Le persone usano gli occhi e le orecchie per cogliere situazioni di traffico che comportano potenziali pericoli. Affinché i veicoli a guida autonoma facciano la stessa cosa, hanno bisogno di tutta una serie di sensori. Tuttavia, con l'aumento del numero di sensori che contengono, aumenta anche la quantità di spazio necessaria per inserirli, cosa che spesso è incompatibile con la visione dei designer.

Ora, i ricercatori della Fraunhofer-Gesellschaft hanno scoperto un metodo per integrare in modo discreto determinati sensori. La loro soluzione sta nei fari del veicolo, dove combinano luce ottica, radar e LiDAR.

I veicoli odierni sono in grado di svolgere autonomamente sempre più funzioni senza richiedere l'intervento del conducente. Il controllo automatico della velocità di crociera mantiene automaticamente la giusta distanza dall'auto che precede, i sistemi di avviso di deviazione dalla corsia correggono la traiettoria del veicolo se necessario e la frenata di emergenza si attiva se il conducente viene colto alla sprovvista.

Tutto questo è possibile grazie alle telecamere nell'area passeggeri e ai sensori radar nella griglia del radiatore, e il futuro è destinato a vedere le auto fare ancora di più da sole. Realizzare questo obiettivo significa utilizzare molti più sensori, ma riempirne le griglie non è qualcosa che i designer di automobili sono desiderosi di intrattenere.

Sensori radar e LiDAR integrati nei fari

Cinque istituti Fraunhofer, tra cui l'Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR, hanno unito le forze nell'ambito del progetto Smart Headlight per creare un metodo di installazione dei sensori che sia salvaspazio e il più sottile possibile, senza compromettere la funzione o prestazione.

L'obiettivo del progetto è sviluppare un faro integrato con sensori per i sistemi di assistenza alla guida che consenta di combinare una gamma di elementi sensoriali con sistemi di illuminazione adattivi. Si spera che questo migliorerà la capacità dei sensori di identificare gli oggetti sulla strada, e in particolare gli altri utenti della strada, come i pedoni. I sensori LiDAR, ad esempio, possono essere utilizzati nei sistemi di assistenza alla frenata elettronica o di controllo della distanza.

"Stiamo integrando i sensori radar e LiDAR nei fari che sono già presenti comunque e, per di più, sono le parti che garantiscono la migliore trasmissione possibile per i sensori ottici e le sorgenti luminose e sono in grado di mantenere le cose pulite", afferma Tim Freialdenhoven, ricercatore presso Fraunhofer FHR. I sensori LiDAR (Light Detection And Ranging) funzionano utilizzando un principio di misurazione basato sulla determinazione del tempo tra l'emissione di un impulso laser e la ricezione della luce riflessa, un metodo che produce misurazioni della distanza eccezionalmente precise.

La prima fase nella creazione di sensori per fari prevede la progettazione di un sistema LiDAR adatto per l'integrazione nella tecnologia automobilistica. Questo deve anche considerare il fatto che la luce proiettata sulla strada dal faro non può essere ostacolata dai due sensori aggiuntivi, anche se i LED responsabili della luce si trovano molto indietro nel faro.

Per questo motivo, i ricercatori stanno posizionando i sensori LiDAR nella parte superiore e i sensori radar nella parte inferiore dell'alloggiamento del faro. Allo stesso tempo, i raggi di entrambi i sistemi di sensori devono seguire lo stesso percorso della luce LED, cosa resa più difficile dal fatto che tutti i raggi coinvolti hanno lunghezze d'onda diverse.

La luce visibile del faro misura nella regione da 400 a 750 nanometri, mentre i raggi infrarossi LiDAR vanno da 860 a 1.550 nanometri, vicino alla gamma visibile. I raggi radar, invece, hanno una lunghezza d'onda di quattro millimetri. "Queste tre lunghezze d'onda devono essere unite in modo coassiale, cioè lungo lo stesso asse, ed è qui che entra in gioco quello che chiamiamo un combinatore multispettrale", afferma Freialdenhoven.

Guidare i raggi coassialmente in questo modo è fondamentale per prevenire errori di parallasse, che sono complicati da districare. Inoltre, disporre i sensori uno accanto all'altro occuperebbe molto più spazio rispetto a una configurazione coassiale, quindi i ricercatori stanno aggirando questo problema utilizzando i cosiddetti bi-combinatori.

Per combinare la luce LED e la luce LiDAR, questa soluzione utilizza uno specchio dicroico con uno speciale rivestimento, che guida i due fasci di fasci lungo un unico asse mediante la riflessione selettiva in lunghezza d'onda. Lo stesso effetto avviene nel secondo combinatore (anche se in modo più complesso a causa delle lunghezze d'onda molto diverse), dove si combinano luce LED, luce LiDAR e radar.

Poiché i sensori radar sono già ampiamente utilizzati nel settore automobilistico, i progetti di bi-combinatore devono consentire ai produttori di continuare a utilizzare i sensori esistenti senza la necessità di modifiche.

Sistemi radar:penetrare nella nebbia

Allora perché combinare sistemi ottici, LiDAR e radar? "Ogni singolo sistema ha i suoi punti di forza, ma anche i suoi punti deboli", spiega Freialdenhoven.

I sistemi ottici, ad esempio, dimostrano prestazioni limitate in situazioni in cui la visibilità è scarsa, come ambienti nebbiosi e polverosi. I sistemi radar, d'altra parte, sono in grado di prendere fitte nuvole di nebbia nel loro passo ma non sono molto bravi a categorizzare:sebbene siano in grado di dire se qualcosa è una persona o un albero, le loro abilità non hanno nulla sui sistemi LiDAR.

"Stiamo anche lavorando per unire i dati da radar e LiDAR, qualcosa che aggiungerà un enorme valore, soprattutto quando si tratta di affidabilità", afferma Freialdenhoven. Il team ha già presentato una domanda di brevetto e ora è al lavoro per creare un prototipo.

La tecnologia è destinata a creare tutta una serie di opzioni aggiuntive per l'integrazione di sensori nei sistemi di assistenza alla guida. Moduli luminosi più piccoli, sensori LiDAR più compatti e sensori radar integrati consentiranno di creare concetti multisensore, in particolare nell'ottica della tecnologia dei veicoli a guida autonoma, dove i requisiti di progettazione stanno diventando più esigenti e lo spazio di installazione è limitato.

Di conseguenza, i futuri sistemi di guida autonoma potrebbero essere in grado non solo di rilevare una persona, ma anche di analizzarne la velocità, la distanza e l'angolo di posizionamento rispetto al veicolo. + Esplora ulteriormente

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