Aplicația RADAR în domeniul auto a schimbat definiția caracteristicilor de siguranță și este prezentă în mașinile de lux și în multe alte mijloace de transport, utilizate în principal în SUA și în UE. Tehnologia RADAR este implementată în sisteme avansate de control al vitezei de croazieră, asistență la schimbarea benzii de rulare, avertizare de coliziune, a stării de vigilență a șoferului, ajută la parcarea mașinii etc. Această tehnologie alertează șoferul despre orice pericol posibil și previne o coliziune. Un chipset radar auto are mai multe canale de transmisie și recepție ce sunt folosite pentru antene diferite (scanare la distanță apropiată, medie și lungă). Canalele multiple de recepție oferă și informații unghiulare despre obiect, deoarece există o diferență de fază între semnalele primite de antenele de recepție.
Mai multe antene îmbunătățesc eficiența energetică, energia fiind îndreptată spre mai multe ținte ce pot fi urmărite simultan. Astfel, se oferă îmbunătățiri la caracteristicile de siguranță „înconjurătoare”, coordonarea/comunicarea vehicul-vehicul.
Mașini mai inteligente, mai puține coliziuni
Sistemele avansate de asistență pentru șofer – ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) fac mașinile mai sigure și mai inteligente, ajutând producătorii de autovehicule să atingă dezideratul deplasărilor fără coliziuni.
Sistemele automate din vehicule pot iniția și întreprinde acțiuni similare cu cele ale șoferului – adaptarea la condițiile meteo, detectarea lucrurilor de pe drum – și pot lua decizii în timp real pentru a îmbunătăți siguranța totală. Caracteristicile ADAS includ frânarea automată de urgență, monitorizarea șoferului, avertizare de coliziune frontală, avertizarea la schimbarea benzii de rulare și control adaptiv al vitezei de croazieră.
Siguranța e pe primul loc
Preocuparea principală în proiectarea oricărui sistem ADAS este siguranța. De aceea procesarea informațiilor în timp real este critică. Vehiculele devin mai inteligente – se conectează, comunică, monitorizează și iau decizii care ajută la prevenirea accidentelor – fiindcă puterea de calcul a crescut vertiginos pentru a procesa în timp real cantități enorme de date, care fac posibile aceste caracteristici avansate de siguranță.
Împreună cu arhitectura de procesare a datelor se asigură și documentația de siguranță funcțională extinsă și certificarea de către TÜV – organizație independentă de testare și certificare (TÜV: Technischer Überwachungs-Verein), pentru ca producătorii auto să asigure că sistemele lor îndeplinesc standardele de siguranță și calitate cerute.
Ce este ADAS?
Sistemele avansate de asistență pentru șofer (ADAS) sunt grupuri de tehnologii electronice, care asistă șoferii în funcțiile de conducere și parcare. Printr-o interfață fiabilă om-mașină, ADAS crește siguranța mașinii și cea rutieră. ADAS utilizează tehnologie automatizată, cum ar fi senzori și camere video, pentru a detecta obstacolele din apropiere sau erorile umane și pentru a răspunde în consecință. Scopul este de a reduce numărul de accidente auto și efectele impactului grav la cele care nu pot fi evitate.
Aplicațiile ADAS esențiale pentru siguranță sunt:
- Detectarea/evitarea pietonilor
- Avertizarea/corecția de părăsire a benzii
- Recunoașterea semnelor de circulație
- Frânarea automată de urgență
- Detectarea de zone pe care șoferul nu le vede (prin geam sau în oglinzi)
Aplicațiile ADAS respectă standarde de interfață multimedia în timp real, rulând algoritmi de viziune spațială alimentați cu date obținute prin fuziunea senzorilor.
Bosch produce a patra generație de senzori radar cu rază lungă de acțiune (LRR4), care se bazează pe experiența acumulată în timpul dezvoltării și producției anterioare trei generații de radar. LRR4 este un radar multimodal monostatic cu 6 antene fixe. Radarul LRR4 de la Bosch combină toate componentele necesare într-un pachet de 78 mm x 81 mm x 62 mm. În interior, senzorul conține 2 plăci de circuit imprimat (PCB): placa de radiofrecvență (RF) include antene plane și un transmițător și receptor Infineon 77 GHz SiGe; placa de control și interfață se bazează pe microcontrolere de la NXP și STMicroelectronics, plus circuite integrate Bosch de gestionare a energiei. – (Sursa imagine: Bosch)
Cele mai comune aplicații ADAS sunt:
- Control adaptiv în deplasare. Controlul avansat al vitezei de croazieră: se poate accelera automat, încetini și opri vehiculul, în funcție de acțiunile altor obiecte din zona imediată.
- Faza lungă și lumină fără orbire. Faza lungă și lumina controlată cu pixeli, fără orbire, utilizează senzori pentru adaptare la întuneric și la împrejurimile vehiculului, fără a deranja traficul din sens opus.
- Control adaptiv al luminii farurilor. Schimbă puterea, direcția și rotația farurilor în funcție de condițiile de iluminare externă.
- Parcare asistată. Camere retrovizoare ajută la informarea despre unghiurile moarte, pentru ca șoferul să știe cum să rotească volanul și să oprească.
- 5. Parcare autonomă cu valet. Funcționează pe baza rețelei de senzori din vehicul, comunicării în rețea 5G și serviciilor cloud, care gestionează vehiculele autonome în zonele de parcare.
- Sistem de navigație. Oferă instrucțiuni vocale și pe un ecran, pentru a urma un traseu.
- 7. Vedere de noapte. Există 2 categorii de viziune pe timp de noapte: sistemele active de viziune nocturnă ce iluminează în infraroșu și sistemele pasive care sesizează energia termică de la mașini, animale și alte obiecte.
- Monitorizarea unghiurilor moarte. Sună o alarmă atunci când se detectează un obiect într-un unghi mort, atunci când șoferul încearcă să treacă pe o bandă ocupată.
- Frânare automată de urgență. Senzorii pot a detecta dacă mașina e în curs de a lovi alt vehicul sau obiecte de pe drum. Sistemele de frânare de urgență iau măsuri preventive de siguranță: strâng centurile de siguranță, reduc viteza și adaptează direcția pentru a evita o coliziune.
- Stabilizarea la vântul lateral. Se detectează presiunea puternică a vântului transversal asupra vehiculului pe drum și se controlează frânele roților afectate de perturbare.
- Detectarea somnolenței șoferului. Avertizează șoferii la somnolență sau distrageri ale atenției. Atenția în scădere a șoferului e dedusă de senzorii care pot analiza mișcarea capului șoferului și ritmul cardiac ce indică somnolență.
- Sistem de monitorizare a șoferului. Camere video pot analiza dacă ochii șoferului sunt pe direcția drumului sau în derivă. Sistemele de monitorizare a șoferului pot alerta șoferii acustic, prin vibrații la volan sau lumini intermitente. Sistemul acționează în extrem oprind complet vehiculul.
- 5G și V2X. Această nouă caracteristică 5G ADAS, cu o fiabilitate sporită și o procesare mai rapidă, asigură comunicarea între vehicul și alte vehicule sau pietoni, fiind denumită V2X (Vehicle-to-Everything). Milioane de vehicule se conectează la rețelele celulare pentru navigare în timp real. Această aplicație va îmbunătăți metodele existente și rețeaua celulară pentru cunoașterea situației, va controla sau va sugera ajustări de viteză pentru a ține cont de congestionarea traficului și va actualiza hărțile GPS cu date în timp real. V2X este esențială pentru a sprijini actualizările de software OTA (Over-the-Air) pentru gama extinsă de sisteme automate din mașini, pentru actualizări de hărți, remedieri de erori, actualizări de securitate și alte funcționalități.
Tipuri de senzori RADAR auto
Banda 76-81 GHz alocată radarului auto (IEEE Standard 521-2019, Radar Frequency Bands) oferă o rezoluție mai mare în intervalul scanat și precizie ridicată, fiind cuprinsă între benzile de comunicație P2P (E band – Fixed Point to Point: 72-76 GHz și 81-66 GHz). Din anul 2022, banda de 77 GHz este comună în aplicațiile auto, iar banda de 60 GHz este o alternativă pentru aplicațiile de detectare radar în aplicațiile industriale.
- RADAR cu rază lungă de acțiune (LRR) – detectează obiecte situate într-o zonă geografică largă, deoarece poate acoperi o rază de 200-250 m. Lucrează cu frecvențe în intervalul 76-77 GHz, cu o lățime de bandă de 1GHz BW.
- RADAR cu rază medie (MRR) – operează la o rază de 100-150 m și un câmp vizual orizontal >90 de grade, pentru a detecta pietoni, biciclete, motociclete, mașini și camioane aflate în fața unui vehicul, controlează adaptiv viteza de croazieră, având funcții de alertă a șoferului și de atenuare a coliziunilor.
- RADAR cu rază scurtă (SRR) – sesizează spațiul în jurul unui vehicul în mișcare pentru a detecta posibile impacturi cu obstacole (alte mașini, pereți și pietoni) până la 30 m de vehicul, măsurile de siguranță putând fi declanșate automat (tensionare centuri de siguranță și umflare airbag-uri). Lucrează cu frecvențe în intervalul 77-81 GHz, cu o lățime de bandă de 4GHz BW.
Avantajele frecvenței 77 GHz față de frecvența de 24 GHz în radarele auto utilizate în prezent
Reglementările și standardele de la Institutul European de Standarde de Telecomunicații (ETSI) și Comisia Federală de Comunicații (FCC) din SUA, nu vor mai fi permite utilizarea UWB de 24 GHz, de la 1 ianuarie 2022.
NXP TEF810X este un transceiver radar FMCW RF CMOS 77 GHz cu un singur cip complet integrat. Are aplicații radar cu rază scurtă, medie și lungă, acoperind întreaga bandă de frecvență radar auto de la 76-81 GHz. TEF810X are putere redusă, integrează 3 transmițătoare, 4 receptoare, convertoare analog-digitale și un oscilator controlat prin tensiune (VCO) cu zgomot redus de fază. Dimensiuni: 42×40×20mm (© NXP)
De ce 77 GHz este preferată în locul celei de 24 GHz în radarul auto?
În comparație cu senzorii ‚de 24 GHz’, senzorul ‚de 77 GHz’ îmbunătățește rezoluția (separarea a două obiecte apropiate) și acuratețea vitezei de 3x. Pentru aplicațiile de asistență la parcare auto, rezoluția și acuratețea vitezei sunt critice, din cauza necesității de a manevra cu precizie vehiculul la viteze mici în timpul parcării.
Precizia duce la o reacție mai rapidă, ce este o prioritate cheie.
Dimensiuni mai mici – cerință impusă pentru senzorii montați în locuri înguste (bare de protecție) sau în alte locații din vehiculul, inclusiv uși și portbagaj pentru aplicații de proximitate. O antenă radar de 77 GHz are aria de 9x mai mică decât antena unui radar de 24 GHz.
Texas Instruments AWR1642. Senzor radar auto cu un singur cip de la 76 GHz la 81 GHz care integrează DSP și MCU. AWR1642 face parte din portofoliul de senzori mmWave. AWR1642BOOST AWR1642 modul de evaluare a senzorului radar auto cu un singur cip de la 76 GHz la 81 GHz (© Texas Instruments)
Radarele de 77 GHz au niveluri mai mari de putere de transmisie permise. Puterea efectivă izotropă radiată (EIRP– Effective Isotropic Radiated power) pentru radarele auto în 77 GHz este de 55 dBm (-3 dBm/MHz). Pentru radarele de 24 GHz limita de vârf este de numai 20 dBm EIRP.
Radar pe un cip
Pentru a răspunde la pericole, mașinile trebuie să clasifice obstacolele și „să judece” cu precizie distanța și poziția lor față de alte obiecte, în orice condiții meteorologice sau de iluminare. Rezolvarea este prin tehnologia radar. Problema utilizării în domeniul auto a fost că, din punct de vedere istoric, tehnologia radarului era voluminoasă, costisitoare, consumatoare de energie și creată pentru a detecta obiecte mari, cum ar fi avioane sau tancuri, nu și vehicule și lucruri mici.
Noile cerințe au condus la un senzor radar de înaltă frecvență – senzorul radar mmWave, de mărimea unei monede. Prin rezoluția sa poate să detecteze prezența unui obstacol și să facă diferența dintre o mașină și un pieton, îndeplinind pe un singur cip cele mai recente cerințe din standarde de siguranță auto, cum ar fi Programul de evaluare a mașinilor noi – NCAP (New Car Assessment Program).
Combinând un senzor radar cu un procesor de semnal digital (DSP), cipul cu senzor radar mmWave permite ca algoritmii (pentru clasificarea obiectelor) să fie rulați direct pe cip. Această integrare simplifică sarcina producătorului care implementează ADAS, oferind un sistem cu un consum redus de energie dar și gabarit mic pentru a se poziționa într-o bară de protecție a vehiculului și la un cost acceptabil.
Soluțiile mmWave auto permit conducerea mai sigură și mai ușoară prin detectarea în medii exterioare și interioare și reacții adecvate. Senzori radar oferiți în domeniul auto:
- Radar de imagistică și radar frontal cu rază lungă de acțiune
- Radar cu rază medie și rază scurtă de acțiune
- Radar cu rază ultrascurtă
- Radar de detectare a ocupanților vehiculului
Activarea automobilului „atotvăzător”
Accesibilitatea și eficiența tehnologiei mmWave fac radarul o parte esențială a ADAS. Alți senzori având calități forte, cum ar fi rezoluția înaltă a LiDar-ului sau informațiile de culoare de la camere video, sunt necesari pentru a asigura o fiabilitate completă. Camere video cu rezoluție foarte mare și interfețe de infotainment în vehicul au ajutat la proliferarea caracteristicilor de siguranță: camera de vedere frontală pentru evitarea coliziunilor și recunoașterea pietonilor, camera de vedere în spate pentru protecție de rezervă și camerele de vedere în jur pentru asistență la parcare.
Fuziunea senzorilor ajută să se construiască o imagine mai cuprinzătoare a mediului, fiindcă mai mulți senzori într-o capsulă livrează, în timp real, date unei unități centrale de procesare, unde un algoritm de învățare automată le va folosi pentru a interpreta mediul. Comenzile trimise la sistemul de frânare pot ajuta la prevenirea unei coliziuni.
Fuzionarea informațiilor în vehicul, provenite din modalități de detectare multiple, poate ajuta șoferii să navigheze în situații periculoase, inclusiv în zonele cu trafic intens și în condiții meteorologice nefavorabile.
Constantin Savu
Director General
Ecas Electro
Dl. Constantin Savu − Director general al firmei ECAS Electro − este inginer electronist cu o experiență de peste 30 ani în domeniul componentelor electronice și al selectării acestora pentru aplicații. Fiind bun cunos cător al componentelor și al tehnologiei de fabricație a modulelor electronice cu aplicații în domeniile industrial și co mercial, coordonează direct producția la firma de profil Felix Electronic Services.
ECAS Electro | www.ecas.ro
ECAS Electro asigură aprovizionarea cu produse Infineon XENSIV™ | Radar sensors, Texas Instruments mmWave Radar sensors și de la alți producători.
Detalii tehnice:
Ing. Emil Floroiu (emil@floroiu.ro)
birou.vanzari@ecas.ro
Referințe
https://www.synopsys.com/automotive/what-is-adas.html
V2X Vehicle-to-Everything – STMicroelectronics
5GAA Report shows superior performance of Cellular V2X vs DSRC – 5G Automotive Association
https://www.everythingrf.com/community/automotive-radar-basics
https://www.everythingrf.com/community/what-are-the-advantages-of-77-ghz-automotive-radars-over-24-ghz-systems