Licenta Zavate Mircea V1.8 [626180]

UNIVERSITATEA „ POLITEHNICA ” DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator științific
S.L. Dr. Ing. Valentin A. Stan Absolvent: [anonimizat]
2018

UNIVERSITATEA „ POLITEHNICA ” DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

Sisteme de evitare a
coliziunii î n traficul rutier

Coordonator științific
S.L. Dr. Ing. Valentin A. Stan Absolvent: [anonimizat]
2018

Cuprins

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ……………………… 1
1.1 CONSIDERAȚII GENERALE ………………………….. ………………………….. ………………………. 1
1.2 OBIECTIVELE LUCRĂRII ………………………….. ………………………….. …………………………. 1
CAPITOLUL 2. MEMORIU JUSTIFICATIV ………………………….. ………………………….. ……. 2
2.1 INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 2
2.2 ANALIZA CO MPARATIVĂ A SITUAȚIE I ACCIDENTELOR RUTIE RE ÎN U.E VS ROMÂNIA … 2
2.2.1 Analiza accidentelor rutiere în U.E ………………………….. ………………………….. …….. 2
2.2.2 Analiza accidentelor rutiere în România ………………………….. ………………………….. 5
2.3 NEVOIA IMPLEMENTĂRII UNUI SISTEM DE EVITA RE A COLIZIUNII ………………………….. . 8
2.4 TEHNOLOGII ȘI ECHIPAM ENTE ACTUALE ………………………….. ………………………….. …… 8
2.4.1 Tehnologii la bordul vehiculelor rutiere ………………………….. ………………………….. . 8
2.4.2 Tipuri de senzori utilizați în sistemul de evitare a coliziunii ………………………….. 11
2.4.3 Analiza comparativă a sistemelor AEBS de la diferiți furnizori contractați …….. 19
2.4.4 Tehnologii de infrastructură ………………………….. ………………………….. …………….. 22
2.5 CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 27
CAPITOLUL 3. SISTEME DE EVITARE A COLIZIUNII ÎN TRAFI CUL RUTIER –
APLICAȚIE PRACTICĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 28
3.1 DESCRIEREA PROPUNERII ………………………….. ………………………….. ……………………… 28
3.2 COMPONENTE HARDWARE ………………………….. ………………………….. …………………… 29
3.2.1 Placa de dezvoltare ………………………….. ………………………….. …………………………. 29
3.2.2 Senzorul ultrasonic ………………………….. ………………………….. …………………………. 34
3.2.3 Modulul de comunicație Bluetooth ………………………….. ………………………….. …… 36
3.2.4 Motoarele în curent continuu ………………………….. ………………………….. ……………. 40
3.2.5 Modulul de comandă de putere (acționarea motoarelor) ………………………….. …… 41
3.3 MEDIUL DE DEZVOLTARE A APLICAȚIEI SOFTWAR E ………………………….. ………………. 44
3.3.1 Mediul integrat de dezvoltare (IDE) al plăcii Arduino ………………………….. …….. 44
3.3.2 Aplicația de comunicație Bluetooth ………………………….. ………………………….. ….. 46
CAPITOLUL 4. MODEL PILOT – REALIZ ARE PRACTICĂ ………………………….. ……… 48
4.1 REALIZAREA PRACTICĂ – CONSTRUIREA MACHETE I DEMONSTRATOR …………………… 49
4.1.1 Realizarea șasiului machetei ………………………….. ………………………….. …………….. 49
4.1.2 Asamblarea componentelor pe șasiul machetei și interfața de alimentare ……….. 49

4.1.3 Conectarea d ispozitivelor la placa de dezvoltare Arduino ………………………….. … 50
4.2 PROGRAMUL SOFTWARE PE NTRU PLACA DE DEZVOL TARE ………………………….. ……… 51
4.3 INSTALAREA ȘI UTILIZA REA APLICAȚIEI BLUETOOTH ………………………….. ……………. 52
4.4 UTILIZAREA MACHETEI D EMONSTRATOR ȘI INTER PRETAREA REZULTATELO R ……….. 53
CAPITOLUL 5. CALCULUL FIABILISTIC ȘI ECONOMIC AL
ECHIPAMENTULUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 53
5.1 CALCULUL FIABILISTIC AL ECHIPAMENTULUI DE EVITARE A COLIZIUNI I ÎN TRAFICUL
RUTIER 53
5.2 CALCULUL ECONOMIC AL ECHIPAMENTULUI DE EV ITARE A COLIZIUNII Î N TRAFICUL
RUTIER 55
CAPITOLUL 6. CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. 56
DICȚIONAR EXPLICATIV DE TERMENI ȘI ABREV IERI ………………………….. …………… 57
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 58
ANEXA 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 59

1
Capitolul 1. Introducere
1.1 Considerații generale
Din diverse surse de informare auzim aproape î n fiecare zi despre un accident rutier.
Mulți șoferi continuă, încă, să neglijeze și să ignore anumite as pecte ale condusului preventiv
și astfel se produc foarte multe accidente . Cu toate că autovehiculele î n sine devin din ce în ce
mai „inteligente”, nepăsarea și neatenț ia șoferilor determină companiile producătoare de
autovehicule să crească permanent capitolul de siguranță al acestora .
Industria sistemelor de siguranță a evoluat extrem de mult în ultimii 20 de ani. Iniț ial,
dispozitivele individuale , pasive , precum: scaunele , centurile de sig uranță , airbag -urile etc., au
fost dezv oltate pentru a putea salva viețile omenești și pentru minimiza rea vătămărilor
produse î n urma unu i posibil accident. Mai târziu, alte măsuri prevent ive precum controlul
tracțiunii sau modificările introduse la produc erea cauciucurilor , farurilor etc., au fost
introduse pentru a reduce probabilitatea producerii accident elor.
În zilel e noastre tehnologia a evoluat ș i mai mult , iar acum suntem în stadiul în care
sistemele noi introduse pot anticipa produ cerea unui accident sau pot asigura protecția
pietonilor ș i a celor din jur. Cu ajutorul sistemului de evitare a col iziunii, care este sub o
intensă dezvoltare, rata accidentelor scade drastic.

1.2 Obiectivele lucrării
Scopul acestei lucrări constă în prezentarea și ap licarea cunoștințelor acumulate în
decursul anilor de facultate, pentru a prezenta sistemele moderne, în cea mai mare parte fiind
electronice și integrate în sistemele vehiculelor, care au rolul de realiza de cele mai multe ori
imposibilul : evitarea unei c oliziuni rutiere .
Aplicația practică este o machetă (model pilot) ce simulează și prezintă funcționarea
sistemului a vansat de evitare a coliziunii , funcție realizată cu ajutorul unui cod ce are rolul de
a corela în timp real informaț iile primite.

2
Capitolul 2. Memoriu justificativ
2.1 Introducere
Accidentele rutiere răpesc î n fiecare an aproximativ 1,3 milioane de vieți omenești ș i au
un impact imens asupra oamenilor ș i economiei. Conform rapoartelor Org anizației Mondiale
a Sănătăț ii (OMS) , accid entele rutiere repre zintă a noua cauză principală de deces la nivel
global , iar până în anul 2030 se preconizează că acestea vor deveni a șaptea cauză. Cu toate că
accidentele rutiere au o rată de mortalitate mare, cele mai multe d intre acestea pot fi prevăzute
și prevenite.
Analiza accidentelor la nivelul Uniunii Europene, cu accent pe situația din România în
anul 2016 reprezintă punctul de plecare al acestei lucrări de licență . Trebuie specificat faptul
că, instituțiile desemnate pentru realizarea analizei accidentelor rutie re din Uniunea
Europeană, pe anul 2017, au publicat doar o analiză preliminară cu privire situația
accidentelor rutiere.

Figura 1. Harta cu numărul de decese provenite din accidente rutiere raportate la un milion de oameni
2.2 Analiza comparativă a situației accidentelor rutiere în U .E vs România
2.2.1 Analiza accidentelor rutiere în U .E
Conform comunicatului de presă eliberat de Comisia Europeană î n data de 28 Martie
2017, drumurile europene sunt cele mai sigure din toată lumea: î n anul 2016 s -au înregistrat
50 de accidente fatal e la un milion de locuitori față de 174 la un milion de locuitori la nivel
global.

3
Anul 2016 a însemnat un punct de cotitură î n lupta reducerii accidentelor rutie re: după
doi ani de stagnare, numărul celor care și -au pierdut viața în accid ente rutiere a scă zut cu 2%.
Din anul 2010 până în anul 2016 s -a înregistrat o scă dere de 19% a accidentelor mortale pe
toată suprafaț a Uniunii Europene.
Având în vedere că fiecare viață salvată contează, ating erea scopului de a se înjumătăți
numă rul de a ccidente din care rezultă pierderea vieților omenești, în decursul anilor 2010 –
2020 , este unul extrem de dificil .

Figura 2. Situația deceselor provocate de accidentele rutiere din U.E

În timp ce majoritatea statel or membre ale Uniunii Europene și -au imbunătăț it
sigura nța rutieră a drumurilor încă din anul 2010, există totuși o discrepanță de performanță
între anumite state din U.E. În 2016 țările cu cea mai mică rată de mortalitate î n cazul
accidentelor rutiere, calculată la milionul de lo cuitori au f ost: Suedia (27) urmată de Regatul
Unit al Marii Britanii (28), Olanda (33 ), Spania (37), Danemarca (37) ș i Germania (39). [1]

4

Figura 3. Analiza comparativă a accidente lor rutiere la nivel european în anii 2015 și 2016

Din datele furnizate de ETSC „Euro pean Transport Safety Council” cu privire la anul
2016, pe locul trei se situează accidentele produse pe autostradă (8%), locul doi este ocup at de
accidentele ce se petrec î n zonele urbane (37% ), iar pe primul loc conduc detașat accidentele
care se produc î n zonele rurale (55%).

Figura 4. Procentajul accidentelor rutiere în funcț ie de localizare

Din punct de vedere al numărul victimelor rezultate din accidentele rutiere, ut ilizatorii
de mașini dețin cel mai mare procentaj (46%). Categoria utilizatorilor vulner abili ai
drumurilor, adică pietonii, bicicliștii și motocicliștii completează tabloul sumbru al
accidentelor rutiere mortale cu un procentaj de 54%. [1]

5

Figura 5. Procentajul victimelor din accidentele rutiere

În noiembrie 2016, comisia Uniunii Europene a publicat un document, ce conț ine
datele furnizate de 16 state membr e, cu privire la statisticile rănilor produse î ntr-un accident
rutier grav. Cu ajutorul ace stor date noi , ce reprezintă aproximativ 80% di n totalul
accidentelor produse î n Uniunea Europeana, s -a estimat faptul că aproximativ 135.000 de
persoane sunt grav rănite î n urma ac cidentelor rutiere.

2.2.2 Analiza accidentelor rutiere în România
Potrivit raportul ui anual din 2016 eliberat de că tre Inspectoratul General al Poliț iei
Româ ne intitulat „Buletinul siguranț ei rutiere ”, pe drumurile publice din Româ nia s-au produs
8686 de accide nte rutiere grave, din care au rezultat 8285 de persoane ră nite grav ș i 1913
persoane decedate. O statistică sumbră este reprezentată de numă rul accidentelor rutiere grave
care fost mai mic cu 13,5% dar numă rul persoanel or decedate a crescut cu 1,1%, în
comparaț ie cu anul precedent. [2]
În perioada anilor 2012 – 2016 s -a înregistrat o reducere modestă a numă rului de
accidente rutiere grave ș i a victime lor asociate acestor evenimente, evoluția descendentă fiind
influențată negativ de creșterea din anul 2015 a numă rului de evenimente rutiere.
Din datele furnizate d e Inspectoratul General al Poliției Române reiese faptul că în
Româ nia, mediul urban este pe primul loc l a produce rea accidentelor grave, aici avâ nd loc
cele mai multe acc idente grave (42%) , cu cei mai mulți oameni răniți grav (41%). În ciuda
aparențelor , în mediul urban s -a reuș it cea mai mare reducere procentuală: -16% în cazul
accidentelor grave și -18% la numărul de raniț i grav.
Cu toate că mediul urban reprez intă centrul accidentelor rutiere, mediul rural
reprezintă locul unde s -au înregistrat cele mai mult e accidente rutiere c e au condus la
pierderea de vieți omeneș ti.

6

Figura 6. Graficele accidentelor în funcție de locul de producere

Primele cauze ale accidentelor rutiere grave produse pe drumurile publice din
Romania, a u fost indisciplina pietonilor ș i viteza autovehiculelor , acestea fiind responsabile
pentru producerea a 41% din accidentele grav e. Reduceri sem nificative sunt înregistrate î n
urmă toarele categorii:
 conducerea sub in fluenț a alcoolului ( -28% față de 2012)
 neacordarea de prior itate a vehiculelor ( -21%)
 neasigurarea la schimbarea direcț iei de mers ( -20%)
În partea opusă , au fost înregistrare creș teri semnifi cative în urmă toarele categorii:
 abateri ale bicicliș tilor (+25%)
 circulaț ia pe sens opus (+22%)
 preocupările la volan care distrag atenț ia (+20%)
În medi ul rural și î n afara acestuia ( vorbim de drumuri naționale/județ ene) cele mai
multe accidente sunt determinate de viteză, în timp ce în mediul urban cauza principală a
accidentelor este datora tă indiscipline i pietonilor .

Figura 7. Dinamica accidentelor grave în funcție de cauza producerii 2012 – 2018

7
În ediț ia din anul 2016, față de anii precedenți, comun icatul „Buletinul siguranței
rutiere” cuprinde o nouă categorie de participanți la trafic care ridică probleme îngrijoră toare ,
aceasta fiind reprezentată de persoanele vârstnice. Această categorie este responsabilă pentru
1399 de accidente rutiere produse în anul 2016, catego rie ce cuprinde persoanele cu vâ rsta de
65 de ani sau mai mult. Ca o sinteză a acestui numă r, 1 din 6 accidente rutiere grave din
Româ nia a fost produs din vina pers oanelor vâ rstnice. [2]
Totodată această categorie este responsabilă pentru producerea a unui sfert din t otalul
accidentelor ce determină lovirea unui pi eton. Din totalul accidentelor în care persoanele
vârstnice sunt implicate , aproximativ 73% sunt constituite din vina acestora.

Figura 8. Rata mortalității rutiere pe categorii de vârstă

O statistică sumbră a drum urilor din Romania, o reprezintă numă rul de decese în
funcț ie de fiecare categorie de participanț i la trafic:
 Conducă tori de vehicule:
o 3290 răniți grav
o 771 de cedaț i
 Pasageri, călători, însoț itori:
o 2394 răniți grav
o 423 decedaț i
 Pietoni:
o 2588 răniți grav
o 717 decedați

Figura 9. Situația deceselor provocate de accidentele rutiere din România

8
2.3 Nevoia implementării unui sistem de evitare a coliziunii
Conform celor prezentate anterior , accidentele rutiere reprezintă o problemă ce crește
exponențial, nu doar ca număr ci și ca gravitate. Numărul de vehicule rutier e crește din ce în
ce mai mult ș i odată cu acesta ș i numărul de acci dente produse în fiecare an. Accidentele
rutiere au cauze diferite , dar majoritatea pot fi evitate prin frânarea corespunzătoare și î n timp
util a autovehiculului. Pentru a îmbunatăți frânarea în caz de urgență, un factor important și
decisiv care trebuie luat în considerare este eliminarea sau reducerea pe cât de mult posibil a
întârzierii reacției șoferului.
În ultimul deceniu , tehnologia vehiculelor a evoluat extrem de mult, aproape de
nivelul autonom al acestora. Sistemele inteligente , ce se regăsesc cu precăde re pe vehiculele
din ziua de astă zi, fac parte din ADAS („Advanced Driver Assistance S ystem”, sisteme
avansate de conducere ). Această categorie d e sisteme joacă un rol crucial în viaț a de zi cu zi a
multor oameni pe care îi salvează de la accidente minore , până la accidente maj ore cu posibile
pierderi de vieți omeneș ti.
O parte dintre sistemele importante ale ADAS sunt: frânare a automată de urgență ,
parcarea automată, asistență la depășire, eCall , păstrarea direcției între benzile de circulație ,
pilotul automat adaptiv et c…

2.4 Tehnologii și echipamente actuale
2.4.1 Tehnologii la bordul vehiculelor rutiere
După cum am precizat și mai sus, familia ADAS este formată din mai multe sisteme
ce au rolul de a ajuta șoferul în anumite situații potențial peric uloase . Peste 90% dintre aceste
sisteme au ca directivă reducerea posibilități i producerii un ui accident și protejarea vieților
omenești î n cazul producerii unuia.

Figura 10. Componența ADAS ADASAEBS (Automatic Emergency Braking System)
Automatic parking
Driver drowsiness detection
eCall
Blind spot monitor
Night vision
Traffic -sign recognition
ACC ( Adaptive Cruise Control)

9
Sistemul principal care se ocupă cu evitarea unui po sibil accident este AE BS, care în
esență, are rolul de a frâna î n mod sigur pentru a evita obstacolul din calea vehic ulului. Astfel
sistemul lucrează î n mai multe etape care se succed într -o ordine clară , toate având ca scop
final evitarea producerii accidentului.
Din punct de vedere al principiului de funcționare sistemul AEBS este format din trei
strategii de evitare a coliziunii pe care calculatorul de bord le alege în funcție de datele pe care
le primește de la senzorii sistemului. Cele trei strategii de ev itare sunt evidenț iate mai jos î n
ordinea cronologică a apariției lor:
 Prevenirea coliziu nilor – senzorii detectează o posibilă coliziune și anunță șoferul cu
privire la aceasta. Acest principiu este cel mai puțin riscant deoarece, falsa detecție a
unui pericol are impact numai asupra reacției șoferului care poate interpreta datele. In
Uniunea Europeană sistemul a fost pus în funcțiune pe anumite mașini încă din anul
1999.
 Diminuarea coliziunilor – senzorii detectează posibilele coliziuni dar nu iau nici o
decizie imediată pentru evita rea impactul ui. In mome ntul în care senzorii detectează
că impactul este iminent, frânarea sau schi mbarea direcției sunt aplicate în mod
automat (independent de ș ofer) pentru a reduce viteza impactului. Acest pr incipiu are
un potențial mai scă zut decat primul exemplu, dar și riscuri mai mici deoarece preia
controlul v ehicului doar î n ultimul moment.
 Evitarea coliziunii – senzorii detectează o posibilă coliziune și preiau iniția tivă pentru
a evita accidentul în totalitate chiar dacă șoferul nu ma i deține controlul
autovehiculului. În viitor aceast principiu are cel mai mare potențial de implementare ,
dar cu anumite riscuri ce fac referire la falsa activare a sistemului ce poate determina
riscuri clare pentru alți utilizatori ai traficului. [3]

Tehnologia de frânare automată combină senzori de diferite tipuri, pentru a putea
crește gradul de eficienț ă al detectării unui obstacol, într -un caz î n care accidentul este
inevitabil.
Datele de intrare, care provin de la diferiți senzori, sunt utilizate să determine dacă există
orice obiect, ce ar putea periclita sigu ranța autovehiculului, prezent în calea acestuia. Dacă
este detectat un obiect care î ndeplinește condiția de mai sus, sistemul poate determina dacă
viteza de deplasare a autovehiculului este mai mare decât viteza obiectului din fața acestu ia. O
diferența significativă, î ntre cele două viteze, poate indica o posibilă coliziune, caz în care
sistemul este capabil sa activeze î n mod automat frânele.
Fiecare producător de autoturisme, și -a dezvoltat propriul sistem de frânare automată,
dar care se bazează pe același principiu de funcționare și care în esență realizează aceeași
funcție : frânarea autovehiculului în condiții de siguranță pentru evitarea unui obstacol – cel
puțin deocamdată sistemele de frânare automată și cele de evitare a coliziunilor nu au fost
standardizate. Sistemul AEBS este format, în principal, din trei mari componente:

10

Figura 11. Alcătuire sistem AEBS

Camera video oferă o performanță mai bună în ceea ce privește detecția și precizia
țintei pe partea laterală față de radar. Aceasta este calibrată să gestioneze în medie în jur de 12
ținte diferite în același timp. Procesarea de imagi ni nu este folosită doar pentru detecția
țintelor, ci și pentru analiza informațiilor despre mediu, pentru a preveni detecțiile false.

Figura 12. Acoperirea zonelor de detecț ie – comparație î ntre tehnologii

Radarul cu microunde este mult mai precis pentru detecți a țintelor in planul
longitudinal (maxim 200 de metri) decât camera. Partea hardware a acestuia conține si
Unitatea de Control Logic care are rolul de a compara datele primite de la blocul de detecție al
radarului si de la blocul de detecție al camerei video. În funcție de datele primite, acestea sunt Camera
RadarAEBS
Unitate
de
control

11
comparate , iar apoi se trimite o decizie afirmativă/negativă catre bordul mașinii si catre
sistemul de frânare al acesteia.

Figura 13. Blocurile componente ale sistemului AEBS

Camera video transmite prin intermediul magistralei CAN („Controller Area
Newtwork”), către blocul radarului o serie de informații cu p rivire la eventualele ținte.
Deoarece radarul și unitatea centrală de control se află în același bloc component, informațiile
provenite din partea radarului sunt preluate direct. În acest punct unitatea centrală de control
analizează datele primite de la cameră și de la radar, iar pe baza acestora decide într -un timp
extrem de scurt, următorul pas.
Dacă , în urma analizei, rezultatul este favorabil, unitatea de co ntrol trimite prin
magistrala CAN o serie de semnale ce au rolul de informa calculatorul sistemului de frânare și
calcu latorul de bord, cu privire la starea de atenționare. Mai departe calculatorul de bord are
rolul de a atenționa șoferul, pentru e perioad ă scurtă de timp, cu privire la o viitoare posibilă
coliziune.
În același timp, calculat orul sistemului de frânare pregă tește sistemul pentru o posibilă
frânare, prin încărcarea parțială a sistemului de frânare. Dacă în urma atenționării șoferului,
acesta nu reacționează, sistemul de evitare a coliziunii intervine, prin acționarea sistemului de
frânare în funcție de analiza realizată de unitatea de control de la început.
2.4.2 Tipuri de senzori utilizați în sistemul de evitare a coliziunii
1. Senzorul Radar
Radarul (Radio Detecting and Ranging, detecție și urmărire prin radio) este un
procedeu de explorare a spațiului cu ajutorul undelor electromagnetice de înaltă frecvență
(microunde) . Cand întalnesc obstacole ( în special cele care reflectă foarte bine undele

12
elect romagnetice), undele se reflectă mai mult sau mai puțin intens. Unda reflectată este din
nou recepționată. Prin intensitatea și direcția sa, unda reflectată dă informații asupra
obiectului care a produs reflexia, de exemplu informații asupra mărimii, dista nței, înălțimii și
poziției obiectului. Astfel, radarul reprezintă nu numai o metodă de determinare a existenței
obiectului (țintei), ci și o metodă de măsurare a parametrilor ei. [4]
Puterea undei reflectate la recepție este dată de următoarea formulă:

𝑃𝑟= 𝑃𝑡𝐺𝑡𝐴𝑟𝜎𝐹4
(4𝜋)2𝑅𝑡2𝑅𝑟2 (1)
unde avem:
 𝑃𝑡 = puterea transmisă ;
 𝐺𝑡 = câștigul obținut ;
 𝐴𝑟= aria antenei de recepție;
 𝜎 = coeficient de detecție;
 F = factorul de propagare;
 𝑅𝑡 = distanța de la emitor până la țintă;
 𝑅𝑟 = distanța de la țintă până la receptor;

În cazul în care emitorul și receptorul sunt în același loc, 𝑅𝑡= 𝑅𝑟 și termenii 𝑅𝑡2,𝑅𝑟2
pot fi înlocui ți cu R4 rezultă următoarea formulă:

𝑃𝑟= 𝑃𝑡𝐺𝑡𝐴𝑟𝜎𝐹4
(4𝜋)2𝑅4 (2)

Radarele Doppler se bazează pe principiul efectului Doppler ce constă în modificarea
frecvenței unei unde, emise de o sursă în condiții de deplasare față de receptor. Modificarea
frecvenței dintre sursă și receptor este cauzată de deplasarea relativă a uneia față de cealaltă.

𝑓𝐷= 1
2𝜋∙𝑑(𝜑)
𝑑𝑡= 1
2𝜋 ∙ −4𝜋∙𝑣𝑟
𝜆 (3)

În urma calculului din formula de mai sus, rezultă:

|𝑓𝐷|= 2∙𝑣𝑟
𝜆=2∙𝑣𝑟∙𝑓𝑡𝑥
𝑐0 (4)
unde avem:
 𝑓𝑡𝑥 = frecven ța de emisie ;
 𝑐0= viteza luminii ;
 𝐴𝑟= aria antenei de recepție;
 𝑣𝑟 = viteza radială a țintei;

13

Deoarece radarul funcționează cu lungimi de undă de ordinul milimetrilor, radarele ce
se găsesc in componența mașinilor, sunt foarte precise când vine vorba de detecția u nui obiect
de câțiva centimetri sau mai mult. Totodată radarele au proprietatea de a “ignora” obiectele
care sunt relativ mici în comparație cu lungimea de undă (picăturile de apă din ceață).
Există două tipuri de radare din punct de vedere al imaginii pe care îl oferă:
 Radarul formator de imagine, asigură reprezentarea unei imagini a obiectului sau
zonei observate. Acest tip de radare sunt utilizate pentru cartografierea Pământului și a
altor planete, a asteroizilor și a alto r obiecte cosmice, precum și pentru clasificarea
țintelor în cazul sistemelor militare.
 Radarul ne -formator de imagine, care măsoară proprietățile de reflexie ale obiectului
sau zonei observate. Exemple tipice de radare ne -formatoare de imagine (Non –
Imagin g Radar) sunt vitezometrele radar (radarele poliției) și radioaltimetrele
avioanelor.

Figura 14. Capacitatea de separare a țintelor în funcție de numărul de fluxuri emise

O altă clasificare a radarele se poate face in funcție de tipul acestora de emisie:
 Radare î n impulsuri, care emit o serie de impulsuri de frecvență foarte înaltă și de
mare putere. După fiecare impuls de sondaj urmează o pauză mai lungă, destinată
recepționării semnalelor ecou, apoi un alt impuls de sondaj ș.a.m.d. Direcția, distanța
și dacă est e necesar înălțimea sau altitudinea țintelor pot fi determinate prin măsurarea
poziției antenei și a timpului de propagare al impulsurilor.
 Radare cu emisie continua, au rolul de a emite un semnal de frecvență foarte înaltă în
mod continuu. Semnalul ecou e ste recepționat și prelucrat, iar receptorul (care are
propria antenă de recepție) este dispus în același loc cu emițătorul.
 Radare cu emisie continuă fără modulație, au rolul de a genera un semnal de emisie
care este constant în amplitudine și în frecvenț ă. Acest tip de radare sunt specializate
în determinarea vitezei. Distanța nu poate fi măsurată. De exemplu, sunt utilizate de
poliție pentru măsurarea vitezei autovehiculelor ( vitezometre radar). Echipamentele

14
mai moderne ( LIDAR ) lucrează în gama de frecv ențe laser și pot face în afara vitezei
și alte măsurători.
 Radare cu emisie continuă cu modulație, generează un semnal de emisie care este
constant în amplitudine , dar modulat în frecvență . Această modulație face din nou
posibil principiul măsurării timpu lui de propagare . Un alt avantaj al acestor radare este
că recepția semnalelor se face fără întreruperi și astfel rezultatele măsurătorilor sunt
disponibile în mod continuu.
 Radare bistatice, care au sistemul de emisie într -un loc diferit față de cel de
recepție. [4]

Avan tajele utilizării senzorilor RADAR:
 Senzorii radar au o tehnologie matură;
 Pot determina viteza direct , fără sisteme suplimentare ;
 Un singur senzor poate acoperi multiple zone dacă este poziționat corect și dacă se
folosesc tehnicile de procesare potrivite.
Dezavan tajele utilizării senzorilor RADAR :
 Detecție vehiculelor nedorite, ce se găsesc în aria de emisie a radarului, dar nu in
direcția autovehi culului;
 Falsa detecție datorită multiplelor ținte;
 Limitare pe distanțe scurte (tipic 600m – 1 km, datorită limitărilor legale privind
puterile de emisie acceptabile la sol);

2. Camere video cu procesare de imagine
Un senzor de imagine este o cameră video c onvențională, care poate detecta viteza
unui obiect reprezentând una dintre cele mai apreciate metode de detecție a vitezei. Baza
acestei metode o reprezintă un algoritm care calculează viteza vehiculului intre două imagini
consecutive.
Algoritmul are rol ul de a transforma cele două imagini plane în imagini 3D. Mai
departe algoritmul calculează diferențele celor două imagini, rezultând astfel eliminarea
decorului și montarea ambelor vehicule într -o singură imagine. În cele din urmă se calculează
distanța d intre cele două poziții ale vehiculului, rezultând astfel viteza acestuia. [5]

15

Figura 15. Cameră video cu algoritmi de procesare a imaginii

Avan tajele utilizării procesării de imagini video:
 Cost relativ mic de implementare a platformei ;

Dezavan tajele utilizării procesării de imagini video:
 Sunt necesari mai mulți senzori de acest tip pentru a se detecta vehicule mici;
 Nu au performanțe foarte bune în comparație cu alte tehnologii, datorită imaginii
monoscopice (imposibilitatea urmăririi spațiale):
 Cost mare în ceea ce privește dezvoltarea software;

3. Senzorul LIDAR
LIDAR ce reprezint ă acronimul pentru “Light Detection and Raging” este o
tehnologie d e supraveghere ce măsoară distanța dintre țintă și dispozitiv cu ajutorul unei raze
laser. Cu ajutorul ei, ca și in cazul sonarului și al radarului, se pot face “hărți“ de mare
rezoluție cu o aplicare din ce în ce mai des î ntalnită î n domeniul autovehicule lor. Tehnologia
LIDAR a apărut încă din anul 1960, la scurt timp după inventarea laserului, când a avut prima
întrebuințare în domeniul meteorologiei. Publicul general a devenit conștient de acurateț ea și
utilitatea aceastei tehnologii abia î n anul 1971, î n timpul misiunii Apollo 15, când astronauții
au folosit tehnologia LIDAR pentru a cartografia suprafața lunii.

16

Figura 16. Principiul de funcționare al senzorului LIDAR

Cum am descris și mai sus, LIDAR -ul emite pulsuri de lumină (raze laser) ș i
calculează timpul necesar întoarcerii acestora. Acest tip de ecolocație este folosit împreună cu
coordonatele GPS și cu un sistem de măsurare inerțial (IMU -“inertial measurements unit“),
care măsoară înclinația si unghiul, permițând astfel să se compileze o imagine a zonei
înconjurătoare. După cum se poate vedea și mai jos, în urma terminării procesului de
compilare, tehnologia LIDAR produce o imagine clară ș i cuprinzătoare. [6]

Figura 17. Senzorul LIDAR în domeniul autovehiculelor

În dominiul autovehiculelor, această tehnologie nu este nouă, fiind folosită din multe
motive și poate fi găsită pe foarte multe autovehicule din ziua de astăzi. În anul 1992, firma

17
japoneză Mitsubishi, a folos it pentru prima oară tehnologia LIDAR pentru detecția distanței
față de un vehicul/obstacol din față. [6]
Tehnologia LIDAR tinde să fie, din perspectiva Google sa u Uber, unul dintre pilonii
de bază ai tehnologiei autovehiculelor autonome. Motivul pentru care tot mai multe companii
care se bazează pe această tehnologie es te simplu: cu toate că radarul ș i sonarul sunt
dispozit ive foarte bune pentru a crea hă rți ale z onei înconjurătoare, amâ ndouă au limitările
lor. Radarul utilizează unde radio, dar are limitări pe distanțe scurte. Sonarul, utilizează unde
sonore și este limitat pe distanțe lungi. În schimb, tehnologia LIDAR se descurcă foarte bine
atât pe distanțe lungi , cât și pe distanțe scurte, fiind ideală pentru industria autovehiculelor
autonome, care au nevoie de o hartă a obstacolelor si obiectelor de pe drum, atât la apropiere
cât și la departare.

Avan tajele utilizării senzorului LIDAR:
 Acuratețe si viteză de procesare foarte bune;
 Dependență umană mică;
 Utilizabil pe distanțe atât lungi , cât și scurte;
 Viteză de reacție foarte mare;

Dezavan tajele utilizării senzorului LIDAR:
 Sensibil la unele condiți i meteorologice (ploaie, ninsoare și ceață );
 Cost foarte mare de achiziționare;

4. Senzor ul Ultrasonic
Rolul senzorului este de a transforma o mărime fizică de intrare (energie), provenită
din mediu, într -o mărime electrică de ieșire, mărime ce poate fi măsurată , prelucrată si afisată .
Senzorii ultrasonici sunt dispozitive electronice care emit pul sații acustice scurte, de
înaltă frecvență (între 20Hz și 20KHz), la intervale de timp regulate. Acestea se propagă prin
aer cu viteza sunetului. Dacă lovesc un obiect, acestea sunt reflectate înapoi ca semnale eco u
la senzor, care calculează distanța până la obiect pe baza intervalului de timp dintr e emiterea
semnalului și recepționa rea ecoului. [7]

Figura 18. Principiul de funcțion are al senzorului ultrasonic

18
Deoarece distanța până la obiect este determinată prin măsurarea timpului de deplasare
a undelor și nu prin intensitatea sunetului, senzorii ultrasonici sunt excelenți pentru eliminarea
interferențelor de fundal.
Pentru producerea undelor ultrasonice, este utilizat un dispozitiv numit traductor. Cu
cât frecvența de emitere crește, cu atât undele transmise sunt pentru distanțe scurte. Dacă
frecvența de emitere scade, undele transmise sunt pentru distanțe lungi. [8]
Un senzor ultrasonic este compus din două parți:
 Emitorul – are rolul de a transmite undele ultrasonice la o distanță predestinată, în
funcție de raza pe care o are fiecare model de senzor in parte.
 Receptorul – dacă unda ultrasonică de tectează un obstacol, acesta va produce o undă
ultrasonică reflectată. Receptorul are rolul de a capta această unda reflectată și de a o
transforma într -un semnal cu ajutorul traductoru lui.

Figura 19. Funcționarea senzorului ultrasonic în impulsuri

Un traductor este un dispozitiv elementar, capabil într -un anumit domeniu de
măsurare, să convertească o mărime fizică de intrare într -o mărime electrică de ieșire.
Traductorul în sine nu conține ele mente de procesare, scopul lui este doar realizarea
conversiei.
Există mai mulți factori care pot afecta senzorii ultrasonici precum:
 Configurarea – senzorii ultrasonici pot conține unul sau mai multe traductoare, în
funcție de aplicație. Spațierea dintr e aceaste traductoare este importantă, deoarece
dacă acestea sunt prea apropiate, se pot produce anumite interferențe nedorite între
undele ultrasonice emise;
 Unghiul – unghiul la care este amplasat senzorul, cât si unghiul la care este obiectul
detectat, trebuie să fie cât mai apropiate ca valori, pentru cea mai bună acuratețe;
 Materialul suprafeței de reflexie – senzorii ultrasonici lucrează cel mai bine cu obiecte
drept țintă, realizate din materiale precum metalul, plasticul și sticla. Cu toate acestea,
în cazul situațiilor în care obiectul este confecționat din materiale ce absorb undele
ultrasonice, precum fibra, senzorul trebuie mutat mai aproape de obiect.

19
Avan tajele utilizării senzorului ultrasonic:
 Nu este afectat de culori sau de transparența ob iectelor;
 Se poate utiliza in medii întunecate;
 Preț mic de achiziție;
 Precizie foarte bună (există modele unde precizia este de sub 0.18mm);
 Nu este afectat de praf, umezeală etc.;

Dezavantajele utilizării senzorului ultrasonic:
 Nu este destinat utilizării în apă și poate genera erori în cazul utilizării pe ploaie sau
cand receptorii sunt udați;
 Limitat în funcție de model, de distanța măsurabilă;
 Ineficient în detecția obiectelor fabricate din materiale ce absorb undele ultrasonice (în
general ma terialele „moi”) ;

2.4.3 Analiza comparativă a sistemelor AEBS de la diferiți furnizori contractați
Având o importanță clară in domeniul siguranței automobilelor, zece companii
fabricante de vehicule auto au luat decizia de a implementa sistemul AEBS (fiecare cu
denumirea proprie a producătorului) ca și opțiune standard. Printre acestea se numără: BMW,
Audi, Ford, Mazda, Toyota, Volkswagen, Volvo , Tesla ș i Mercedes -Benz.
O analiză comparativă a fiecărui sistem in parte, în funcție de producător, cu aspectele
pozitive , dar și cu cele negative, este prezentată mai jos pe baza testelor realizate de cel mai
mare club al pasionaților de autovehicule din Germania. [10]

Figura 20. Analiza comparativă a zece sisteme AEBS

20

Figura 21. Analiza comparativă – acordarea de calificative

Volvo : companie multinațională suedeză, se remarcă ca fiind una dintre
producătoarele de vehicule ruti ere cu cele mai bune rezultate î n cadrul testelor de siguranță.
În anul 2007, Volvo a introdus pe piață propriul sistem AEBS sub numele de
"Collision Warning with Auto Brake", pe noul model S80. Sistemul se baza pe fuziunea
dintre un radar și o cameră, care furniza alerte de t ip vizual cu ajutorul unui “head -up
display” . Dacă șoferul nu reacționa, sistemul pre -încarca instalația de frânare , iar apoi creștea
sensibilitatea frânelor pentru a maximiza reacția de frânare a șoferului. In versiunile
ulterioare, sistemul aplică in mod automat frânarea de urgență pentru a minimiza impactul. In
anul 2012, Volvo introduce pentru prima oară airbag -ul pentru pietoni , iar in anul 2013
introduce detecția bicicliștilor.
Tot in anul 2013, Volvo schimbă strategia detecției pericolelor, prin util izarea
tehnologiei LIDAR care are rolul de a scana drumul din fața vehicului pentru a detecta
posibilele pericole. [9]

Figura 22. Amplasarea senzorului tip radar în grila a utovehiculului (Volvo)

Mercedes -Benz : deține locul numarul doi din cadrul testului de eficacitate a
sistemului de frânare automată î n caz de urgență.

21
Compania germană s -a remarcat încă de la început î n domeniul siguranței, aceast a
fiind prima care a prezentat î n anul 2003 la salonul auto de la Paris, sistemul "Pre-Safe". Cu
trecerea timpului, sistemul a evoluat bazându -se în zilele noastre pe utilizarea unei combinații
între radar ș i cameră.
Audi: în anul 2010 aceștia își fac debutul cu sistemul "Pre Sense" ce uti lizează două
radare și o cameră. Sistemul lucrează î n patru faze: prima fază produce semnalele de alertă cu
privire la un obstacol iminent, închizând geamurile ș i pre-tensionând cen turile de siguranță. A
doua fază este formată din luminile de frânare pentru a capta ate nția șoferului. Cea de -a treia
și cea de -a patra fază de frânare, cuprind forța de frânare exercitată la o rată de 3m/s2 și
respectiv 5m/s2.
Volkswagen : tehnologia folosită de aceștia pentru a evita accidentele "Front Assist" ,
este pentru prima oară implementată în anul 2010, pe modelul Touareg care este capabil să
frâneze mașina în cazul unei urgențe și să pre -tensioneze centurile de siguranță ca și masură
de precauție. În anul 2014, prin modelul Passat, este introdusă funcția de recunoaștere a
pietonilor ca fiind parte a sistemului "Front Assist". Aceasta folosește o combinație de date
furnizate de un radar și o cameră.

Figura 23. Amplasarea senzorului tip radar în grila autovehiculului (VW)

BMW : compania bavareză se remarcă prin introd ucerea a două sisteme î n anul 2012.
Primul sistem "Active Protection" care are rolul de a pregăti auto vehiculul de accident și al
doilea sistem "Driving Assistant Plu s" care are rolul de a detecta ș i frâna autovehicolul ui în
cazul detecției unui pericol im inent. Detecția se bazează pe utilizarea datelor primite de la
fuziunea dintre un radar ș i o cameră. Sistemul a suferit de -a lungul timpului modificări
substanțiale cu privire la falsa detecție provocată de ceață, ploaie, etc .

Infiniti : reprezintă divizia de lux a constructorului japonez Nissan. Tehnologia
acestora de AEBS se numește "Intelligent Brake Assist" ș i se bazează pe utilizarea tehnologiei
senzorilor radar de tip laser (LIDAR). În primă fază, sistemul alertează ș oferul prin semn ale

22
de tip auditiv/vizual î n cazul apariției unui obstacol. Tot acesta ridic ă pedala de accelerație , iar
dacă șoferul eliberează pedala, sistemul aplică o frânare parțială. I n caz contrar, î n care șoferul
nu reacționează, sistemul preia controlul și aplică o forță d e frânare maximă. [9]

Tesla: este o companie multinațională înființată î n anul 2003, dar care a intrat pe piața
automobilelor în anul 2008, fiind prima companie m ondială care dezvoltă exclusiv doar
autovehicule electrice. Tehnologia AEBS a acestora se deosebește prin utilizarea unei
tehnologii ce cuprinde 4 tipuri diferite de camere video, amplasate în locuri diferite, ce
funcționează împreuna cu un radar. Cu ajuto rul acestei configurații, autovehiculele de
generație nouă marca Tesla, pot avertiza șoferul cu privire la o posibilă coliziune din partea
laterală. [11]

Figura 24. Distribuirea camerelor video și a radarului

2.4.4 Tehnologii de infrastructură
Tehnologiile de infrastructură (Vehicle -to-Infrastructure) reprezintă c omunicația și
schimbul de date între vehicule ș i infrastructura drumului prin intermediul unui mediu
wireless. În mod normal această legătură se realizează în mod bidirecțional: pachetele de date
de la componentele de infrastructură (indicatoare rutiere, semafoare, accidente, etc.) pot fi
livrate că tre vehicule și invers.

23
În ziua de astăzi drumurile publice încep s ă devină din ce în ce mai inteligente.
Mașinile viitorului, cele care se conduc singu re, devin realitate. Dar această provocare nu
poate deveni realitate fără drumuri adecvate ca re să poată permite comunicarea cu mașina.
Pentru a putea susține acest lucru, drumurile din ziua de astăzi trebuie remodelate dupa o
arhitectură simplă, ce î n final va permite comunicarea cu vehicule le:
 Echipamentul de la bordul vehiculelor;
 Echipamentul de pe marginea drumului;
 Un canal de comunicații sigur;

Figura 25. Principiul de funcț ionare al tehnologiei V2I

O arie pe care această tehnolog ie o poate imbunătății, este cea a siguranț ei
participanților la trafic. Să luăm un caz concret: î n zilele noastre evitarea unui accident se face
pe baza sistemului AEBS (cel pe care l -am descris an terior) , dar care a re limitările lui
constructive ș i falsa detecție a unui obstacol. Sistemul A EBS este aproape ineficient dacă
vorbim despre coliziunile din pă rțile laterale ale autovehiculului, unde acesta nu mai are nicio
detecție din partea radarului ș i nici a camerei.
Cu ajutorul tehnologiei V2I ("Vehicle -to-Infrastructure") putem ajunge la ap ogeul
inteligenței artificiale î n domeniul " Automotive". Astfel prin intermediul tehnologiei V2I se
poate evita producerea unui accident chiar ș i când nu există vizibilitate. Un alt beneficiu î l
poate reprezenta cunoașterea î n permanență a rutei optime către destin ație, fără aglomerație ,
doarece sistemul cunoaște p unctele de aglomerație rutieră ș i astfel propune ruta cea mai
optimă împreuna cu limitele de viteza ș i indicatoarele aferente rutei alese.

24

Figura 26. Exemplu de utilizare al tehnologiei V2I

În ultimul deceniu s -au realizat progrese considerabile orientate către conceptul de
„drum inteligent” . Ideea permiterii vehiculelor de a comunica cu drumul devine o reală
posibilitate prin utilizarea unor puncte de acces wireless sau prin intermediul unor simple
stații de transmisie. Aceste tipuri de echipamente trebuie amplasate în locuri strategice
precum: bifurcații ale drumului, semafoare, indicatoare rutiere etc.
Comunicația dintre vehicule și echipamentul de emisie se realizează cu ajutorul
următoarelor protocoale de comunicație:
 DSRC („Dedicated Short Range Communications”)
 WAVE („Wireless Access Vehicular Environmen t”)
 CALM („Continuous Air Interface Long and Medium range communications”)

DSRC
 Protocol de comunicație de distanță relativ mică (până la 1000m în linie dreaptă) care
se bazează pe un control al comenzilor -răspunsurilor comunicațiilor dintre
infrastructur a drumului și vehicul.
 În unele țări acest protocol a primit, o bandă dedicată ITS („Intelligent Transport
System”) . [12]

25

Figura 27. Alocarea DSRC a spectrelor

WAVE
 Acest protocol de comunicație poate fi considerat urmașul protocolului DSRC
deoarece, prezintă aceleași caracteristici , dar cu viteze mai mari de transfer al datelor
și conexiune punct -la-punct.
 Este o adaptare a protocolului 802.11A .
 În anul 2008 s -a demonstrat faptul c ă WAVE depășește WI -FI în domeniul
vehiculelor . [12]

Figura 28. Principiul de funcționare al tehnologiei WAVE – prototip

26

CALM
 Cadru ce definește o arhitectură comună, protocoale de rețea și interfețe pentru toate
tipurile de comunicații wireless.
 Este dezvoltată de ISO („International Standards Organization”)
 Este compus din 8 sub -grupuri de lucru:

Tabel 1. Sub-grupurile protocolului CALM
1.Arhitectură 2.Media 3.Rețelistică 4. Probe de date
5.Aplicații de
management 6.Comunicații de
urgență 7. Rețea Non -IP 8.Securitate

Figura 29. Schema de arhitectură CALM

Cu toate că această tehnologie la prima vedere aduce numai beneficii, implementarea
acesteea cât și î ntreține rea sunt foarte costistitoare. Î n primul rând, implementarea sistemului
în fiecare maș ina, în fiecare intersecție și pe marginea fiecărui drum produc e un cost
substanțial de mare. În al doi lea rând , o altă problemă o reprezintă î ntreținerea echipamentelor
atât din punct de vedere hardware , cât ș i din punct de vedere software. Este bine știut faptul că
sistemul de trafic este foarte dinamic, zilnic unele drumuri sunt reparate, zilnic unele drumuri
sunt închise , iar acest lucru ar putea dăuna î ntregului sistem. O altă problemă o ridică
securitatea: fie ea fizică (lovituri ale unităților de pe marginea drumul ui) ori software (viruși,
șocuri electrice/magnetice).

27
În cele din urmă multe dintre aceste idei rămân la stadiul de proiect sau sunt
implementate la scară mică. Acest pas reprezintă cheia automa tizării î n dom eniul controlului
traficului rutier, un pas ce î ncă este departe de a se realiza.
2.5 Concluzii
Conform unui raport al IIHS („Insurance Institute for Highway Safety”) intitulat
„Effectiveness of Forward Collision Warning Systems with and without Autonomous
Emergency Braking in Reducing Police” din anul 2016, sistemul de evitare a coliziunii reduce
sanșele producerii unui accident cu pâ nă la 39%. Raportul vizat se baz ează pe mărturiile
șoferilor care au luat parte la accidentele în cauză. O altă an aliză preluată din raportul IIHS
evidențiează faptul că în anul 2013 în SUA s -au raportat aproximativ 700000 de accidente
frontale, iar aproximativ 300000 dintre acestea puteau fi prevenite dacă vehiculele implicate
erau echipate cu sistemul de evitare a c oliziunii. [22]
Baza analizei este reprezentată de o comparație între vehiculele echipate cu sisteme de
evitare a coliziunii și vehicule care nu sunt echipate cu aceste tipuri de sisteme.

Figura 30. Comparație între numărul de accidente provocat de vehicule le echipate cu sisteme de evitare și
de cele fără sistem de evitare

Cu toate că mulți oameni se consideră șoferi cu aptitudini excelente, care nu au nevoie
de un astfel de sistem, sistemul automat de evitare al coliziunii nu a fost și nu este destinat
exclusiv șoferilor care au nevoie de el. Orice șofer a experimentat sau urmează să
experimenteze momente de distragere când schimbă postul radio, este a tent la copii i din spate
care fac gălăgie sau alte surse de influență externă. Acesta es te momentul când sistemul
automat de evitare al coliziunii intră î n acțiune p entru a preveni sau a minimiza un accident
rutier.
Tinând cont de evoluția teh nologiei, mul ți șoferi se lasă î n grija sistemelor de
siguranță, ceea ce duce la producerea unor catastrofe reale. Acest lucru este greșit și este bine

28
de știut faptul că, un sistem inteligent (cel puțin la nivelul actual) nu poate să inlocuiască
intuiția ș i eficacitat ea unui șofer atent.
În cele din urmă , sistemele de siguranță ale unui autovehicul sunt utilizate atunci când
neatenția unui șofer poate produce pagube materiale si omenești, scopul acestora fiind doar de
a repara greșeala omenească ș i nu de a o încuraja.
Capitolul 3. SISTEME DE EVITARE A COLIZIUNII
ÎN TRAFICUL RUTIER – APLICAȚIE PRACTICĂ
3.1 Descrierea propunerii
Acest proiect are ca directivă punerea în temă a contribuțiilor priv ind ideea de evitare a
unui pre impact în cazul unui accident rutier, cu ajutorul unui senzor u ltrasonic care este
folosit pentru detecția obiectului din fața vehiculului care mai apoi, trimite informația către un
microprocesor. Pe baza semnalului recepționat de la senzor, microprocesorul trimite un
semnal către sistemul de frânare al vehiculului pe ntru a acționa frânarea în cel mai scurt timp
posibil.

Figura 31. Schema bloc a principiului de funcționare

Se va proiecta un model demonstrativ, un vehicul comandat prin mediul de comunicare
al tehnologiei Bluetooth, cu capacitatea de a detecta obstacolele din calea acestuia de rulare și
de a frâna in mod automat, înainte de a se lovi de acestea. Se va utiliza un program de tip C++
pentru a corela funcțiile modelului demonstrativ în timp real.
Tehnologiile propuse de utilizare î n procesul de construcție al model ului demonstrativ
si descrierea altor tehnologii viabile sunt prezentate in capitolele ce urmează.
Modelul demonstrativ este format din două parți:
 Partea Hardware:
 Microcontroller ( Placă de dezvoltare tip Arduino Uno );

29
 Senzor ultrasonic;
 Modul comunicații Bluetooth;
 Motoare de curent continuu ;
 Modulul de motoare dual;
 Componenta de aplicație (software) :
 Arduino IDE;
 Aplicație de comunicație Bluetooth;

3.2 Componente H ardware
3.2.1 Placa de dezvoltare
Această secțiune este dedica tă analizei și prezentării plăcii de dezvoltare Arduino
UNO, creierul modelului demonstrativ. Rolul unității de procesare este de a colecta date le de
intrare, de a le analiza ș i nu în ultimul rând , de a comanda c omponentele legate la aceasta, î n
vederea executării anumitor funcții bine stabilite prin codul implementat.
Mulțumită simplității ș i experienței accesibile a utilizatorului, placa de dezvoltare
Arduino UNO este perfectă pentru utilizar ea acesteia în diferite proiecte ș i aplicații. Cheia
principală a alegerii acestei placi o repr ezintă modul de utilizare simplu pe care îl pune la
dispoziție: este compatibilă cu sistemele de operare precum MAC, Windows ș i Linux. Pe
langă acest motiv, î n decizia utilizării acestei placi au mai intervenit:
 Cost de achiziție mic;
 Un mediu de programar e simplu si clar;
 Sursă liberă pentru extensiile software;
 Sursă liberă pentru extensiile hardware ;

Arduino Uno este o placă de dezvoltare bazată pe microcontroler ul ATmega328. În
componența acesteia se găsesc 14 pini de intrare / ieșire de tip digital (dintre care 6 pot fi
utilizați ca ieșiri PWM), 6 intrări analogice, un oscilator de cristal cu cuarț de 16 MHz, o
conexiune USB, o mufă de alimentare, un antet ICSP și un buton de resetare. Alimentarea
plăcii se poate realiza prin utilizarea cablului USB, o baterie sau cu un adaptor AC/DC. [13]

Tabel 2. Specificații tehnice Arduino Uno
Microcontroller ATmega 328
Tensiune de operare 5 V
Tensiune intrare (recomandată) 7-12 V
Tensiune intrare (limite) 6-20 V
Pini digitali 14
Pini analogi de intrare 6
DC current pentru pinii I/O 40 mA
DC current pentru pinii 3,3 V 50 mA

30
Memorie Flash 32 KB
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Ceas 16 MHz

Unitatea centrală de procesare, în cazul nostru placa de dezvoltare Arduino UNO, are
rolul de a comanda alte componente periferice î n funcție de datele primite. Conectarea acestor
componente cât ș i comunicația dintre Arduino Uno și componentele periferice, se face cu
ajutor ul pinilor pe care placa de dezvoltare îi are în componență . Disponibilitatea pinilor și
rolul acestora, este prezentat mai jos:
 GND — ground / polul negativ al circuitului / tensiune de 0 volți.
 5V — 5V, pin care prezintă o tensiune de 5 volți față de GND, indiferent de tensiunea
de alimentare.

N.B. : în funcție de modelul platformei de dezvoltare, tensiunea de lucru poate fi 5V sau 3,3V;
pentru plăcile care funcționează la 3,3V, toate mențiunile ex plicite despre tensiunea de 5V din
acest articol se vor citi 3,3V.

 VCC — tensiunea de intrare. Platforma Arduino se alimentează fie prin conectorul
USB, fie prin mufa de alimentare.
 Digital 0, Digital 1, …, Digital 14 — pini de intrare/ieșire digitală. Se poate decide din
program dacă pinul X va fi folosit pentru intrare sau p entru ieșire. Pinii digitali pot
avea doar două stări: 1 ori 0 (logic), HIGH ori LOW (notația în cod), 5V ori 0V
(tensiunea propriu -zisă).
 Analog 0, Analog 1, …, Analog 6 — pini exclusiv i pentru intrare a analogică. Aceștia
pot citi valori discrete între 0 și 1023, corespunzătoare în mod proporțional tensiunii
de intrare (între 0 și 5V).

31
Figura 32. Prezentarea componentelor plăcii Arduino Uno

Cei 14 pini digitali de intrare/ieșire lucreaz ă la o tensiune de 5 volți si pot fi controlați
cu una dintre următoarele funcțiile: pinMode(), digitalWrite() sau digital Read(). Fiecare pin
poate primi sau trimite o intensitate de maxim 40 mA și au o rezistență internă cuprinsă î ntre
20-50 kOhmi (în mod normal deconectată). În afară de semnalul standard de intrare/ieșire, o
parte dintre pini mai au și alte funcții specializate precum:
 0 (serial) RX – pin serial, utilizat în special pentru recepția (intrare – Rx) datelor
seriale asincrone (asynchronous se rial communication). Protocolul serial asincron este
o metodă foarte răspândită în electronică pentru a trimite și recepționa date între
dispozitive. Acest protocol este implementat în dispozitiv numit UART (Universal
Asynchronous Receiver/Transmitter)
 1 (serial) TX – pin serial, folosit pentru trimiterea d atelor asincrone (ieșire – Tx);
 2 (External Interrupts) – întrerupere externă. Acest pin poate fi configurat pentru a
declanșa o întrerupere la o val oare mică ;
 3 (External Interrupts + PWM) – întrerupere externă. Este identic cu pinul 2 , dar
poate fi folosit și pen tru PWM (pulse with modulation);
 4 (I/O) – pin standard intrare/iesire;
 5 (PWM) – poate furniza control de ieșire pe 8-bit pentru controlul PWM;
 6 (PWM) – identic cu pinul 5;
 7 (I/O) – pin standard intrare/ieșire;
 8 (I/O) – identic cu pinul 7;
 9 (PWM)
 10 (PWM + SPI) – suportă comunicare prin interfața serială (Serial Peripheral
Interface). SPI -ul are patru semnale logice specific, iar acest pin se utilizează pentru
SS – Slave Select (active low; output din master). Pinii SPI pot fi controlați folosind
libraria SPI ;
 11 (PWM + SPI) – suportă SPI, iar acest pin se folosește pentru MOSI/SIMO –
Master Output, Slave Input (output din master) ;
 12 (SPI) – suportă SP I, iar acest pin se folosește pentru MISO/SOMI – Master Input,
Slave Output (output din slave) ;
 13 (LED + SPI) – suportă SPI, acest pin se folosește pentru SCK/SCLK – Ceas serial
(output din master). De asemenea, pe placă este încorporat un LED care este conectat
la acest pin. Când pinul este setat pe valoarea HIGH este pornit, când are valoarea
LOW este oprit.

În continuarea celor 14 pini digitali, mai exista 4 pini cu următoarele funcții:
 GND – împă mântare. Aici se pune negativul;
 AREF – Analog REFfere nce pin – este utilizat pentru tensiunea de referință pentru
intrările analogice. Se poate controla folos ind funcția analogReference();
 SDA – comunicare I2S;
 SCL – comunicare I2S ;

Pe latura opusă se găsește o serie de 6 pini pentru semnalul analogic , num erotați de
la A0 la A5. Fieca re dintre aceștia poate furniza maxim 1024 de posibile valori diferite . În
mod implicit se măsoară de la 0 la 5 volți, deși este posibil să se modifice limita superioară a

32
intervalului lor folosind pinul AREF și funcția analogR eference(). De asemenea, există și aici
anumiți pini care au funcții suplimentare descrise mai jos:
 A0 pin analog standard ;
 A1 pin analog standard ;
 A2 pin analog standard ;
 A3 pin analog standard ;
 A4 (SDA) suportă comunicarea prin două fire (I2C (I -two-C) sau TWI (Two wire
interface)). Acest pin este folosit pentru SDA(Serial Data) l a TWI;
 A5 (SCL) este identic cu pinul numărul 4, doar că acesta este folosit p entru SCL
(Serial Clock) la TWI;

În continuarea pinilor analogici, există o secțiune de pini notată POWER și au
următoarele funcții:
 VIN – intrarea pentru tensiunea din sursă ex ternă (input Voltage);
 GND – negativul pentru tensiune din sursă externă (ground Voltage);
 GND – negativ. Se fol osește pentru piesele și componentele montate pe placa de
dezvoltare Arduino cu rol de masă/î mpământare;
 5V – ieșire pentru piesele și componentele montate la placa de dezvoltare Arduino.
Scoate fix 5V dacă pl aca este alimentată cu tens iunea corectă (între 7 si 12 V);
 3,3V – ieșire pentru piesele și componentele care se a limentează la această tensiune de
3,3V și maxim 50mA;
 RESET – acest pin se poate seta ca LOW pentru a reseta controlerul de la Arduino. În
general este folosit de către shield -urile care au un buton de reset și care anulează de
obicei butonul de reset de pe placa de dezvoltare Arduino;
 5VREF (Input/Output Refference Voltage) – este folosit de anumite shield -uri ca
referință pentru a se comuta automat la tensiunea furnizată de placa Arduino ( 5 volți
sau 3,3 volți);
 Pin neconectat, este rezer vat pentru utilizări ulterioare;

Comunicarea cu calculatorul, cu altă placă arduino sau cu alte microcontrolere se
poate realiza , fie prin portul USB (este văzut ca un port standard serial COMx), fie prin pinii 0
și 1 (RX și TX) care facilitează comunicarea serială UART TTL (5V). Folosind librăria
SoftwareSerial. se pot face comunicații seriale folos ind oricare din pinii digitali.
După cum se vede în Fig. 3 3, placa mai are o serie de pini marcați ICSP (In-Circuit
Serial Programming). Acești pini pot fi folosiți pentru reprogramarea microcontrolerului, sau
ca pini de expansiune cu alte microcontrolere compatibile. Sunt conectați standard și se poate
folosi un cablu de 6 fire (MOSI, MISO, SCK, VCC, GND, ș i pinul RESET). [13]

Schema electrica a plăcii de dezvoltare Arduni Uno:

33

Figura 33. Schema electrică a plăcii de dezvoltare Arduino Uno

Microcontrolerul ATMega328P
Acesta este un microcontroller care încorporează o unitate centrală (CPU) și o
memorie , devenind astfel inima plăcii de dezvoltare Arduino Uno . [14]
O parte dintre motivile folosirii acestui microcontroler sunt datorate:
 Performanțe i înalte ;
 Consum ului mic de energie ;
 Arhitecturii RISC (“Reduced instruction set computer”) avansată ;
 Convertor ului analog -digital (6 canale);

Figura 34. Caracteristicile microcontrolerului ATMega328P

Semnificația pinilor:
VCC – polul pozitiv al sursei (+);
GND – masa ( -);

34
PB 0 -7 – cei 8 pini intrare/ieire ai portului B;
PC 0 -5 – cei 6 pini in trare/ieșire ai portului C;
PD 0 -7 – cei 8 pini intrare/ieșire ai portului D;
ADC 0 -5 – pini de intrare care asigurăconversia analog digitală.

Figura 35. Pinii microcontrolerului ATMega328P

Intrările analogice sunt folosite pentru citirea semnalelor analogice (nondigitale) de la
diferite componente externe (senzori de temperatură, senzori de lumină etc.). Un pin analogic
de intrare poate măsura un curent sau un semnal cu tensiunea cuprinsă între 0 și 5 V. Intrările
și ieșirile digitale permit citirea stării unu i element de intrare/ieșire sau comanda elementelor
care au două stari: închis adică 0 (valori LOW) sau deschis adică 1 (valori HIGH).
Pinii cu funcția PWM (Pulse – width modulation), adică modulația în durată a
impulsurilor, pot fi utilizaț i pentru a înde plinii o varietat e foarte mare de sarcini, de la
iluminarea unor simple leduri până la controlul turației /sensului motoarelor electrice.

3.2.2 Senzorul ultrasonic
Senzorul ultrasonic HC -SR04

Figura 36. Senzorul ultrasonic HC -SR04

35
Caracteristici tehnice:
 Tensiune de alimentare: 5V;
 Curent consumat: 15mA;
 Distanță de funcționare: 2cm – 400cm;
 Unghiu de măsurare: 15o;
 Eroare de doar 3mm;
 Durată semnal input: 10us;
 Frecvență de funcționare: 40Hz; [15]

Schema electrică a senzorului ultrasonic HC -SR04:

Figura 37. Schema electrica a senzorului ultrasonic HC -SR04

Funcționarea senzorului HC -SR04 împreuna cu placa de dezvoltare Arduino
Acesta trimite un puls sonic cu o valoare de 40 KHz în 8 cicluri, de la pinul TRIG și
va recepționa ecoul semnalului după ce semnalul inițial lovește un obstacol și este reflectat.
Acest principiul de funcțio nare este explicat în următoarea figură .

Figura 38. Diagrama de sincron izare a senzorului HC -SR04

36

Măsurarea distanței se bazează pe diferența dintre momentul de timp la care s -a
transmis pulsu l sonic și momentul la care acea sta se detectează înapoi, având ca plecare
formula din fizica:

𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛 ță=𝑉𝑖𝑡𝑒𝑧 ă∙𝑇𝑖𝑚𝑝 (5)

Formula după care senzorul HC -SR04 calculează distanț a:

𝐷=(𝑇𝑡𝑜𝑡×𝑉µ𝑠)2⁄ (6)

unde avem:
 D = distanța până la obiect;
 Ttot = durata totală în microsecunde a semnalului;
 Vμs = viteza sunetului î n cm/μs ;

Acest tip de senzor are prețul de achiziție scăzut, performanțe înalte și poate furniza o
măsurare a distanței precisă și stabilă. Senzorul HC -SR04 este capabil să măsoare o distanță
cuprinsă î ntre 2cm și 400cm cu o precizie de 3mm. În acest modul este inc lus emitorul
ultrasonic, receptorul și circuitul de control.
În același timp este compatibil cu Arduino și prezintă câteva avantaje față de senzorii
de distanță analogici: necesită doar pini I/O digitali și are imunitate mai mare la zgomot. Cei 4
pini sun t utilizați astfel:
 VCC și GND pentru alimentare;
 Un pin digital pentru unda emisă (trigger);
 Un pin digital pentru unda receptionată (echo);

Toate aceste criterii fac acest senzor ultrasonic să fie alegerea ideală pentru detecția
obiectelor și măsurarea distanțelor.

3.2.3 Modulul de comunicație Bluetooth
Tehnologia bluetooth prezintă un sistem de comunicație, fără fir, cu rază mică de
acțiune, care intențione ază să înlocuiască o comunicare bazată pe conectare cablată, cu fir,
prin intermediul căreia se pot transmite voce și date.
Trăsăturile de bază ale sistemelor de comunicație bluetooth sunt: robustețea, co nsumul
scăzut de energie și prețul scăzut . Multe dintre caracteristicile de bază al e specificațiilor
Bluetooth sunt opționale, implementarea reperezentând diferența dintre produse.
În tabelul următor sunt prezentate tipurile de clase ale tehnologiei bluetooth in funcție
de raza acestora de acțiune. [16]

37

Tabel 3. Clasificarea dispozitivelor bluetooth în funcție de raza de acoperire.
Clasa Puterea maximă
permisă (mW) Puterea maximă
permisă (dBm) Raza (aproximativă)
Clasa 1 100 mW 20 dBm ~100 metri
Clasa 2 2.5 mW 4 dBm ~10 metri
Clasa 3 1 mW 0 dBm ~1 metri

Dispozitivele bluetooth comunică între ele atunci când se află în aceeași rază de
acțiune. Acestea folosesc un sistem de comunicații radio astfel încât nu este nevoie să fie
aliniate față în față pentru a transmite, pot fi chiar în camere diferite dacă transmisia este
suficient de puternică.

Figura 39. Exemplu de rețea Bluetooth

Specificațiile Bluetooth permit realizarea de legături radio pe distanțe scurte
(aproximativ 10m) sau pe distanțe medii (aproxim ativ 100m) ce ajută la transmisii vocale sau
de date, cu o capacitate maximă de 720kbps pe fiecare canal.
Gama de frecvențe de operare este constituită dintr -o bandă nelicențiată industrială,
științifică și medicală (ISM), respectiv 2.40 – 2.48Hz, utilizân d transmisia cu spectru
împră știat (Spread Spectrum) cu salturi de frecvență a semnalului duplex de până la 1600
canale / sec.
Puterea de ieșire RF este de 0dBm (1mW) pentru distanțe foarte mici (m ax. 10m) ș i
maxim 20dBm ( 100mW) pentru versiunile mai puternice .

Canalel e digitale de transmisie sunt alocate în funcție de tipul de utilizare, fiind definite astfel:
 transmisie vocala: trei canale sincrone sau un canal asincron, independente, fiecare
având 64kbps;

38
 transmisie de date: un canal asimetric de 723.23kbps sau 433.9kbps în configurație
simetrică ;
Modulația folosită de către tehnologia Bluetooth este de tipul GFSK (Gaussian frequency
shift keying). Aceasta este o modulație cu deplasare de frecvență, iar filtrul trece jos ( FTJ)
folosit pentru limita rea spectrului de frecvență, este un filtru de tip Gaussia n. Parametrul
modulat, în c azul de față frecvența, ia M valori diferite , unde M este numărul de niveluri ale
semnalului de date în banda de bază, M = 2m, iar după limitarea benzii cu FTJ de tip gaussian
frecvența va avea doar valori continue.
Produsul bandă -timp este un parametru care are rolul de a descrie calitatea formelor de
undă transmise, exprimată ca și un produs dintre banda filtr ului de modulație și perioada unui
bit, fiind este egal cu 0,5. Indicele de modulație este între 0,28 și 0,35. Un “1” binar este
reprezentat printr -o deviație (deplasare) pozitivă de frecvență, iar un “0” binar printr -o
deviație negativă. Deviația minimă este 115 KHz, iar eroarea la trecerile prin zero (diferența
între perioada de simbol ideală și momentul măsurat al trecerii pri n zero) va fi mai mică decât
± 118 din perioada de simbol. [16]
Un alt parametru important este pute rea la emisie a dispozitivelor Bluetooth, acesta
fiind un criteriu pentru împărțirea echipamentelor în trei clase evidențiate în tabelul următor:

Tabel 4. Clasificarea claselor de emisie a dispozitivelor Bluetooth.
Clasa Puterea maximă
de emisie Puterea
nominală Puterea minimă acceptată
la o putere maximă setată Mențiuni
1 100 mW (20 dBm) – 1 mW (00 dBm) –
2 2,5 mW (4 dBm) 1mW 0,25 mW ( -6 dBm) –
3 1 mW (00 dBm) – – Condiția pentru un
dispozitiv bluetoooth
radio tipic

Fiind o tehnologie ce se bazează pe utilizarea semnalelor radio, dispozitivele
Bluetooth, au încorporate diferite proceduri de securitate, pentru a combate posibilile tentative
de a capta/distorsiona mesajul. Procedurile de securitate se pot aplica pe date le trasmise și
recepționate, dar se pot aplica și pe dispozitivul în sine, având astfel următoarele metode de
securizare:
 metoda de identificare a terminalului corespondent, ce are rolul de a asigura faptul că
destinatarul este cel corect.
 metoda de criptare a datelor, ce presupune codarea datelor la emisie și decodarea
acestora la recepție.
 metoda de generare a cheilor de sesiune.

Modulul bluetooth HC-06
Acesta este un dispozitiv de tip Slave care are rolul de a converti portul serial catre un
port Bluetooth. În urma conectării acestuia cu un dispozitiv de tip Master (telefon, tabletă etc.)

39
se realizează o conexiune, care prin intermediul aerului, devine mediul schimbului de
informație între cele două dispozitive. [17]

Figura 40. Modulul Bluetooth HC -06
Caracteristici tehnice:
 Protocol Bluetooth: 2.0 + standard EDR;
 Tensiune de alimentare: 3.3V;
 Temperatura de funcționare: de la -20 pana la 55 ℃;
 Frecvență de funcționare: 2.4 GHz;
 Siguranța conexiunii: Autentificare + Criptare;

Descrierea pinilor:
 VCC – tensiunea de alimentare;
 GND – masa;
 TXD – interfața serială de transmitere;
 RXD – interfața serială de recepționare;

Schema electrică a modulului Bluetooth H C-06:

Figura 41. Schema electrică a modulului Bluetooth HC -06

40
3.2.4 Motoare le în curent continuu
Motoarele electrice în curent continuu sunt dispozitive electromecanice ce transformă
energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în
energie electrică, este realizată de un generator electric .
Acestea sunt alcătuite din două componente majore:
 Statorul – este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa,
bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică și înfășurarea statorică.
 Rotorul – este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format
dintr -un ax și o armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică.
Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față
de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului. [19]

Figura 42. Motor de tip curent continuu

Prin conectarea acestui tip de motor electric la o placa de dezvoltare Arduino sau la
orice alt microcontroler, controlarea vitezei se po ate face prin simpla reglare a tensiunii
semnalului de intrare. Cea mai comună modalitate de a regla acestă tensiune este utilizând
semnalul PWM (din limba engleză “ Pulse Width Modulation ”).

Figura 43. Controlarea vitezei unui motor electric cu ajutorul PWM

41
Tehnica PWM este folosită pentru a varia în mod controlat tensiunea dată unui
dispozitiv electronic. Această metodă schimbă foarte rapid tensiunea oferită dispozitivului
respectiv din ON în OFF și invers (treceri rapide din HIGH (5V de exemplu) in LOW (0V).
Perioada de timp corespunzătoare valorii ON dintr -un ciclu ON -OFF se numește factor de
umplere (sau în engleză “duty cycle” ) și reprezintă, în medie, tensiunea pe care o v a primi
dispozitivul electronic . Astfel, se pot controla circuite analogice din domeniul digital. Practic,
asta înseamnă c ă în cazul unui motor acesta se va învârti mai repede sau mai încet, depinzând
și de tipul motorului. [18]

Figura 44. Diferite tehnici PWM
3.2.5 Modulul de comandă de putere (acționarea motoarelor )
Principiul de fun cționare al punții H
Pentru controlul sensului de rotație al motorului electric de curent continuu, este
nevoie de inversarea direcție sensului curentului prin motor. Cea mai comună metodă pentru
acest lucru este utilizarea unei punți H.
Circuitul punții H este alcătuit din patru elemente de tip întrerupător ( four switching
elements ) și tranzistoare cu efect de câmp (tranzistoare MOSFET), în centrul acestora fiind
motorul, formând astfel o figura asemănată literei „H”. Prin activarea a două întrerupătoare
particulare în același timp, se poate schimba direcția curentului prin motor și astfel se schimbă
sensul de rotație al acestuia.

42

Figura 45. Principiul de funcționare al punții H / schema cu tranzistoare

Prin combinarea tehnicii PWM împreună cu puntea H, obținem controlul complet
asupra vitezei și sensului de rotație al motoarelor electrice în curent continuu. Modulul L298N
înglobează cu succes cele două funcții de mai sus. [18]

Modulul de comandă motoare (de putere) de tip L298N
Modulul L298N este u tilizat pentru controlul motoarelor de curent continuu prin
intermediul plăcii de dezvoltare Arduino. Placa de dezvoltare este capabilă să scoată pe
porturile acesteia o putere foarte mică, total insuficientă pentru a învârti un motor. Rezultatul
conectări i unui motor electric direct la un port al plăcii Arduino, va fii cel mai probabil
arderea procesorului din placa Arduino. [20]
Pentru a nu se intâmpla aces t lucru, este nevoie de un amplificator de putere, care să ia
putere din sursa de a limentare (baterie, de exemplu) și să o transmită motoarelor așa cum îi
comandă Arduino. Acest amplificator poartă numele generic de "driver de motoare".
Diferența majoră între mai multe drivere de motoare este nivelul pute rii pe care o pot
conduce (cât de puternice pot fi motoarele pe care le pot controla). Driver -ul din această
secțiune este bazat pe integratul L298, fiind un driver de nivel mediu din punct de vedere al
puterii conduse. Poate controla motoare care necesită între 5 -35V și cel mult 2 Amperi.

43

Figura 46. Modulul de comandă motoare L298N

Caracteristici tehnice:
 Tensiune motoare: 5V – 35V;
 Tensiune circuite logice: 5V;
 Curent maxim motoare: 2A;
 Curent logic: 36mA;
 Frecvență maximă PWM: 40kHz;
 Dimensiuni: 43 x 43 x 27 mm;

Organizarea pinilor modulului L298N:

Figura 47. Pinii modulului de comandă al motoarelor L298N

Schema electrica a modulu lui de comandă a motoarelor L298N:

44

Figura 48. Schema electrică a modulului L298N

3.3 Mediul de dezvoltare a aplicației software
3.3.1 Mediul integrat de dezvoltare (IDE) al plăcii Arduino
Arduino IDE este un program de tip sursă -liberă (din engleză “ open -source ”) care are
rolul de ușura scrierea și implementarea codului de rulare al plăcii Arduino. Cu toate că acesta
este incredibil de minimalist, totuși furnizează un mediu aproape complet pentru mai toate
proiectele pe baza unei plăci de dezvoltare Arduino. Descărcarea programului se face de pe
site-ul oficial https://www.arduino.cc/en/Main/Software? și este disponibil pentru mai multe
variante de sisteme de operare: Windows, Mac OS X și Linux. [21]

45

Figura 49. Programul Arduino IDE

În partea de sus se găsesc cinci opțiuni standard, cu următoarele roluri:
 File – oferă posibilitatea de a crea un fișier nou, de a deschide un fișie r mai vechi, de a
salva un fișie r, de a deschide panoul de preferi nțe al aplicației etc.
 Edit – are rolul de a deschide lista cu posibilele moduri de editare al programului de
scriere: copiere, mărește literele, opțiunea de căutare etc.
 Sketch – are rolul de a compila/verifica sau de a încărca programul;
 Tools – diferite opțiuni de program are;
 Help – oferă diferite informații despre placa de dezvoltare , despre mediul de
dezvoltare etc.

Imediat sub aceste cinci opțiuni, se găsesc șase butoane care au rolul de a oferi o
scurtătură a anumitor funții, pe care le -am prezentat mai sus. De la stâ nga la dreapta:
 Verifică programul pentru erori;
 Încarcă programul în placa de dezvoltare;
 Creează un proiect nou;
 Deschide un proiect;
 Salvează proiectul curent;
 Monitorizare serială – Arduino trimite date către PC;

46
Zona de mijloc a programului reprezintă un simplu editor de text în care se poate scrie
codul de programare. Următoarea zonă (cea pe fundal negru) este dedicată anumitor mesaje
precum: erorile codului, memoria folosită și alte mesaje de tip informativ.

3.3.2 Aplicația de comunicație Blueto oth
Bluetooth este o tehnologie de comunicație, ce permite d ispozitivelor precum
telefoanele , calculatoarele, perifericele să facă schimbul de date pe o distanță scurtă. Scopul
acestei tehnologii este de a înlocui cablurile, ce în mod normal făceau legătura între
dispozitive, iar în acelasi timp sa păstreze comunicațiile securizate.
Această tehnologie folosește banda de frecveță de 2.4 GHz și realizează o rețea privată
(din engleză „PAN – Personal Area Network”) ce are raza de aproximativ 10m. Fiind o
tehnologie mai ușor de implementat ca WI -FI (un alt tip de tehnologie wireless) și cu un
consum de energie mai scăzut, pentru macheta demonstrator am ales să folosesc această
tehnologie, împreună cu un modul Bluetooth și cu o aplicație Bluetooth.
Aplicaț ia Bluetooth are rolul de a prelua și transmite către macheta demonstrator
indicațiile de mișcare ale acesteia, comandate de la distanță cu ajutorul unui Smartphone pe
care rulează un sistem de operare de tip Android.

=: am scris si aici despre Bluetooth si la modulul Bluetooth (las la ambele) ????

Figura 50. Screenshot aplicație Bluetooth
Am ales aplicația MKRbot , deoarece este foarte uș or de folosit și nu necesită decât un
Smartphone cu un sistem de operare de tip Android. Descărcarea aplicație se poate face
gratuit de pe următorul site SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS (nu am site pentru ea).
După descărcarea și instalarea aplicației, meniul acesteia se va deschide cu o interfață
simplă exact ca in Figura 46, care cuprinde cinci butoane cu următoarele funcții:

47

Tabel 5. Descrierea butoanelor aplicației Bluetooth
Acest buton are rolul de a prelua comanda de mers în direcția înainte și de a o
trimite către macheta demonstrator.
Acest buton are rolul de a prelua comanda de virare la dreapta și de a o trimite
către macheta demonstrator.
Acest buton are rolul de a prelua comanda de virare la stânga și de a o trimite
către macheta demonstrator.
Acest buton are rolul de a prelua comanda de a merge înapoi / de a da cu
spatele și de a o trimite către macheta demonst rator.
Prin acest buton se poate accesa meniul ce cuprinde toate dispozitivele
Bluetooth ce se află in zonă. Ba mai mult, acesta arată starea conexiunii cu un
alt dispozitiv: DISCONNECTED sau CONNECTED.

Figura 51. Interfața meniului de selectare a dispozitivelor Bluetooth

48
Capitolul 4. Model pilot – realizare practică
Soluția de proiectare a Sistemului de evitare a coliziunii în traficul rutier este una
simplă și care îndeplinește principiul de funcționare a l unui sistem la scară largă, fiind
compusă din următoarele componente:
 O placă de dezvoltare Arduino UNO ;
 Un senzor ultrasonic ;
 Două motoare de curen t continuu;
 Un modul Bluetooth;
 Un m odul de comandă motoare;
 Un șasiu pentru macheta de demonstrație;
 O bilă universală de mișcare;
 Rezistențe de 1K si 2K;
 Aplicația Arduino IDE;
 Aplicația Bluetooth împreuna cu un Smartphone de tip Android;

Macheta demonstrator este rezultatul interconectării tuturor compone ntelor de mai sus,
care împreună cu o serie de instrucțiuni, pot evidenția procesul de frânare în cazul unei situații
de urgență. Aceasta este comandată de la distanță, cu ajutorul aplicației Bluetooth de control
și cu ajutorul modulului Bluetooth, ce simulează practic experiența șoferul ui. În momentul
detectării unui obstacol de către senzorul ultrasonic, situat la o anumită distanță, cu ajutorul
plăcii de dezvoltare Arduino și cu ajutorul instrucțiunilor cod, macheta demonstrator se
oprește de urgență.
Figura 52 prenzintă cu succes pri ncipiul de funcționare al sistemului de evitare a
coliziunii în traficul rutier sub forma unei scheme bloc.

Figura 52. Schema bloc a sistemul de evitare a coliziunii în traficul rutier

49
Interconec tarea componentelor hardware și configurarea aplicațiilor de tip soft ware
sunt explicate pas cu pas în ordine cronologică:
1. Construirea machetei demonstrator.
 Realizarea șasiului machetei;
 Asamblarea componentelor pe șasiul machetei și interfața de alimentare;
 Conectarea dispozitivelor periferice la placa Arduino;
2. Programarea plăcii de dezvoltare Arduino UNO.
3. Instalarea și utilizarea aplicației Bluetooth.
4. Utilizarea machetei demonstrator și interpretarea datelor.
=: de facut poza finala cu macheta

4.1 Realizarea practică – construirea machetei demonstrator

4.1.1 Realizarea șasiului machetei
Șasiul machetei este constituit, în cazul meu, dintr -o bucată de lemn având
următoarele dimensiuni 20x20x0.4cm. Faptul că este ușor de găurit și că nu cântărește mult,
au reprezentat motivele alegerii acestui tip de material. Pentru a av ea un aspect mai plăcut s -a
ales o culoare neagră aplicată cu ajutorul unui spray cu vopsea.
În figura 53 este prezentată calea de rulare a machetei demonstrator.

Figura 53. Calea de rulare a machetei demonstrator

4.1.2 Asamblarea componentelor pe șasiul machetei și interfața de alimentare
Pentru aceast pas este necesară realizarea unor măsurători pentru a se încadra cât mai
simetric toate componentele pe suprafața șasiului. După pozitionarea ipotetică a acestora pe

50
partea superioră a șasiului, se marchează locul , iar apoi se găurește șasiul pentru realizarea
prinderilor componentelor de acesta.
Pe partea anterioară a șasiului se vor amplasa motoarele în curent continu u după
același model descris mai sus.
Interfața de alimentare este compusă din două baterii de 9V car e au rolul de a alimenta
întreaga machetă. Amplasarea acestora se face în locurile libere de pe șasiu, dar cu mențiunea
ca acestea să fie usor accesibile. Prinderea de șasiu se face cu ajutorul unui lipici, eu am ales
prenadezul.
4.1.3 Conectarea dispozitivelor la placa de dezvoltare Arduino
Interconectarea dispozitive lor se realizează conform figuri i 54 prin intermediul firelor
de legătură și cu ajutorul unui mini -breadbord.

Figura 54. Schema de interconectare a dispozitivelor utilizând o placă de test

Modul comandă mo toare L298n:
+12V → baterie 9V (+)
GND → baterie 9V ( – ) și către pinul GND al Arduino
In1 → arduino digital pi n 6
In2 → arduino digital pin 7
In3 → arduino digital pin 5
In4 → arduino digital pin 4
OUT1 → Fir galben al motorului 1
OUT2 → Fir alb -galben al motorului 1
OUT3 → Fir alb -albastru al motorului 2
OUT4 → Fir albastru al motorului 2

Senzorul Ultrasonic HC -SR04:
VCC → +5V
Trig → pinul analog 1 (A1) al Arduino
Echo → pinul analog 2 (A2) al Arduino

51
GND → GND de pe breadboard

Modulul Bluetooth HC-06:
VCC → +5V
GND → GND de pe breadboard
TXD → pinul digital 0 (RX) al Arduino
RXD → pinul digital 1 (TX) [după ce se trece prin rezistența de 1K și 2K]
4.2 Programul software pentru placa de dezvoltare

Figura 55. Schema de funcționare a sistemului de evitare a co liziunii în traficul rutier

52

În urma conect ării machetei demonstrator cu smartphone -ul de tip Android prin
intermediul aplicației Bluetooth, se realizează transferul de date ce conține posibilele
comenzi. Astfel prin trimiterea unei set de comenzi la mache ta demonstrator, aceasta
realizează comenzile până la detecția unui obstacol cu ajutorul senzorului ultrasonic. În urma
detecției unui obstacol, distanța dintre macheta demonstrator și acesta este calculată . Dacă
rezultatul calculului este mai mic decât 20 cm, în primă fază macheta demonstrator va reduce
turația motoarelor cu 50% realizând astfel o fază de avertizare similară fazei FCW din
sistemul AEBS.
În faza a 2 -a macheta demonstrator calculează în continuare distanța rămasă până la
obstacol, astfel încat la atingerea pragului de 10cm, macheta demonstrator se oprește definitiv.

4.3 Instalarea și utilizarea aplicației Bluetooth
Controlul machetei demonstrator se realizează de la distanță prin intermediul unui
telefon cu un s istem de operare de tip Android, care lucrează împreună cu aplicația bluetooth
MKRbot .
După descărcarea și instalarea acestei aplicații, este necesară urmărirea următorilor paș i,
pentru a se realiza conexiunea cu modulul bluetooth al machetei demonstrator.

N.B. : la momentul realizării acestei lucrări de licență, aplicația MKRbot nu era aprobată de
către platforma GooglePlay, determinând astfel ca unele telefoane să nu permită instalarea
aplicației. Pentru a preveni acest lucru se recomandă realizarea următoarelor setări ale
telefonului : Settings => Security => Enable unknown sources.

Pașii sunt prezentați în ordinea cronologică, exact din momentul completării procesului
de ins talare a aplicației bluetooth MKRbot.

Pasul 1: Activarea tehnologiei Bluetooth a smartphone -ului cu sistem de operare
Android .
Pasul 2: Deschiderea aplicației MKRbot.
Pasul 3: Aplicația se va deschide cu mesajul „Disconnected” iar LED -ul roșu al
modulului Bluetooth de pe macheta demonstrator va clipi.
Pasul 4: Se apasă pe butonul Bluetooth al aplicației.
Pasul 5: Se va deschide un meniu cu toate dispozitivele disponibile conectării bluetooth.
Pasul 6: Se alege num ele ce conține la final HC -06 (acesta fiind numele modulului
bluetooth folosit de către macheta demonstrator).

53

Figura 56. Modulul HC -06 în lista dispozitivelor disponibile a aplicației MKRbot
Pasul 7: Acum aplicația este conectată bluetooth cu modulul machetei demonstr ator,
iar LED -ul roșu trebuie să fie aprins în mod constant.

Din acest moment, se poate realiza orice comandă către macheta demonstrator.

4.4 Utilizarea machetei demonstrator și interpretarea rezultatelor
=: mai multe scenarii precum:
1. Diferite tinte
2. Diferite distante

Capitolul 5. Calculul fiabilistic și economic al
echipamentului
5.1 Calculul fiabilistic al echipamentului de evitare a coliziunii în traficul
rutier
În condiții reale de utilizare, componentele ce fac parte din structura echipamentelor ,
sunt supuse unui ansamblu de solicitări exterioare sau inte rioare . Pentru componentele
electrice și electronice, există trei tipuri principale de solicitări:
 electrice;
 termice;
 mecanice (șocuri, vibrații etc.);

În cazul general, pentru orice componentă se poate calcula experimental următoarea
relație, numită ecu ația fundamentală de deteriorare:

𝑙𝑛𝑟=𝑙𝑛𝑟0−𝑘𝑚𝑡𝑒− 𝑓(𝑤)
(7)
unde avem:
 r = rezistența fiabilistă instantanee a componentei;
 r0 = rezistența sa inițială ;
 km = o constantă ce depinde de concentrația materialelor în ambianță și de naturala lor ;

54
 t = parametru timp;
 e = baza logaritmilor naturali;
 f(w) = o funcție ce depinde de energiile care intră în procesul de reacție dintre
substanțele componentei și ale ambianței ;
Dacă factorii din mediul ambiant în care echipamentul funcționează, nu se modif ică
(ambianță constantă), avem următoarea formulă:

𝑘𝑚𝑒− 𝑓(𝑤)= k =const (8)

ecuația anterioară se poate pune sub forma:

ln r = 𝑙𝑛𝑟0- kt (9)
de unde rezultă:

r = 𝑟0∙𝜀−𝑘𝑡 (10)

De aici putem trage concluzia că rezistența descrește exponențial î n timp. Dacă, în
aceleași condiț ii, solicitarea aplicată (s) este egală cu rezistența componentei, are loc
defectarea. Prin urmare, dacă r = s, atunci t = Td , iar relația de mai sus se poate scrie:
𝑇𝑑=1
𝑘 (𝑙𝑛𝑟0−𝑙𝑛𝑠)
(11)
Se poate observ a faptul că pentru s = 𝑟0 rezultă Td = 0. Altfel spus, dacă unui
element i se aplică o solicitare egală (sau chiar mai mare) față de rezistența sa initială,
defectarea se produce în momentul inițial; durata de viaț ă în a cest caz este nulă. D eoarece k >
0 (chiar și în condiții de depozitare, rezultă Td < ∞ ) pot fi realizate, dacă este necesar,
componente cu durată de viață foarte mare, dar nu infinită.

Determinarea timpului de bună funcționare

Tabel 6. Determinarea timpului de bună funcționare
Denum ire i (10-6 h-1) Număr bucăți (N) N*i (10-6 h-1)
Placă dezvoltare Arduino Uno 0.18 1 0.18
Motor DC 1.5 2 3
Senzor ultrasonic HC -SR04 0.17 1 0.17
Modul Bluetooth HC -06 0.19 1 0.19
Condensator electrolitic 0.03 2 0.06
Suduri fludor 0.1 60 6

i = 10-6 h-1
MTBF = 106𝜆𝑖𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙⁄ = 11,8 ani

55

5.2 Calculul economic al echipamentului de evitare a coliziunii în traficul
rutier
Costul de producție cuprinde costul de achiziție al materiilor prime și materialelor
consumate, celelalte cheltuieli directe de producție, precum și cota cheltuielilor indirecte de
producție determinate rațional ca fiind legate de fabricația produsului fin al.
Valoarea ma teriilor prime și materialelor pe o singur ă unitate ce intră la calculul
costului de producție se obține calculând valoarea totală a materialelor din următorul tabelul:

Tabel 7. Calculul componentelor
Denumire Unit.
masură Cantitate Preț unitar
(LEI) Valoare
(LEI)
Placă de dezvoltare Arduino Uno Buc 1 145 145
Motor DC Buc 2 13 26
Senzor ultrasonic HC -SR04 Buc 1 5 5
Modul Bluetooth HC -06 Buc 1 34 34
Modulul de comandă motoare
L298N Buc 1 10 10
Baterie 9V Buc 1 9 9
Acumulatori 3.7V Buc 3 17 51
Breadboard Buc 1 6 6
Fire tată -tată Set 1 6 6
Fire tată -mamă Set 1 7 7
Bilă universală de mișcare Buc 1 7 7
Suport șasiul lemn Buc 1 3 3
Suport de conectare baterie 9V Buc 1 2 2
Șurub Set 1 2 2
Manopera montaj Ora x om 3 40,00 120
Total 433

56
Capitolul 6. Concluzii
În concluzie sistemul AEBS are rolul de a evita pe cât de mult posibil producerea unui
accident r utier și de a reduce daunele într -un caz nefavorabil, prin frânarea de urgență a
autovehiculului.
Cu ajutorul tehnologiei actuale sistemului de evitare a coliziunii, este capabil de a face o
analiză extrem de rapidă asupra obstacolelor detectate, rezultând astfel într -o putere de
procesare foarte mare, ce are ce scop reducere din ce în ce mai mult a timpului de reacție a
sistemului. Ba mai mult, prin integrarea mai multor camere video, se poate reduce falsa
detecție, principalul dezavantaj al sistemului AEBS.
Studiile efectuate în urma accidentelor produse, estimează faptul că aproximativ 39%
dintre acestea putea fi evitate dacă autov ehiculele în cauză , erau dotate cu sisteme de evitare a
coliziunii. Implementarea acestui sistem în grila de dotări standard a noilor vehicule, ar putea
conduce la rezultate avantajoase în lupta cu accidentele rutiere, reducând astfel o mar e parte
din pagubele materiale, d ar în mod special pagubele de natură umană.
În plus, sistemul AEBS reprezintă unul dintre factorii cheie pe care se bazează tehnologia
viitoarelor autovehicule autonome, contribuind astfel la perfecționarea vehiculelor de acest
tip.

57
Dicționar explicativ de termeni și abrevieri
OMS – Organiz ația Mondiala a Sănătății
UE – Uniunea Europeana
ETSC – European Transport Safety Council
ADAS – Advanced Driver Assistance System
AEBS – Automatic Emerg ency Braking System
FCW – Forward Collision Warning
ACC – Adaptive Cruise Control
CAN – Controller Area Newtwork
Radarul – Radio Detecting and Ranging
LIDAR – Light Detection and Raging
GPS – Global Positioning System
IMU – Inertial Measurements Unit
V2I – Vehicle -to-Infrastructure
DSRC – Dedica ted Short Range Communications
WAVE – Wireles s Access Vehicular Environment
CALM – Continuous Air Interface Long a nd Medium range communications
ITS – Intelligent Transport System
ISO – Intern ational Standards Organization
IIHS – Insuran ce Institute for Highway Safety
FDTI – Future Technology Devices International
ICSP – In Circuit Serial P rogramming
GND – Ground
TTL – Transistor Transistor L ogic
SCL – Serial Clock
TWI – Two wire interface
RISC – Reduced instruction s et computer
PWM – Pulse Width Modul ation
GFSK – Gaussian F requency Shift Keying
FTJ – Filtru Trece J os
PAN – Personal Area Network
USB – Universal Serial Bus
LED – Light Emitting Diode
UART – Universal Asynchronous Receiver/Trans mitter

58
Bibliografie
[1] http://europa.eu/rapid/press -release_MEMO -17-675_en.htm
[2] https://www.politiaromana.ro/files/new s_files/REZUMAT_2018_MPSO_COMBINAT
.pdf
[3] https://circabc.europa.eu/sd/a/3ab87fdc -5715 -4733 -af50-
c3608034ca56/report_aebs_en.pdf
[4] http://www.radartutorial.eu/
[5] https://www.ijarcce.com/upload/2014/june/IJARCCE2E%20a%20siddharth%20Techni
ques%20to%20Estima te.pdf
[6] https://sites.tufts.edu/jquinn/2017/10/03/lidar/
[7] https://www.senzori -ultrasonici.ro/moduri -de-functionare
[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrasonic_transducer
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Collision_a voidance_system#Automobile_manufacturers
[10] https://www.mobileye.com/wp -content/uploads/2013/09/adac_AEbs_report_en.pdf
[11] https://www.tesla.com/autopilot
[12] https://hal.archives -ouvertes.fr/hal -01072046/document
[13] https://store.arduino.cc/usa/arduino -uno-rev3
[14] http://ww1.microchi p.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel -42735 -8-bit-AVR –
Microcontroller -ATmega328 -328P_Datasheet.pdf
[15] https://www.optim usdigital.ro/ro/senzori -senzori -ultrasonici/9 -senzor -ultrasonic –
hc-sr04-.html?search_query=HC -SR04&results=12
[16] https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth
[17] https://www.olimex.com/Products/Components/RF/BLUETOOTH -SERIAL -HC-
06/resources/hc06.pdf
[18] https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/arduino -dc-motor -control –
tutorial -l298n -pwm -h-bridge/
[19] Bose, Bimal K., Power Electronics and Motor Drives : Advances and Trends .
Academic Press , 2006.
[20] https://www.robofun.ro/shield -motoare -l298-v2
[21] https://www.ar duino.cc/en/Guide/Environment
[22] https://orfe.princeton.edu/~alaink/SmartDrivingCars/Papers/IIHS –
CicchinoEffectivenessOfCWS -Jan2016.pdf

59
Anexa 2
Anexele vor conține elemente precum:
 porțiuni de cod ;
 tabele de date ;
 pagini de catalog;
 alte elemente specifice la care s -a făcut referire în lucrare.