Los expertos de ADAS reflexionan sobre la integración de sensores en vehículos futuros

Puede que nunca haya una forma única y más eficaz de implementar la tecnología de detección para los sistemas de conducción asistida (ADAS) y los vehículos autónomos (AV). En cambio, el número mágico podría ser seis, como en seis consideraciones fundamentales que cada fabricante de automóviles decidirá cómo lograr a su manera, lo que llevará a cada uno a crear su propio enfoque único para integrar sensores en vehículos futuros. En la sesión de clausura de la conferencia virtual AutoSens Bruselas 2020, un panel de expertos debatió la combinación correcta de sensores y cómo asegurarse de que el diseño nunca comprometa la seguridad, y viceversa.

Los panelistas fueron Patrick Denny, experto sénior en sistemas de visión y sistemas avanzados de asistencia al conductor del proveedor automotriz integrado Valeo; Paul-Henri Matha, líder técnico de Volvo Car Corp .; Robert Stead, director gerente de Sense Media Group; y Carsten Astheimer, director de la firma de diseño Astheimer Ltd. EE Times Europe también se acercó a Pierrick Boulay, analista de tecnología y mercado de Yole Développement (Lyon, Francia), para conocer las ideas de Yole sobre la adopción y el uso de varios tipos de sensores en sistemas automotrices.

Acertar con el número

Se están implementando cada vez más sensores en todo el vehículo para abordar los problemas de seguridad de manera proactiva. ¿Cuántos sensores tenemos en los coches hoy en día y cuántos necesitamos para progresar a mayores niveles de autonomía? "Si tenemos en cuenta los sensores para ADAS (ultrasónicos, radar, cámara para detección, cámara para visualización y LiDAR), estimamos que un vehículo tiene entre 10 y 20 sensores, según el tipo de vehículo", dijo Boulay de Yole a EE Times. . Naturalmente, los vehículos de gama alta incorporan más sensores que los vehículos de gama baja o los que se encuentran en el medio del rango de rendimiento y características.

Los sensores serán fundamentales para desbloquear altos niveles de automatización, y se espera que aumente la cantidad y el tipo de sensores. “Esperamos que se implementen de 35 a 40 sensores para estos niveles de automatización”, dijo Boulay. “Los sensores serán más específicos en el sentido de que veremos sensores para aplicaciones de corto, medio y largo alcance. Un sensor no podrá cubrir todas las aplicaciones. Cada aplicación o caso de uso tendrá sus especificaciones y requisitos en términos de sensores ”.

El creciente número de sensores es solo la punta del iceberg. Los sensores generan una gran cantidad de datos y los sistemas están muy limitados por la potencia de procesamiento. En el futuro, tener suficiente potencia informática para procesar todos los datos generados por estos sensores será una característica clave, dijo Boulay. “Mientras que los sistemas ADAS típicos que usan chips Intel-Mobileye estaban dando el salto entre 0.25 TOPS [10 veces el rendimiento de una computadora portátil de gama alta] y 2.5 TOPS para el nuevo chip EyeQ4, los autos robóticos ya están más allá de 250 TOPS”, dijo. Eventualmente, “la arquitectura E / E [eléctrica / electrónica] de un vehículo deberá cambiar de una arquitectura distribuida a una arquitectura centralizada con controladores de dominio, capaces de administrar la fusión de datos sin procesar provenientes de los sensores”.

Entonces, ¿cuantos más sensores, mejor? “Algunos pueden pensar esto, pero la cantidad de sensores en los automóviles no aumentará indefinidamente, por razones de costo o integración”, dijo Boulay, quien espera que la cantidad de sensores para la automatización se estabilice en algún momento. “La principal diferencia estará a nivel de software y la capacidad de las empresas para procesar la enorme cantidad de datos de manera eficiente. Algunos fabricantes de equipos originales, como Tesla, todavía no utilizan LiDAR y están apostando por la combinación de sensores y la informática de inteligencia artificial para lograr altos niveles de automatización ”.

Objetivamente, "algunos OEM lo harán mejor que otros con menos sensores, y la diferencia estará en los niveles de software y computación", agregó.

Optimización de la mezcla

Un vehículo podría estar conduciendo bajo un gran cielo azul en un momento y a través de una lluvia al siguiente. Los sensores deben estar constantemente disponibles para medir y monitorear variables. Una forma eficaz de mejorar la disponibilidad es mediante la implementación de sensores redundantes para compensar posibles fallas. "Tiene que haber más de una forma de ver el medio ambiente", dijo Denny de Valeo durante la sesión del panel. "Cuando estás en completa oscuridad o tienes condiciones climáticas terribles, necesitas una variedad de modalidades y funciones para trabajar juntas".

Los sensores ayudan en situaciones en las que la visión humana está en desventaja, y la diversidad de sensores es lo que hace que el automóvil sea confiable en todas las condiciones climáticas y de luz. “Las cámaras funcionan bien durante el día”, dijo Boulay, mientras que por la noche o en la niebla o la lluvia, “otros sensores no estarán 'ciegos' [como cámaras], y el vehículo aún podrá moverse, incluso si está en modo degradado ".

Garantizar la ubicación correcta

Al igual que los sentidos humanos, los sensores deben estar ubicados estratégicamente para retroalimentar información sobre los alrededores del automóvil de forma continua. Pero existen limitaciones técnicas sobre dónde se pueden colocar los sensores. La condensación en un faro, por ejemplo, puede impedir que los LiDAR funcionen. En condiciones de nieve o clima frío, las heladas pueden provocar un mal funcionamiento del sensor. Los sensores infrarrojos no pueden ver a través del vidrio y no se pueden colocar detrás de un parabrisas. De manera similar, pintar sobre un sensor ultrasónico puede alterar sus propiedades acústicas, dijo Denny.

El consumo de energía de los sensores también es un desafío clave, dijo Matha de Volvo. “Cada sensor consume entre 1 y 10 W. Si agrega todos los sensores para las funcionalidades ADAS, puede alcanzar los 100 o 200 W, y hasta 4 g de CO ₂ . Tenemos que reducir el consumo de energía. [Por ejemplo], quizás la funcionalidad del sensor no estará activa todo el tiempo ”.

La gestión térmica es otra limitación a considerar. Detrás de un parabrisas, la temperatura puede alcanzar los 90 ° C y es posible que los sensores adecuados no estén disponibles, dijo Matha. "Si los coloca en otra área, en los faros, por ejemplo, tenemos algunos sistemas de enfriamiento, pero es complejo y costoso".

Las simulaciones y las pruebas de manejo pueden ayudar a determinar la mejor posición para un sensor, dijeron los panelistas.

Sobre todo, dijo Boulay de Yole, “la posición de los sensores está estrechamente relacionada con los casos de uso a los que se dirigen los OEM. Por lo que vemos actualmente en los vehículos que implementan LiDAR para la conducción automatizada en carreteras, el LiDAR está en una posición central, casi alineado con la cámara ADAS y el radar de largo alcance. Para otros casos de uso, como estacionamiento o conducción en ciudad, la posición de estas unidades LiDAR será diferente y se espera que estén en los costados o en las esquinas de los vehículos ”.

Integrar estéticamente

Los automóviles Volvo integran actualmente 20 tipos de sensores, dijo Matha. Muchos de ellos están totalmente ocultos. En el Volvo XC90, por ejemplo, la cámara de estacionamiento delantera está en la rejilla, mientras que las cámaras laterales están colocadas en cada retrovisor exterior y la cámara orientada hacia atrás está colocada sobre la placa de matrícula. "Podemos integrar sensores y hacer que se vean hermosos", dijo Matha.

Cámara frontal en el Volvo XC90 (Fuente:Volvo)

Pero, ¿necesitamos necesariamente ocultar los sensores? ¿No pueden ser una característica?

Para Astheimer, si el automóvil es un producto inteligente, debería verse así, y "no todo debería estar oculto". Los sensores son lo suficientemente pequeños como para integrarse por completo y ahora son casi imperceptibles. Sin embargo, a medida que nos acercamos a la autonomía total, con los autos conduciendo solos, algunos sensores "deberán ser extremadamente prominentes". Un LiDAR de 360 ​​° deberá tener visibilidad total y su posición no aceptará ningún compromiso.

Más importante aún, Astheimer destacó la necesidad de que los diseñadores e ingenieros trabajen juntos para hacer que los sensores se adapten a la identidad del vehículo. El Deliver-E, un prototipo de vehículo de reparto eléctrico desarrollado conjuntamente por Warwick Manufacturing Group (WMG), la Universidad de Warwick y Astheimer, integra cámaras en los laterales del vehículo y coloca el LiDAR de forma destacada en la parte trasera del coche.

Cuando se le preguntó sobre la pertinencia de concentrar los sensores en una cápsula externa, Boulay citó el Smart Corner de Magneti Marelli, que puede acomodar sensores como LiDAR, radares, cámaras y ultrasonidos, así como funciones de iluminación basadas en LED como el haz adaptativo y el procesamiento de luz digital. “Podría ser más fácil para los fabricantes de equipos originales integrar estos módulos durante el proceso de fabricación, pero en el caso de un accidente, el costo de reparar o cambiar estos módulos para el seguro o los consumidores sería extremadamente alto”, dijo. “Deberá encontrarse un equilibrio entre integración, reparabilidad y costo”.

Reducir la sobrecarga cognitiva

La interfaz hombre-máquina (HMI) no solo une al conductor y el automóvil, sino que también conecta al conductor con el mundo exterior. El riesgo es que el conductor se distraiga con todas las funciones y pierda información vital para la conducción.

Camión de reparto eléctrico Zero de Volta Trucks (Fuente:Volta Trucks)

Comprometido con el diseño del camión de reparto eléctrico Zero de Volta Trucks, Astheimer se dio cuenta de la importancia de mejorar la vigilancia del conductor. “En Londres, aunque los vehículos pesados ​​representan menos del 4% del tráfico total, son responsables de más del 50% de las muertes de usuarios vulnerables de la carretera, es decir, peatones y ciclistas”, dijo. Hay dos razones principales para ello:la falta de visibilidad directa y la sobrecarga cognitiva.

"La sobrecarga cognitiva es un problema enorme", dijo Astheimer. "Necesitamos asegurarnos de que las ECU [unidades de control electrónico] y los sistemas CAN [red de área del controlador] puedan leer las señales correctas y mostrar información de la manera más clara y simplificada posible, ya sea táctil, de audio o visual".

Hacer que la seguridad sea genial

Haciendo referencia a un comentario del panel en una conferencia AutoSens anterior, Stead preguntó a los panelistas si "hacer que la seguridad sea genial" es la clave para vender autos conectados.

“Hacemos negocios con seguridad”, dijo Matha. “Nuestros clientes quieren seguridad y nosotros podemos hacer seguridad solo con sensores. Por tanto, necesitamos fabricar coches bonitos con sensores ”.

Hay otra dimensión a considerar. Los usuarios deben comprender el nivel de inteligencia de sus propios automóviles para mantenerse alerta ante los usuarios de la carretera y su entorno. "Al hacer que el producto sea más seguro y más seguro, está alejando al conductor de lo que está haciendo el vehículo", dijo Astheimer. “Al agregar niveles de autonomía al vehículo, está ayudando al conductor con las cosas simples, pero está haciendo las cosas difíciles más difíciles de hacer. El conductor ya no está atento a medida que el vehículo lo hace cada vez más ”.

Es esencial que los sensores, y la retroalimentación de ellos, ayuden al conductor a estar al tanto de lo que está sucediendo "en lugar de simplemente captarlo del mundo exterior", dijo Astheimer.

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>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE Times.

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