Sensori automotive: organi di senso dei sistemi ADAS

5 min tempo di lettura
Non c’è auto che non li abbia: sono i sensori automotive, e sono nel motore, negli airbag e sulle ruote. Sono importanti anche per rilevare l’ambiente in cui si trova il veicolo e di conseguenza per le funzionalità automatizzate di guida e parcheggio. Sensori radar, ultrasonici, telecamere e in futuro anche il lidar, ecco tutte le informazioni sugli organi di senso delle auto.

Il 6 aprile 2021

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1. Sensore ultrasonico / 2. Telecamera / 3. Radar
Ogni tipo di sensore ha i suoi vantaggi. Quando interagiscono, si completano perfettamente.
Felix Modes

Sviluppo dell’assetto dei sensori nella guida automatizzata, BMW Group

Anche nelle vostre auto si nascondono innumerevoli sensori, solo che forse non si vedono. Ogni sensore lavora in segreto per rendere il viaggio più comodo, efficiente e sicuro (➜ Leggete anche: Imparare a guidare in sicurezza). Insieme all’esperto di BMW Felix Modes, vi spieghiamo tutto quello che c’è da sapere sui sensori e sul ruolo che ricoprono nelle funzionalità automatizzate di guida e parcheggio (➜ Leggete anche: I principali sistemi di assistenza) e nelle auto ad automazione condizionata e nelle automobili autonome del futuro.

Senza sensori non c’è auto

Per i sistemi di assistenza, i veicoli vengono equipaggiati con tecnologia complessa. Questa include numerosi sensori che vengono montati sulle auto in diverse posizioni e con diverse funzioni. Accanto a sensori di pioggia, sensori di luminosità e sistemi simili responsabili di funzionalità per il comfort e la sicurezza, i reparti di ricerca e sviluppo dei produttori di auto e dei partner lavorano su un unico obiettivo: la guida ad automazione condizionata (➜ Leggete anche: Valore del tempo e guida autonoma).

Tipi di sensore

Nei sistemi ADAS, la tecnologia di acquisizione dati misura e valuta cosa succede nell’ambiente immediatamente circostante e in quello più ampio, e rileva i cambiamenti. Sulle auto di oggi si utilizzano già sensori nell’assistenza alla frenata di emergenza, nei dispositivi ausiliari per la guida notturna, nel riconoscimento dei segnali stradali e naturalmente nel sistema di bloccaggio ABS o nel controllo elettronico della stabilità (DSC). In alcuni modelli BMW, a questi si aggiungono la regolazione della velocità con funzione di frenata, l’assistente alla retromarcia, il rilevatore di stanchezza alla guida o un sistema che con la navigazione attiva rileva automaticamente i cambi di corsia necessari. Con l’aiuto dell’esperto di BMW Felix Modes, questo articolo presenta nel dettaglio quattro tipi di sensori e le relative funzionalità: sensore ultrasonico, telecamera, sensore radar e sensore lidar (noto anche come laser scanner). Solo quando cooperano l’uno con l’altro questi tipi di sensore ottengono i risultati migliori.

Sensore ultrasonico: solido e preciso

Partiamo dal sensore ultrasonico. Questa tecnologia viene impiegata principalmente nelle funzionalità di parcheggio, in particolare nell’assistente alla retromarcia, nel controllo di prossimità o nelle funzionalità di parcheggio automatico. Modes spiega che questa tecnologia “permette una misurazione molto precisa sulla breve distanza”. Il sensore ultrasonico invia impulsi acustici e misura il tempo che impiegano a raggiungere l’oggetto, che a sua volta li riflette. La solida tecnologia funziona in maniera ottimale anche in caso di nebbia e buio, ma solo nel raggio di dieci metri.

Telecamera: sensore con alta risoluzione ottimo per la classifi­cazione

Nelle auto vengono impiegati diversi tipi di telecamere. Finora le più note sono quelle che facilitano il parcheggio, come per esempio quella di retromarcia. Funzionano con un ampio angolo di apertura e hanno il vantaggio di riprendere un campo grande (parola chiave: telecamera fisheye). Per le funzionalità di guida, di grande importanza sono invece le telecamere che hanno obiettivi in grado di lavorare con diverse distanze focali, dal grandangolo al teleobiettivo, in genere posizionate dietro al parabrezza. Questo tipo di sistema di acquisizione dati ha il vantaggio di avere un’alta risoluzione, inoltre l’elaborazione delle immagini può valutare e distinguere gli oggetti con precisione. Poiché il riconoscimento si basa sempre più spesso sull’intelligenza artificiale (➜ Leggete anche: Intelligenza artificiale e arte), come spiega Modes, “il sistema di elaborazione delle immagini deve essere addestrato a riconoscere i diversi tipi di oggetto”.

Con le telecamere, a differenza dei sensori di altri tipi, si possono integrare informazioni come lo stato di un semaforo o i segnali stradali. La funzionalità di questi sensori può essere però limitata da elementi ambientali come l’oscurità o il sole al tramonto, oppure da sporcizia presente sulla lente. Inoltre, grazie al principio di misurazione passiva, distanze e velocità sono valutabili solo dai dati delle immagini e in questo campo sono più efficaci altri sensori. La sfera di utilizzo della telecamera è complessivamente ampia: riconosce le strisce delle corsie e supporta funzionalità di assistenza alla guida come il sistema di mantenimento della corsia o la frenata di emergenza, che reagiscono alla presenza di veicoli, pedoni e biciclette.

Radar: la pioggia non è un ostacolo

La maggior parte delle persone collega la tecnologia radar (che sta per radio detection and ranging, radiorilevamento e misurazione di distanza) all’aeronautica. Ma i radar automotive esistono da vent’anni e per il settore è ormai impossibile rinunciare alla tecnologia dei sensori elettromagnetici. I sensori radar si utilizzano per misurare la velocità e le distanze. Ma come funzionano? Modes li descrive in questo modo: “Vengono inviate onde radio che saggiano gli oggetti, dopodiché l’eco dell’oggetto viene misurata e si verifica una reazione adeguata”. Nella tecnologia radar per auto bisogna fare una distinzione, come spiega l’esperto di BMW Modes. Da un lato ci sono i radar a corto raggio, che lavorano con ampi angoli di apertura e portata ridotta (fino a 100 metri). Questi sensori radar sono installati come corner radar all’estremità del paraurti. Si usano nei sistemi di assistenza e di avviso del cambio di corsia e nell’assistente per l’uscita dal parcheggio. I radar a portata lunga e completa coprono invece maggiori distanze (fino a 250 metri) e provvedono alla raccolta dati per funzionalità come la frenata di emergenza o la regolazione della distanza (adaptive cruise control, ACC).

Questa tecnologia permette misurazioni precise della distanza, inoltre “elementi come la pioggia o la neve non hanno quasi mai ripercussioni”, spiega Modes. I radar sono meno adatti alla classificazione degli oggetti. A seconda del modello hanno una capacità limitata di stimare la possibilità di attraversare ostacoli. Un esempio: il sistema deve rispondere alla domanda: c’è un ingorgo o è un cartello sopraelevato? In un caso del genere, la telecamera conferma l’azionamento della frenata di emergenza.

Lidar: l’oscurità non è un ostacolo

I tre tipi di sensore descritti finora vengono integrati già oggi nei modelli BMW. La tecnologia lidar rappresenta il passo successivo. Anche lidar è un acronimo: sta per light detection and ranging (rilevamento luminoso e misurazione della distanza). Detto in parole semplici, il sistema invia impulsi luminosi deviati in orizzontale e in verticale nell’ambiente. Attraverso questa lettura è possibile misurare la distanza di oggetti fermi e in movimento. “Con i sensori lidar si può così creare una carta in 3D delle immediate circostanze, la cosiddetta nuvola di punti”, spiega Modes. Un grande vantaggio del lidar è che non dipende dalle condizioni luminose dell’ambiente e dall’apprendimento di oggetti come la telecamera. Quindi reagisce con sicurezza anche a oggetti sconosciuti. Grazie alla trasmissione attiva di luce e a una risoluzione molto buona, la tecnologia lidar permette di collocare con precisione gli oggetti nell’ambiente anche di notte. Questi sensori sono ancora relativamente costosi, ma è un dato destinato a cambiare quando la produzione crescerà. La tecnologia lidar sarà necessaria al salto dalla fase due della guida automatizzata, in cui il conducente vigila sulle funzioni di guida assistita, alla fase tre, in cui l’ingegnerizzazione dell’auto permette al conducente di delegare all’auto il compito di guidare (➜ Leggete anche: I cinque passaggi della guida autonoma).

Il presupposto per l’automazione condizionata

Così, ognuno di questi sensori ha un preciso punto di forza. Quando cooperano, permettono al conducente di crearsi una perfetta visione d’insieme dell’ambiente che lo circonda, in ogni circostanza. E quando i sistemi si sovrappongono, crescono la sicurezza e la disponibilità. Grazie al progressivo collegamento in rete (➜ Leggete anche: L’auto connessa) e alla digitalizzazione (➜ Leggete anche: Smart Cities), i dati dei sensori acquistano mano a mano significato. I sensori sono così un elemento decisivo sulla strada che porta alla guida ad automazione condizionata (➜ Leggete anche: La strada per la guida autonoma). Tutte queste tecnologie sono comunque alle dipendenze di un solo obiettivo: l’auto del futuro (➜ Leggete anche: L’auto del futuro) deve portare i passeggeri alla meta in tutta sicurezza.

Foto: BMW; Autore: Nils Arnold; Illustrazioni: Madita O’Sullivan; Video: BMW