Especialistas em ADAS ponderam a integração do sensor em veículos futuros

Pode nunca haver uma maneira única e mais eficaz de implementar a tecnologia de detecção para sistemas de direção assistida (ADAS) e veículos autônomos (AV). Em vez disso, o número mágico pode ser seis - como em seis considerações fundamentais que cada fabricante de automóveis decidirá como realizar à sua própria maneira, o que levará cada um a criar sua própria abordagem única para integrar sensores em veículos futuros. Na sessão de encerramento da conferência virtual AutoSens Bruxelas 2020, um painel de especialistas debateu a combinação certa de sensores e como garantir que o design nunca comprometa a segurança - e vice-versa.

Os painelistas foram Patrick Denny, especialista sênior em sistemas de visão e sistemas avançados de assistência ao motorista no fornecedor automotivo Valeo; Paul-Henri Matha, líder técnico da Volvo Car Corp .; Robert Stead, diretor administrativo do Sense Media Group; e Carsten Astheimer, diretor da empresa de design Astheimer Ltd. EE Times Europe também entrou em contato com Pierrick Boulay, analista de tecnologia e mercado da Yole Développement (Lyon, França), para obter os insights de Yole sobre a adoção e uso de vários tipos de sensores em sistemas automotivos.

Como acertar o número

Mais e mais sensores estão sendo implantados em todo o veículo para lidar com questões de segurança de forma proativa. Quantos sensores temos nos carros hoje e quantos precisamos para progredir para níveis adicionais de autonomia? “Se levarmos em consideração os sensores para ADAS - ultrassônico, radar, câmera para detecção, câmera para visualização e LiDAR - estimamos que um veículo tenha entre 10 e 20 sensores, dependendo do tipo de veículo”, disse Yole's Boulay ao EE Times . Naturalmente, os veículos de ponta incorporam mais sensores do que os veículos de baixo custo ou aqueles no meio da gama de desempenho e recursos.

Os sensores serão essenciais para desbloquear altos níveis de automação, e o número e o tipo de sensores devem aumentar. “Esperamos que 35 a 40 sensores sejam implementados para esses níveis de automação”, disse Boulay. “Os sensores serão mais específicos, pois veremos sensores para aplicações de curto, médio e longo alcance. Um sensor não será capaz de cobrir todas as aplicações. Cada aplicação ou caso de uso terá suas especificações e requisitos em termos de sensores. ”

O número crescente de sensores é apenas a ponta do iceberg. Os sensores geram uma tonelada de dados e os sistemas são fortemente limitados pelo poder de processamento. No futuro, ter capacidade de computação suficiente para processar todos os dados gerados por esses sensores será um recurso importante, disse Boulay. “Enquanto os sistemas ADAS típicos usando chips Intel-Mobileye estavam dando o salto entre 0,25 TOPS [10 × o desempenho de um laptop de última geração] e 2,5 TOPS para o novo chip EyeQ4, os carros robóticos já estão além de 250 TOPS”, disse ele. Eventualmente, “a arquitetura E / E [elétrica / eletrônica] de um veículo precisará mudar de uma arquitetura distribuída para uma arquitetura centralizada com controladores de domínio, capaz de gerenciar a fusão de dados brutos provenientes dos sensores”.

Portanto, quanto mais sensores, melhor? “Alguns podem pensar isso, mas o número de sensores nos carros não aumentará indefinidamente, por razões de custo ou integração”, disse Boulay, que espera que o número de sensores para automação estagnará em algum momento. “A principal diferença estará no nível do software e na capacidade das empresas em processar com eficiência a enorme quantidade de dados. Alguns OEMs, como a Tesla, ainda não estão usando LiDAR e estão apostando na combinação de sensores e computação de IA para atingir altos níveis de automação. ”

Objetivamente, “alguns OEMs se sairão melhor do que outros com menos sensores, e a diferença estará nos níveis de software e computação”, acrescentou.

Otimizando o mix

Um veículo pode estar dirigindo sob um grande céu azul em um momento e através de uma chuva no momento seguinte. Os sensores precisam estar constantemente disponíveis para medir e monitorar as variáveis. Uma maneira eficiente de aumentar a disponibilidade é implantar sensores redundantes para compensar possíveis falhas. “Deve haver mais de uma maneira de olhar para o meio ambiente”, disse Denny da Valeo durante a sessão do painel. “Quando você está na escuridão total ou tem condições climáticas terríveis, você precisa de uma variedade de modalidades e funções para trabalharem juntas.”

Os sensores ajudam em situações em que a visão humana está em desvantagem, e a diversidade de sensores é o que torna o carro confiável em todas as condições climáticas e de luz. “As câmeras são boas durante o dia”, disse Boulay, enquanto à noite, no nevoeiro ou na chuva, “outros sensores não serão 'cegos' [como as câmeras], e o veículo ainda será capaz de se mover, mesmo que seja em um modo degradado. ”

Garantindo o posicionamento correto

Assim como os sentidos humanos, os sensores devem ser posicionados estrategicamente para fornecer informações continuamente sobre os arredores do carro. Mas existem limitações técnicas para onde os sensores podem ser colocados. A condensação em um farol, por exemplo, pode impedir o funcionamento dos LiDARs. Em neve ou tempo frio, o gelo pode causar um mau funcionamento do sensor. Os sensores infravermelhos não podem ver através do vidro e não podem ser colocados atrás de um pára-brisa. Da mesma forma, pintar sobre um sensor ultrassônico pode alterar suas propriedades acústicas, disse Denny.

O consumo de energia dos sensores também é um desafio importante, disse Matha, da Volvo. “Cada sensor consome entre 1 e 10 W. Se você adicionar todos os sensores para as funcionalidades ADAS, pode chegar a 100 ou 200 W e até 4 g de CO ₂ . Temos que reduzir o consumo de energia. [Por exemplo], talvez a funcionalidade do sensor não esteja ativa o tempo todo. ”

O gerenciamento térmico é outra limitação a ser considerada. Atrás de um para-brisa, a temperatura pode chegar a 90 ° C e os sensores apropriados podem não estar disponíveis, disse Matha. “Se você colocá-los em outra área, em faróis, por exemplo, temos alguns sistemas de refrigeração, mas é complexo e caro.”

Simulações e testes de direção podem ajudar a determinar a melhor posição para um sensor, disseram os painelistas.

Acima de tudo, disse Yole’s Boulay, “a posição dos sensores está intimamente relacionada aos casos de uso direcionados pelos OEMs. Pelo que vemos atualmente em veículos que implementam LiDAR para direção automatizada em rodovias, o LiDAR está em uma posição central, quase alinhado com a câmera ADAS e o radar de longo alcance. Para outros casos de uso, como estacionamento ou condução na cidade, a posição dessas unidades LiDAR será diferente e deverá estar na lateral ou nas esquinas dos veículos. ”

Integrando esteticamente

Os carros da Volvo atualmente integram 20 tipos de sensores, disse Matha. Muitos deles estão totalmente escondidos. No Volvo XC90, por exemplo, a câmera de estacionamento dianteira fica na grade, enquanto as câmeras laterais são posicionadas em cada retrovisor e a câmera voltada para trás é instalada acima da placa de registro. “Podemos integrar sensores e torná-los bonitos”, disse Matha.

Câmera frontal no Volvo XC90 (Fonte:Volvo)

Mas precisamos necessariamente ocultar os sensores? Eles não podem ser um recurso?

Para Astheimer, se o carro é um produto inteligente, deve ser assim, e "nem tudo deve ser escondido". Os sensores são pequenos o suficiente para serem completamente integrados e quase imperceptíveis agora. No entanto, conforme nos aproximamos da autonomia total, com os carros dirigindo-se sozinhos, alguns sensores “precisarão ser extremamente proeminentes”. Um LiDAR 360 ° precisará ter visibilidade total e sua posição não aceitará concessões.

Mais importante, Astheimer destacou a necessidade de designers e engenheiros trabalharem juntos para fazer os sensores se ajustarem à identidade do veículo. O Deliver-E, um protótipo de veículo elétrico de entrega desenvolvido em conjunto pelo Warwick Manufacturing Group (WMG), pela University of Warwick e pela Astheimer, integra câmeras nas laterais do veículo e posiciona o LiDAR com destaque na parte traseira do carro.

Questionado sobre a pertinência dos sensores de concentração em um pod externo, Boulay citou o Smart Corner da Magneti Marelli, que pode acomodar sensores como LiDARs, radares, câmeras e ultrassom, bem como recursos de iluminação baseados em LED, como feixe adaptativo e processamento digital de luz. “Poderia ser mais fácil para os OEMs integrar esses pods durante o processo de fabricação, mas, no caso de um acidente, o custo para reparar ou trocar esses pods para seguro ou consumidores seria extremamente alto”, disse ele. “Será necessário encontrar um equilíbrio entre integração, reparabilidade e custo.”

Reduzindo a sobrecarga cognitiva

A interface homem-máquina (HMI) não apenas liga o motorista ao carro, mas também conecta o motorista ao mundo exterior. O risco é que o motorista se distraia com todas as funcionalidades e perca informações vitais para a direção.

Caminhão de entrega elétrica zero da Volta Trucks (Fonte:Volta Trucks)

Envolvido no projeto do caminhão de entrega elétrico Zero da Volta Trucks, Astheimer percebeu a importância de aumentar a vigilância do motorista. “Em Londres, embora os veículos pesados ​​sejam responsáveis ​​por menos de 4% do tráfego geral, eles são responsáveis ​​por mais de 50% das mortes de usuários de estradas vulneráveis, ou seja, pedestres e ciclistas”, disse ele. Existem duas razões principais para isso:a falta de visibilidade direta e a sobrecarga cognitiva.

“A sobrecarga cognitiva é um grande problema”, disse Astheimer. “Precisamos ter certeza de que os sistemas ECUs [unidades de controle eletrônico] e CAN [rede de área do controlador] podem ler os sinais certos e exibir informações da maneira mais clara e simplificada possível, seja tátil, de áudio ou visual.”

Tornando a segurança legal

Referindo-se a um comentário do painel em uma Conferência AutoSens anterior, Stead perguntou aos painelistas se “tornar a segurança legal” é a chave para vender carros conectados.

“Fazemos negócios com segurança”, disse Matha. “Nossos clientes querem segurança e podemos fazer segurança apenas com sensores. Portanto, precisamos fazer carros bonitos com sensores. ”

Há outra dimensão a ser considerada. Os usuários precisam entender o nível de inteligência de seus próprios carros para manter o alerta para os usuários da estrada e seus arredores. “Ao tornar o produto mais seguro e seguro, você está distanciando o motorista do que o veículo está fazendo”, disse Astheimer. “Ao adicionar níveis de autonomia ao veículo, você ajuda o motorista nas coisas simples, mas torna as coisas difíceis mais difíceis de fazer. O motorista não está mais atento à medida que o veículo faz cada vez mais. ”

É essencial que os sensores e o feedback deles ajudem o motorista a manter a consciência do que está acontecendo “em vez de apenas isolá-lo do mundo exterior”, disse Astheimer.

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>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times.