giovedì, Aprile 18, 2024
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In che modo la tecnologia radar supera quella degli ultrasuoni nel parcheggio automatizzato

Insieme a tutti gli altri dispositivi elettronici per auto, anche i sistemi per l’automazione del parcheggio continuano a evolversi. Questi includono l’assistenza al parcheggio (dove è ancora necessaria la partecipazione del conducente) e il parcheggio automatizzato (dove è possibile il funzionamento a mani libere).

Gli attuali sistemi di parcheggio per autoveicoli utilizzano sensori a ultrasuoni e telecamere. I sensori a ultrasuoni funzionano mediante l’emissione di onde sonore (al di sopra delle frequenze udibili) che vengono riflesse dagli oggetti colpiti. I sensori misurano la distanza degli oggetti verificando il tempo intercorso tra l’emissione e la ricezione dell’impulso. La tecnologia degli ultrasuoni e delle fotocamere presenta tuttavia alcune limitazioni, tra cui:

  • Sensibilità alle condizioni ambientali avverse (fango, nebbia, ecc.)
  • Portata minima e massima
  • Ristretto campo visivo orizzontale e verticale
  • Costo

I futuri sistemi di parcheggio automatizzato possono trarre vantaggio dai sensori radar a onde millimetriche (mmWave) di TI per un efficace rilevamento a 360 gradi, anche in condizioni ambientali difficili. Inoltre, la tecnologia radar mmWave fornisce preziose informazioni sull’ambiente circostante come la portata, la velocità e gli angoli degli oggetti rilevati. 

I sensori radar funzionano in tutte le condizioni

L’affidabilità è il più grande svantaggio di altre tecnologie di rilevamento come i sistemi a ultrasuoni, quelli capacitivi e le telecamere. Acqua, sporco, detriti, nebbia, neve e luci flebili o intense possono ostacolare altre tecnologie di rilevamento, ma non il radar mmWave. Il radar continua a funzionare in qualsiasi condizione ambientale. Inoltre, il radar non richiede paraurti speciali per poter funzionare, preservando così l’estetica della vettura.

Perché il radar supera gli ultrasuoni nei parcheggi automatizzati?

Il radar mmWave è in grado di rilevare oggetti ad una distanza maggiore rispetto ad altre tecnologie di rilevamento, come i sensori a ultrasuoni. Invece di emettere un’onda sonora, i sensori radar creano onde radio: le lunghezze d’onda più lunghe dello spettro elettromagnetico. Le onde radio millimetriche rimbalzano sugli oggetti nel loro percorso e subiscono una variazione di frequenza la cui entità permette di calcolare la distanza. Per le loro caratteristiche, le onde radio millimetriche garantiscono una portata decisamente superiore; in questo modo è possibile rilevare un maggiore numero di oggetti, vicini e lontani. Il dispositivo AWR1843AOP di Texas Instruments può rilevare oggetti fino a 50 metri.

Oltre alle limitazioni riguardanti la portata massima, i sensori ad ultrasuoni hanno limitazioni della portata minima di circa 10-15 cm. Considerando che il dispositivo mmWave di TI è in grado di rilevare oggetti fino a 4 cm di distanza, la tecnologia radar è in grado di aiutare i veicoli a manovrare in parcheggi molto stretti ed è anche in grado di rilevare i marciapiedi vicini all’area di manovra. La larghezza di banda del canale di un sistema radar è inversamente correlata alla risoluzione della distanza, ovvero la capacità di distinguere tra due o più oggetti. La larghezza di banda di 4 GHz dell’AWR1843AOP è correlata ad una risoluzione di circa 4 cm.

Inoltre, un altro vantaggio dei sensori radar mmWave è il loro ampio campo visivo. La figura 1 illustra il limitato campo visivo dei sensori a ultrasuoni. Anche con più sensori a ultrasuoni posizionati intorno all’auto (in genere fino a 12), rispetto ai sensori radar ci sono ancora delle zone d’ombra nel rilevamento. Il campo visivo del radar mmWave è decisamente più ampio con una capacità di copertura a 360 gradi intorno al veicolo utilizzando meno sensori rispetto a un’implementazione a ultrasuoni.

Figura 1: Confronto della portata e del campo visivo tra i sistemi a ultrasuoni (a sinistra) e quelli per sistemi radar  mmWave (a destra).

Altre tecnologie di rilevamento, come il ToF (Time of Flight)  potrebbero non rilevare oggetti situati molto al di sotto o al di sopra dell’altezza del sensore. Il campo visivo verticale di 140 gradi dell’AWR1843AOP consente il rilevamento di oggetti bassi come cordoli, dissuasori, piccoli animali e detriti sulla strada. La Figura 2 mostra il rilevamento di un blocco di calcestruzzo che funge da cordolo effettuato utilizzando il modulo di valutazione AWR1843AOP (EVM).

Figura 2: rilevamento di un blocco di calcestruzzo che funge da cordolo utilizzando il modulo di valutazione AWR1843AOP (EVM)di TI.

La combinazione di un ampio campo visivo e di una elevata risoluzione consente il rilevamento e la distinzione tra più oggetti statici contemporaneamente. La Figura 3 mostra la capacità del radar di distinguere tra diversi tipi di oggetti con una superficie minima e materiali diversi, inclusi legno, metallo e plastica.

Figura 3: rilevamento di più oggetti statici di vari tipi, dimensioni e materiali.

La tecnologia AOP consente un time-to-market più rapido

Poiché le case automobilistiche e i fornitori di livello 1 utilizzeranno sempre più spesso sensori mmWave a 77 GHz per migliorare le prestazioni per il rilevamento di oggetti durante il parcheggio, Texas Instruments ha integrato nel sensore radar mmWave AWR1843AOP l’antenna, il ricetrasmettitore radar, il processore di segnale digitale, il microcontrollore e le periferiche di interfaccia. Tutto in un unico chip come evidenzia la Figura 4. L’integrazione del package nel chip elimina la necessità di un materiale di substrato ad alta frequenza. Non utilizzare un materiale di substrato ad alta frequenza riduce notevolmente i costi e la complessità di produzione rispetto ad altri sensori radar, risparmiando circa il 30% dello spazio sulla scheda.

Anche l’eliminazione della necessità di progettare, simulare e caratterizzare le prestazioni dell’antenna accelera il time to market. Inoltre, il software di Texas Ibstruments è riutilizzabile sui dispositivi dell’azienda a 60 e 77 GHz, consentendo progetti più veloci in sistemi multi-radar.

Figura 4: sensore radar mmWave AWR1843AOP di TI

È anche possibile programmare l’AWR1843AOP per riconfigurare lo stesso sensore per più applicazioni, ad esempio per il parcheggio e il rilevamento di oggetti all’apertura delle portiere dell’auto. È anche possibile riutilizzare i sensori radar esistenti impiegati in altre funzioni, come il rilevamento di punti ciechi, per servire le funzioni del radar di parcheggio, riducendo così i costi complessivi del sistema.

I vantaggi dei sensori radar TI mmWave includono una copertura completa a 360 gradi intorno al veicolo con rilevamento della portata migliorato e misurazioni accurate della portata, della velocità e dell’angolo di un oggetto. Inoltre, la tecnologia AOP consente di creare sensori con fattore di forma molto piccolo con poco sforzo.

In conclusione, il sensore radar AWR1843AOP a 77 GHz di TI consente un rilevamento più resiliente e prestazioni migliori nelle applicazioni di parcheggio automatizzato.

Un progetto di riferimento è disponibile al seguente link.