asistencia a la dirección y Stop&Go Pilot en la rediseñada Clase S en 2013.
El Tesla Model S viene con sistemas avanzados de asistencia de carril con su lanzamiento en 2014. [25] También se lanzó con una función de asistencia de velocidad donde la cámara frontal lee los límites de velocidad del tráfico utilizando la tecnología del sistema de reconocimiento de caracteres de visión por computadora y luego los transmite al automóvil. En las carreteras donde no hay señales de tráfico, se basa en los datos del GPS. Cuando el automóvil se aleja de un carril a más de 30 millas por hora (48 km/h), el sistema emite un pitido y el volante vibra, alertando al conductor de un cambio de carril involuntario. Esto también sucede durante el incumplimiento del límite de velocidad.
Fiat lanza su sistema de asistencia para mantenerse en el carril basado en el sistema de asistencia para mantenerse en el carril de TRW (también conocido como sistema de respuesta háptica al cambio de carril). Este sistema integra la cámara de detección de carril con el sistema de dirección asistida eléctrica de TRW; cuando se detecta una salida involuntaria del carril (no se activa el intermitente para indicar el deseo del conductor de cambiar de carril), el sistema de dirección asistida eléctrica introduce un par suave que ayuda al conductor a volver al centro del carril. Introducido en el Lancia Delta en 2008, este sistema recibió el Premio a la Mejor Innovación Automovilística del Año 2008 de la Asociación Técnica Automotriz Italiana. Peugeot introdujo el mismo sistema que Citroën en su nuevo 308 .
Los sistemas de advertencia de cambio de carril combinan la prevención con los informes de riesgos en la industria del transporte. Viewnyx aplica tecnología basada en video para ayudar a las flotas a reducir sus costos de responsabilidad civil al conducir. Al proporcionar a los gerentes de seguridad informes y herramientas de evaluación de riesgos para conductores y flotas, facilita la capacitación y el entrenamiento proactivos para eliminar conductas de alto riesgo. La solución Lookout es utilizada por las flotas de América del Norte y existen investigaciones sobre la implementación de un sistema de advertencia de cambio de carril a través de un teléfono móvil. [26]
Un Instituto de Seguros para la Seguridad en las Carreteras expresó su preocupación por la posibilidad de que los conductores estén menos atentos cuando confían en sistemas de seguridad automatizados o se distraigan con las pantallas del tablero que monitorean el funcionamiento de los sistemas.
Dos estudios independientes concluyeron que los sistemas de mantenimiento de carril y los sistemas de control de puntos ciegos tenían tasas de accidentes más bajas que los mismos vehículos sin dichos sistemas. Los datos de accidentes policiales de 25 estados entre 2009 y 2015 para los modelos de vehículos en los que se vendían los sistemas como opcionales redujeron las tasas de colisiones entre un solo vehículo, de roce lateral y de frente en un 11 por ciento, y las lesiones en dichos accidentes en un 21 por ciento. El tamaño de la muestra no fue lo suficientemente grande como para controlar las variables demográficas y de otro tipo. [27]
El asistente de mantenimiento de carril (LKA) es una función que, además del sistema de aviso de cambio de carril, toma medidas automáticamente para garantizar que el vehículo se mantenga en su carril. Algunos vehículos combinan el control de crucero adaptativo con los sistemas de mantenimiento de carril para proporcionar seguridad adicional.
Si bien la combinación de estas características crea un vehículo semiautónomo [ non sequitur ] , la mayoría requiere que el conductor mantenga el control del vehículo mientras está en uso. Esto se debe a las limitaciones asociadas con la función de mantenimiento de carril. [28]
El sistema de asistencia para mantenerse en el carril se está implementando en sistemas de vehículos modernos utilizando técnicas de procesamiento de imágenes llamadas transformada de Hough y técnicas de detección de bordes de Canny . Estas técnicas avanzadas de procesamiento de imágenes derivan datos de carril de cámaras frontales conectadas al frente del vehículo. El procesamiento de imágenes en tiempo real utilizando computadoras potentes como Drive PX1 de Nvidia está siendo utilizado por muchos fabricantes de vehículos para lograr vehículos completamente autónomos en los que el algoritmo de detección de carril juega un papel clave. También se están desarrollando algoritmos avanzados de detección de carril utilizando técnicas de redes neuronales y aprendizaje profundo . [29] Nvidia ha logrado una alta precisión en el desarrollo de funciones de conducción autónoma, incluido el mantenimiento de carril, utilizando el mecanismo de entrenamiento basado en redes neuronales en el que utilizan una cámara frontal en un automóvil y la ejecutan a través de una ruta y luego utilizan la entrada de dirección y las imágenes de la cámara de la carretera alimentadas a la red neuronal y la hacen "aprender". La red neuronal luego podrá cambiar el ángulo de dirección en función del cambio de carril en la carretera y mantener el automóvil en el medio del carril. [30]
Un mecanismo de asistencia para mantenerse en el carril puede hacer que un vehículo vuelva a su carril de forma reactiva si comienza a salirse del mismo o mantenerlo en el centro del carril de forma proactiva. Las compañías de vehículos suelen utilizar el término "asistencia para mantenerse en el carril" para referirse tanto a la asistencia reactiva para mantenerse en el carril (LKA) como a la asistencia proactiva para centrarse en el carril (LCA), pero los términos están empezando a diferenciarse.
Tesla utiliza el sistema de asistencia de carril más avanzado (una especie de LKA) combinado con su sistema de control de crucero adaptativo comercializado en conjunto como " Autopilot ". [31]
En 2020, la CEPE publicó un reglamento sobre sistemas automatizados de mantenimiento de carril (ALKS) que incluye características como mantenimiento de carril y velocidad adaptativa para carreteras específicas de hasta 60 km/h.
Tesla incluye funciones como el asistente de mantenimiento de carril y también el cambio automático de carril sin intervención del conductor. También se utiliza una tecnología similar al asistente de mantenimiento de carril para la función de estacionamiento automático.
Requiere el control del conductor mientras el vehículo está en uso, pero ajusta la dirección si el vehículo detecta que se está desviando del carril (LKA se refiere a "asistencia para mantenerse en el carril" reactiva y LCA se refiere a centrado de carril proactivo):
La lista muestra hasta el año modelo 2015. Esta característica se ha vuelto más común desde entonces, como se ve a continuación.
Permite la conducción sin asistencia en condiciones limitadas.
El sistema de asistencia para mantenerse en el carril es obligatorio para los coches y furgonetas nuevos en la Unión Europea a partir de 2022 bajo el nombre de Sistema de mantenimiento de carril de emergencia. [83]
Los sistemas de aviso de salida de carril y de mantenimiento de carril dependen de las marcas visibles del carril. Normalmente no pueden descifrar las marcas borrosas, faltantes o incorrectas del carril. Las marcas cubiertas de nieve o las marcas antiguas del carril que quedan visibles pueden obstaculizar el funcionamiento del sistema. [28]
El reglamento 130 de la CEPE no exige que los sistemas de alerta temprana de vehículos pesados funcionen a menos de 60 km/h o en curvas con un radio inferior a 250 metros. [84]
Los sistemas de aviso de cambio de carril también se enfrentan a muchas limitaciones legales en lo que respecta a la conducción autónoma. Como se ha dicho anteriormente, este sistema requiere la intervención constante del conductor. Los vehículos con esta tecnología se limitan a ayudar al conductor, no a conducir el vehículo. La mayor limitación de los sistemas de aviso de cambio de carril es que no tienen el control total del vehículo. El sistema no tiene en cuenta a otros vehículos en la carretera y "no puede sustituir a los buenos hábitos de conducción". [85]
Los evaluadores de la Asociación Estadounidense del Automóvil (AAA) encontraron que los sistemas avanzados de asistencia al conductor eran inconsistentes y peligrosos. Los sistemas funcionaron "en gran parte como se esperaba", pero al acercarse a un vehículo simulado averiado se produjo una colisión el 66 por ciento de las veces y la velocidad media del impacto fue de 40 km/h (25 mph). [86]
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