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Sistemas de Control & Advertencia

Un número cada vez mayor de soluciones basadas en el vehículo que puedan advertir al conductor acerca de inminentes riesgos de seguridad son provistos por los fabricantes de automóviles en los nuevos vehículos - así como algunos dispositivos se ofrecen también como accesorio opcional.

Los sistemas basados en infraestructura, que requieren una comunicación entre el vehículo y la arquitectura externa para enviar advertencias, también está siendo evaludado. Ejemplos incluyen avisos de colisiones en intersecciones y avisos de Tiempo y Señal de Fase (Signal Phase and Timing - SPaT). (Ver Aplicaciones y Sistemas de Alerta)

Los sistemas de alerta basados en el vehículo pueden ayudar a los conductores a evitar accidentes. Su uso en transporte de carga y transporte público ofrece importantes beneficios de seguridad y tiene la potencialidad de acelerar el desarrollo generalizado. El aporte legislativo para solicitar la aplicación en estos campos está bajo consideración.

La Administración de Seguridad del Tránsito Nacional en Autopistas de Estados Unidos (National Highway Traffic Safety Administration - NHTSA) realiza una puntuación con una escala de 0 a 4, dependiendo del nivel de automatización:

  • Nivel 0 - Sin Automatización: el conductor tiene el control total y único de los mandos primarios de vehículo (freno, dirección, acelerador, y fuerza motriz) en todo el momento, y es el único responsable de monitorear la calzada y de oprar de manera segura los controles del vehículo
  • Nivel 1 - Automatización de Funciones Específicas: el conductor tiene el todo el control, y es el único responsable de la operación segura del vehículo - pero ciertas funciones estaán diseñadas para asistir a tareas específicas de conducción - como el control electrónico de estabilidad (ESC), control crucero adaptativo y precarga de frenos en una situación de emergencia.
  • Nivel 2 - Automatización de Funciones Combinadas: donde el vehículo tiene al menos dos sistemas automatizados diseñados para trabajar juntos (como sistema de control crucero adaptativo y centrado de carril) - pero el conductor es aún el responsable del seguimiento de la calzada y la seguridad operativa
  • Nivel 3 - Autoconducción con Automatización Limitada – donde un vehículo puede manejar todas las funciones de manejo - aunque se espera que el conductor esté disponible a tomar el control ocasionalmente con suficiente tiempo para realizarlo
  • Nivel 4 - Autoconducción con Automática - donde los vehículos están totalmente automatizados para realizar todas las funciones de conducción críticas para la seguridad y controlar las condiciones de la carretera para un viaje completo - el conductor proporciona el destino, pero no se espera que esté disponible para el control del vehículo en ningún momento del viaje.

Los Vehiculos conectados

Los Sistemas para Vehículos Conectados se han convertido en una parte fundamental de las estrategios para mejorar la seguridad y eficiencia del transporte en muchas regiones. Varias de las principales pruebas operativas de campo de la tecnología se han puesto en marcha en todo el mundo en los últimos años - en Europa, Japón y los EEUU - y se prevén otros. Reuniones de colaboración entre regiones están ayudando a acelerar el desarrollo de los sistemas. Las autoridades reguladoras están monitoreando los resultados y teniendo en cuenta la mejor manera de apoyar la implementación.

Al nivel más simple, las tecnologías de los vehículos conectados se dividen en tres categorías principales:

  • dispositivos de abordo
  • dispositivos de insfraestructura de carretera
  • sistemas back-end - incluyendo capacidades de gestión de datos 

Las interacciones pueden tener lugar entre cualquiera de los componentes - un vehículo a otro vehículo (V2V), y un vehículo a la infraestructura (V2I) - y están estandarizados para permitir que cualquier vehículo pueda enlazarse a otro vehículo o a cualquier elemento de la infraestructura. La siguiente figura es un ejemplo de las piezas clave, componentes y sus interacciones.

US Connected Vehicle Core Systems

US Connected Vehicle Core Systems

 

El enfoque principal de las tecnologías de vehículos conectados ha estado en las capacidades de comunicación de corto alcance - que están optimizados para una latencia muy baja (retardo en su transmisión) y desarrollados como aplicaciones seguras.

Hay una gama muy amplia de aplicaciones que se pueden construir dentro de este marco, incluyendo soluciones de seguridad - tales como la prevención de colisiones, soluciones de movilidad, mejoras en la información del viajero, soluciones ecológicas tales como optimizaciones de señales.

Un sistema de transporte totalmente en red puede permitir una gestión mucho más fina y detallada de los flujos de tráfico. Sistemas experimentales que se comunican desde la infraestructura al vehículo, la velocidad recomendada y aceleración - en base a los factores ambientales tales como la congestión y la geometría vial - están siendo probados en Japón bajo la iniciativa ITS Green Safety. (Ver http://www.its-jp.org/english/its-green-safety-showcase/)

conducción parcialmente automatizada

Los sensores necesarios para permitir advertencias a los vehículos se están integrando cada vez más y en sistemas cada vez más sofisticados dentro de los vehículos para automatizas ciertas funciones de conducción. Los pilotos aún tienen que gestionar activamente el proceso de conducción - pero el vehículo puede controlar temporalmente funciones tales como el frenado y la dirección - ya se a por conveniencia de los pilotos o para ayudar en una situación de emergencia. Estos sistemas pueden ayudar a evitar accidentes y optimizar la tarea de conducir mediante la mejora en la eficiencia del combustible.

La evolución de la conducción automatizada no asistida sostiene retos que deben abordarse durante la transición hacia vehículos de mayor automatización:

  • los conductores se arriesgan a convertirse demasiado dependientes de las nuevas habilidades y puede deteriorarse sus habilidades de manejo llevando a los vehículos fuera de los límites seguros
  • los nuevos conductores no pueden aprender las habilidades necesarias para conducir vehículos más antiguos que no estén equipados con los sistemas automatizados
  • los conductores que intercambian entre vehículos automatizados y no automatizados pueden no reaccionar a situacciones en la carretera de la manera apropiada al vehículo que están conduciendo

conducción automatizada

La conducción automática involucra vehículos que pueden funcionar en la vía pública sin la intervención del conductor. Muchos consideran que la eliminación de control del conductor tiene el potencial de mejorar drásticamente la seguridad del transporte, la movilidad y la eficiencia. Por ejemplo, los vehículos autónomos pueden:
  • causar menos accidentes - ya que pueden responder de manera más fiable y rápida a las situaciones de emergencia
  • aumentar al capacidad de la carretera - ya que pueden conducir con seguridad más rápido y más juntos que los vehículos controlados por humanos
  • mejorar la movilidad de los ancianos y las personas con capacidad reducida

Hay muchas incógnitas sobre el impacto de un gran número de vehículos totalmente automatizados en la red de transporte por carretera en general. Aunque se espera que los beneficios sean significativos, también habrá muchos desafíos operativos. Es demasiado pronto para determinar exactamente como será - y es probable que pase algún tiempo antes que ocurra un despliegue a gran escala. Hay una gran cantidad de investigación que se lleva a cabo para comprender los problemas - con la mayoria de los principales fabricantes de automóviles realizando ensayos, así como una serie de iniciativas con financiación pública y privada. La disponibilidad de vehículos altamente automatizados - y luego totalmente automatizados - precisa ser tenida en cuenta por los planificadores de transporte.

 

Sistemas de alerta

Una serie de grandes proyectos de investigación y programas como COMPASS4D están investigando activamente soliciones Vehículo A Infraestructura (V2I) para las aplicaciones de advertencia. El proyecto COMPASS4D (http://www.compass4d.eu/) reúne a seis ciudades europeas para desplegar tres servicios basados ​​en sistemas cooperativos para advertir a los conductores sobre un incidente próximo en el camino.

Estos sistemas son mucho más complejos de aplicar en comparación con los enfoques basados ​​en vehículos, ya que requieren el despliegue de la tecnología normalizada sobre los vehículos y la infraestructura carretera. Ellos muestran un gran potencial para la reducción de ciertos tipos de incidentes de tráfico.

Detección de obstáculos

Los sistemas de detección de obstáculos ayudan a que el conductor esté consciente de objetos o personas que de otra manera podrían no ser notados. Un ejemplo es la cámara para ayudar a los conductores a utilizar el vehículo en reversa - haciéndolos conscientes de los obstáculos detrás de ellos. Este tipo de tecnología es particularmente valiosa para evitar accidentes de baja velocidad que afectan a niños pequeños que pueden no ser fácilmente visible cuando un conductor realiza este tipo de maniobras. El EE.UU. está considerando activamente obligar a la instalación de esta tecnología en todos los automóviles y vehículos comerciales ligeros.

advertencias de colisión y prevención de accidentes

Una variedad de tecnologías tales como radar, láser y cámaras son utilizados en los vehículos para detectar posibles colisiones. Los sistemas de prevención de accidentes vigilan las amenazas de seguridad e intervenienen cuando es necesario, en general, en una escala de tiempo de menos de 3 segundos más o menos. Las implementaciones varían, pero la mayoría de los sistemas proporcionan una advertencia visual para el conductor. También pueden actuar en los cinturones de seguridad (pre-tensión) y ajustar el comportamiento de frenado del vehículo para ayudar al conductor a una frenada más rápida y segura. Estos sistemas han estado disponibles comercialmente en algunos mercados desde 2003.

ALERTA DE VUELCO

Los accidentes con vuelcos pueden causar importantes pérdidas de vidas, problemas de tráfico y otros gastos. Los vehículos comerciales y de pasajeros con altos centros de gravedad son particularmente susceptibles a este tipo de incidentes en las rampas de salida y curvas cerradas. Los sistemas de alerta de vuelco calculan el riesgo de vuelco sobre la base de los datos del vehículo y datos de sensores para ayudar a los conductores a ajustar su forma de conducir antes que un accidente se convierta en inevitable.

alerta de salida de carril

Los sistemas de Alerta de Salida de Carril utilizan vídeo, láser e infrarrojos para ayudar a asegurar que los conductores se mantengan con seguridad en sus carriles. Si se detecta un cambio de carril involuntario, el sistema normalmente alerta al conductor con una alarma sonora o sensación física, tales como la resistencia o vibración. En algunos casos, los sistemas Sistemas de Alerta de Salida de Carril también pueden ajustar el comportamiento de dirección para ayudar al conductor a volver con seguridad el vehículo a su carril. Estos sistemas están disponibles comercialmente de una variedad de fabricantes.

ALERTA DE SEÑAL DE ONDA VERDE Y SEÑALIZACIÓN

Los sistemas de Alerta de Señal de Onda Verde y Señalización se están desarrollando en programas de investigación en todo el mundo - incluyendo:

  • el proyecto Europeo eCoMove, que trabaja en la coordinación semafórica para la Gestión y Control ecoTraffic (http://www.ecomove-project.eu/)
  • V21 en los USA
  • los sistemas de Alerta de Señal de Onda Verde y Señalización están destinados a informar a los conductores que se acercan a una intersección señalizada,  el estado actual de la onda verde y el tiempo de señalización. En todos los casos las señales de tráfico están equipadas para capturar esta información que se transmite a los vehiculos - ya sea:
    • directamente – a través de equipos de comunicación de corto alcance
    • indirectamente a través de las comunicaciones móviles estándar a un centro de centro de operaciones de tráfico, que carga los datos a la web. La ventaja de compartir datos a través de la web es que ofrece a los conductores la capacidad de mirar varias intersecciones por delante

Hay una variedad de funcionalidades que este tipo de información puede permitir - tales como la seguridad en las intersecciones, la gestión del tráfico y la gestión del transporte público. Las aplicaciones específicas incluyen advertencias a la violación de señales de tránsito, indicación de señalizaciones dentro del vehículo, advertencias de los usuarios vulnerables de la vía (por ejemplo - los peatones y ciclistas), el apoyo de la conducción eficiente, y el apoyo comercial y a los vehículo de emergencia.

 

sistemas coordinados de autopista - vehículo

Los sistemas coordinados de autopista - vehículo enlazan entre sí los vehículos y la infraestructura de transporte a través de las comunicaciones inalámbricas - lo que les permite compartir información para mejorar la seguridad, la movilidad y la eficiencia de las operaciones. Los peatones, motocicletas, ciclistas y otros usuarios también pueden estar equipados con dispositivos de mano o portátiles que les permiten interactuar con el sistema. Por ejemplo, bastones para la tecnología inalámbrica para enlazar con aplicaciones personalizadas que proporcionan direcciones para caminar o advierten sobre los obstáculos.

Este tipo de sistemas se están desarrollando y probando. Una serie de desafíos institucionales técnicos, financieros y organizativos, legales y otros deben ser abordados antes de que se pueden implementar a gran escala. Los temas clave incluyen:

  • desarrollo de la tecnología y la normalización
  • seguridad y privacidad
  • modelos de negocio y de gobierno
  • despliegue y gobernabilidad

el desarrollo tecnológico y la normalización

Las tecnologías para la captura de datos y comunicaciones críticas para la seguridad deben ser desarrollados para funcionar a niveles adecuados de fiabilidad e interoperabilidad. Los sistemas deben ser a prueba de futuro - adecuada a los nuevos desarrollos tecnológicos y ser compatibles e interoperables siempre que los dispositivos de consumo y la infraestructura permanecen en servicio. (Ver Conceptos sobre Estándares)

SeGURIDAD Y PRIVACIDAD

Existen implicaciones de seguridad y privacidad que permite a una cantidad sin precedentes de comunicación entre vehículos (par a par) y el intercambio de información a través de toda la red de transportes. Esto requiere el desarrollo de:

  • un enfoque de seguridad de extremo a extremo - que puede entregar con éxito un muy alto nivel de protección y resistencia contra la interferencia deliberada (malicioso) o accidental (Ver Protección)
  • códigos bien definidos de la práctica para proteger la privacidad de los datos relativos a los usuarios de carretera individuales apoyados por un marco de aplicación que sea aceptable para los usuarios (Ver Privacidad)

modelos de negocio y de gobierno

Tanto el despliegue inicial como la operación en curso de los sistemas de carreteras de vehículos conectados deben ser financiados de manera sostenible con el apoyo de las estructuras organizativas y de comunicación efectiva entre las partes interesadas - tanto para las operaciones de la oficina central como las operaciones de campo. (Ver Financiación de ITS y Trabajo Entre Agencias)

Despliegue y gobernabilidad

Al igual que con cualquier sistema en red, los programas de vehículos conectados sólo son eficaces si un número suficientemente grande de vehículos logra participar. Para lograr este objetivo, las estrategias para acelerar su despliegue en las flotas de vehículos comerciales y de consumo tendrá que ser desarrollado. Pueden incluir algún tipo de sistema de incentivos o bien ordenar su despliegue.

 

conducción parcialmente automatizada

Las soluciones parcialmente automatizadas ya no son experimentales. De hecho, ellas han demostrado ser tan eficaces que están siendo obligatorias en muchos lugares. La automatización del vehículo es ahora capaz de manejar las tareas cada vez más complejas - como aparcamiento. Se espera que esta situación continúe evolucionando, con más y más funcionalidades para los conductores a través del tiempo.

asistencia al estacionamiento

Los sistemas de asistencia al estacionamiento - activados por el conductor - ayudan a los conductores a aparcar sus coches. Ellos usan sensores de proximidad - como el sonar y cámaras - para determinar la dirección y el frenado adecuado necesario para colocar el vehículo de forma segura en paralelo a la acera o directamente en una plaza de aparcamiento. En algunos casos, los conductores todavía tienen que controlar parcialmente el vehículo - en los demás la tarea de estacionamiento está totalmente automatizado. Los fabricantes de automóviles siguen invirtiendo en la mejora de los sistemas disponibles.

Para el transporte público - tales como autobuses guiados - soluciones de acoplamiento de precisión que utilizan sensores ópticos o magnéticos puede mejorar la seguridad de los pasajeros y la eficiencia de embarque y desembarque. Esto puede ayudar a reducir los tiempos de viaje en general. Los sistemas se han desplegado en Francia, los Países Bajos y los EE.UU.

Control electrónico de estabilidad (ESC)

La tecnología ESC combina el control de la dirección y el frenado para evitar que los vehículos patinen. Cuando el sistema ESC identifica que el vehículo no va en la dirección en la que el conductor está dirigiendo, aplica automáticamente los frenos a las ruedas para administrar dirección al vehículo. En algunos casos, el sistema ESC también puede gestionar la potencia del motor o ajustar la transmisión. Estos sistemas han recibido el mandato en Australia, los EE.UU. y Europa en ciertos tipos de vehículos.

Control de crucero Adaptativo/Activo

El Control de Crucero Adaptativo se basa en los sistemas tradicionales de control de velocidad mediante la adición de sensores que hacen un seguimiento de la distancia al vehículo que va adelante. Los conductores pueden establecer una distancia de seguimiento deseada - y el sistema CCA automáticamente enlentece o acelera el vehículo para mantener esa distancia dentro de un cierto rango de velocidades y las distancias de frenado. Si se necesita una acción fuera de ese rango (por ejemplo, una parada repentina brusca), el sistema CCA advertirá al conductor a tomar acción. Una forma extendida de CCA - a menudo referido como "stop and go" - se ha convertido en una característica disponible. Este tipo de sistema puede tomar el control total de la aceleración, deceleración y frenado a baja velocidad - para asistir a la conducción en gran congestión.

frenado activo

El Frenado Activo describe una serie de sistemas que ayudan a detener el vehículo rápidamente en el caso de una emergencia. En algunos casos, el sistema aplica presión de frenado adicional a la que ya está siendo aplicada por el conductor en una parada de emergencia. Otros sistemas utilizan sensores de radar y de imagen para detectar peligros potenciales y activar los frenos para funcionar a plena presión tan pronto como el conductor lo aplica. Algunos sistemas aplicarán automáticamente los frenos sin ninguna intervención por parte del conductor - si los sensores del vehículo identifican la necesidad de una parada de emergencia.

conducción totalmente automatizada

La automatización de vehículos ha realizado importantes avances en los últimos años. Muchos programas de investigación del sector público y privado en todo el mundo han demostrado con éxito que los vehículos de prueba pueden operar sin intervención del conductor durante miles de millas en la vía pública y dentro de las ciudades. Un grupo de trabajo trilateral de Automatización en Transporte de Carretera  (Japón, Europa, Estados Unidos) se ha establecido para adelantar el trabajo en estos programas.

La legalidad de la operación de vehículos automáticos en la vía pública se ha convertido en un problema a medida que más y más fabricantes quieren probar y comercializarlos. Algunos países y regiones han puesto en marcha regulaciones que legalizan estas operaciones. Otros están revisando activamente este asunto.

Hay grandes problemas sociales, culturales y legales para resolver que una flota de vehículos totalmente automatizado pueda llegar a ser una realidad. Por ejemplo - cuánto control la mayoría de los conductores estará preparado a reconocer? ¿Quién es responsable si un sistema falla? ¿En qué etapa debería ser obligatorio el sistemas automatizados?  (Ver Visión de Autopistas Automatizadas y Responsabilidades)

Los vehículos automatizados de hoy en día se basan en una serie de tecnologías avanzadas complejas. Ejemplos de elementos básicos incluyen:

  • un conjunto de sensores ambientales - tales como el radar, LIDAR, procesamiento de imágenes, y el sonar -, así como sensores de enfoque interno, lo cual hacen un seguimiento criterios tales como la velocidad y dirección
  • bases de datos cartográficos en el vehículo - para anticipar características de carreteras próximas que están fuera del alcance de los sensores
  • buses de datos (sistemas de comunicación a bordo de vehículos que transfieren datos de un componente a otro) - que comparten la entrada del sensor entre los sistemas de control
  • procesadores y software centralizado y descentralizado - que puede combinar rápidamente las entradas de sensores para hacer y poner en práctica las decisiones de control

La conducción totalmente automatizada se está moviendo rápidamente de investigación para el despliegue de la vida real. Un número de fabricantes de automóviles han anunciado que se han automatizado sustancialmente vehículos disponibles para su compra en 2020 - aunque en general se prevé que todavía tendrán que estar preparado para tomar un papel activo en algunas situaciones los conductores. Mientras tanto, los sistemas automatizados parcialmente cada vez más sofisticadas que sigan haciendo su camino en el mercado.

Avances similares se han realizado en la automatización de la funcionalidad de vehículos en flotas comerciales de carga. Se está trabajando para desarrollar soluciones "platooning", que permiten a los camiones que viajan juntos en grupos hacerlo con poco espacio para aumentar la densidad del tráfico de mercancías, sin perjuicio de la seguridad. También tiene la ventaja de proporcionar beneficios de economía de combustible - en el rango de 10% o más para el vehículo seguidor en función de la brecha. Platooning Investigación tiene una larga historia, y sigue avanzando con las recientes manifestaciones en Japón, Alemania, Suecia y los EE.UU. (Ver Case Study sobre la Circulación Segura trenes para el Medio Ambiente (SARTRE))


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