Como funciona o sensor de radar de 77 GHz e por que ele é indispensável para o ADAS moderno

Sensor de radar de 77 GHz da HELLA em ambiente de oficina próximo ao equipamento de diagnóstico – moderno sensor de radar automotivo para sistemas de assistência ao motorista e aplicações ADAS

Tecnologia de radar de 77 GHz como a chave para o ADAS: os modernos sensores de radar permitem a detecção confiável do ambiente para funções como ACC, frenagem automática de emergência, mudança de faixa e assistência ao tráfego cruzado – mesmo em condições de chuva, neblina e escuridão.
Design compacto, tecnologia robusta: o sensor de radar de 77 GHz da HELLA combina tecnologia RF-CMOS, processamento de sinal integrado e autodiagnóstico em uma carcaça robusta para uso intenso em veículos.
Princípio FMCW para medições precisas: graças ao radar de onda contínua com modulação de frequência, a distância e a velocidade relativa de vários objetos são detectadas simultaneamente com alta precisão.
Vasta gama de aplicações: De radares frontais e de canto a aplicações de estacionamento, Off-Highway e autônomas - os sensores de 77 GHz podem ser usados com flexibilidade.
O diagnóstico e a calibração são cruciais: após a desmontagem e remontagem, trabalhos na carroceria ou no chassi, é indispensável realizar uma calibração específica do veículo por meio do equipamento de diagnóstico para garantir o funcionamento seguro do sistema.

As informações técnicas e conselhos práticos seguintes foram elaborados pela HELLA, com o intuito de apoiar as oficinas profissionalmente nos trabalhos do dia a dia. As informações disponibilizadas neste website só devem ser utilizadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

Uso de sensores de radar de 77 GHz em sistemas modernos de assistência ao motorista

Sensores de radar com diferentes alcances são usados em arquiteturas de veículos modernos para realizar várias funções de assistência ao motorista. Os radares de curto alcance (normalmente 24 GHz ou 77 GHz com pouca abertura de antena) detectam objetos a curta distância e dão suporte aos sistemas de assistência ao estacionamento. Os radares de médio alcance detectam veículos ao lado e são usados para mudança de faixa e detecção de tráfego cruzado. Os radares de longo alcance, com ângulo de abertura estreito, permitem funções como o controle de cruzeiro adaptativo (ACC) e a frenagem automática de emergência. Graças ao seu desempenho robusto na chuva, neblina e escuridão, os sensores de radar fornecem medições precisas de distância e velocidade relativa. A integração com sistemas de câmera e lidar permite a percepção do ambiente com base na fusão de sensores para funções de direção altamente automatizadas.

Faixas de frequência dos sensores de radar em veículos motorizados

Sensores de radar em várias faixas de frequência são usados em muitos veículos motorizados, dependendo da respectiva aplicação e faixa.

A seguir, uma visão geral das faixas de frequência e suas áreas típicas de aplicação:

Faixa de frequência	Alcance típico	Área de aplicação
24 GHz (24,05 - 24,25 GHz)	até cerca de 30 m	Assistente de estacionamento, assistente de ponto cego,
77 GHz (76,0 - 77,0 GHz)	até cerca de 250 m	Controle de cruzeiro adaptativo (ACC), assistente de mudança de faixa, aviso de tráfego cruzado
77,0 - 81,0 GHz	até cerca de 300 m	Aplicações de alta resolução, direção automatizada, frenagem de emergência, ACC

Estrutura e modo de funcionamento do sensor de radar de 77 GHz da HELLA

Vista explodida do sensor de radar de 77 GHz da HELLA com carcaça, placa de circuito, blindagem e Radom - Estrutura de um sensor de radar automotivo — Estrutura do sensor de radar de 77 GHz da Hella: 1. Carcaça dos conectores; 2. Dissipador de calor de blindagem; 3. Placa de circuito impresso PCB; 4. Tampa da carcaça / Radom; 5. Parafuso de fixação; 6. Desacoplador térmico / pasta condutora de calor; 7. Cola

Estrutura do sensor de radar de 77 GHz da HELLA

O sensor de radar de 77 GHz da HELLA é um sensor compacto de alta frequência desenvolvido especialmente para ambientes exigentes. A peça central é um chip de sistema de radar baseado na tecnologia RF-CMOS. Essa tecnologia de circuito combina radiofrequência (RF), eletrônica analógica e digital em um único chip CMOS para permitir e melhorar a comunicação sem fio.

Essa arquitetura permite a integração de:

Componentes de transmissão e recepção
Unidades de processamento digital
Sistemas de autodiagnóstico

Os sensores são alojados em uma carcaça robusta e atendem às classes de proteção IP 6K7 e IP X9K, que os protegem contra água, poeira e limpeza de alta pressão. A fixação é feita por meio de três ilhós para parafusos M6. Com um peso inferior a 100 g e uma tensão de alimentação de 12 V / 24 V, eles são leves e facilmente integráveis.

Curva de sinal de um radar FMCW – Representação da modulação de frequência para medição de distância e velocidade com sensores de radar de 77 GHz — Exemplo da curva de sinal de um radar de onda contínua com modulação de frequência

Modo de funcionamento

O sensor de radar funciona com base no princípio do radar de onda contínua modulada por frequência (FMCW). Nesse processo, é emitido um sinal contínuo (frequência portadora) que é modulado dentro de uma determinada faixa de banda.

Assim que o sinal é refletido por um objeto, a distância e a velocidade relativa do objeto podem ser calculadas por comparação de frequência.

O cálculo é realizado levando em consideração o chamado tempo de chirp, a largura de banda do sinal e a velocidade da luz. Um chirp é um sinal cuja frequência muda, aumenta ou diminui com o tempo. Os sistemas FMCW modernos utilizam chirps muito curtos (menos de 100 µs) para permitir altas frequências de medição e rastreamento preciso de objetos, mesmo com vários alvos ao mesmo tempo.

Uma grande vantagem da tecnologia FMCW é sua insensibilidade às condições climáticas, como chuva, neve, neblina ou escuridão. Como o radar se baseia em ondas eletromagnéticas, ele funciona independentemente das condições de iluminação e pode até medir através de certos materiais, como coberturas de plástico. O radar FMCW também permite a detecção simultânea de distância e velocidade, o que é essencial para sistemas de assistência ao motorista, como o controle de cruzeiro adaptativo (ACC), assistentes de frenagem de emergência ou assistentes de mudança de faixa.

Áreas de aplicação e propriedades técnicas

Uso em ADAS e funções de direção autônoma

Os sensores de radar de 77 GHz da HELLA foram projetados para uso em ambientes exigentes e oferecem capacidade de detecção de alta resolução. Eles são adequados para operação em veículos On-Highway e Off-Highway e, dependendo do tipo de sensor, atendem a classes de proteção como IP 6K7 e IP X9K.

Áreas típicas de aplicação:

ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): radar dianteiro para frenagem automática de emergência, ACC (Controle de cruzeiro adaptativo), prevenção de colisões
Radar de canto: para monitoramento de ponto cego, assistente de mudança de faixa, detecção de tráfego cruzado
Auxílios para estacionamento e manobras: detecção precisa de obstáculos em baixas velocidades
Sistemas autônomos: sensores de ambiente para navegação e classificação de objetos
Veículos especializados: máquinas agrícolas e florestais, máquinas de construção, robôs móveis

Conector e disposição dos pinos de um sensor de radar de 77 GHz da HELLA – Barramento CAN, alimentação de tensão e conexões de aterramento

Dados técnicos e características de desempenho (*)

Frequência central: 76,5 GHz
FOV de azimute: ±75° (a 10 dBsm @ 20 m)
FOV de elevação: ±10° (a 10 dBsm @ 20 m)
Interface de comunicação: CAN
Tensão de alimentação 12 V / 24 V
Corrente de repouso máxima 100 μA
Potência: < 4 W
Temperatura de serviço: -40 °C a +85 °C

*Os dados técnicos são exemplares e podem variar.

Integração do sistema e diagnóstico

Visão geral do sistema do assistente de mudança de faixa – Interconexão de sensores de radar, módulos de comando e barramento CAN no veículo para sistemas de assistência ao motorista — Ilustração exemplar da comunicação e integração do sistema do assistente de mudança de faixa com dois sensores de radar.

Comunicação e integração de sistemas de sensores de radar no veículo

A comunicação interna entre os sensores de radar e outros participantes do BUS é feita através da conexão com o módulo de comando central do sistema, bem como com os módulos de comando de sistemas individuais de assistência ao motorista. Através do barramento de dados, os módulos de comando do radar trocam informações de forma contínua e confiável, necessárias para a respectiva aplicação do sistema. Esses dados constituem a base para um funcionamento preciso e adequado aos diferentes contextos dos sistemas de assistência – por exemplo, na medição de distâncias, no aviso de colisão ou no controle automático de velocidade. Dependendo do modelo do veículo e da arquitetura do sistema, a estrutura de rede mostrada pode ser diferente de outros modelos.

Visão de diagnóstico no equipamento de teste da HELLA Gutmann - Leitura de um código de erro nos sensores de radar do assistente de mudança de faixa — Ler o código de erro. Nessa função, os códigos de erro armazenados na memória de erros podem ser lidos e utilizados para diagnósticos adicionais. Como mostrado aqui como exemplo, o código de erro 729605 "Calibração incorreta ou ausente" foi armazenado no módulo de comando.

Exibição de parâmetros ao vivo de um sensor de radar de 77 GHz no equipamento de diagnóstico - Valores de tensão e status para sistemas ADAS — Ler os parâmetros. Nessa função podem ser visualizados e avaliados os valores medidos atuais do sensor no módulo de comando.

Configuração básica e calibração dos sensores de radar por meio do equipamento de diagnóstico - Configuração do assistente de mudança de faixa no veículo — Configurações básicas Essa função pode ser usada para realizar uma configuração ou calibração básica dos sensores de radar. O equipamento de diagnóstico orienta você passo a passo no processo de calibração e exibe as ferramentas especiais e as etapas de trabalho necessárias.

Inspeção e diagnóstico de módulos de comando

O funcionamento do sensor de radar é monitorado pelo módulo de comando do sistema superior e, portanto, pelo diagnóstico a bordo (Onboard-Diagnose, OBD). As falhas ou avarias relacionadas com os componentes, tais como operacionalidade incorreta, curto-circuitos elétricos ou interrupções de cabos, são diretamente identificadas e registadas na memória de erros. Portanto, primeiro deve-se ler a memória de erros do sistema de assistência com um equipamento de diagnóstico adequado. A profundidade de verificação e a diversidade de funções podem variar consoante o fabricante do veículo e dependem da configuração do sistema do módulo de comando. Os dados da comunicação dos módulos de comando são a informação base para a detecção de erros e para um reparo bem sucedido. Dependendo do sistema, podem ser indicados parâmetros adicionais e pode ser desencadeada uma detecção de erros.

Em determinados modelos de veículos, a montagem do sensor de radar é fixa e não permite ajuste mecânico. Em vez disso, o ajuste fino é realizado eletronicamente por meio do sistema de diagnóstico. Um ângulo de correção é determinado e armazenado no módulo de comando para garantir o funcionamento correto.

A calibração do sensor de radar é necessária se:

A posição de instalação do sensor for alterada devido a trabalhos na carroceria
O sensor de radar for removido, instalado ou substituído
O nível do veículo for alterado por uma modificação ou reparo do chassi
Um erro de ajuste for armazenado na memória de erros

Instruções de manutenção e de reparo

Para garantir que os sistemas de assistência ao motorista com sensores de radar funcionem corretamente, as instruções a seguir devem ser observadas durante a manutenção e o reparo:

Os trabalhos de reparo e manutenção só devem ser realizados por pessoal qualificado.
Após a montagem do sensor de radar, pode ser necessária uma adaptação ao veículo específico com um aparelho de diagnóstico adequado, assim como uma calibração.
Os revestimentos do para-choque só podem ser repintados de acordo com as instruções de pintura especificadas pelo fabricante do veículo.
Nenhum adesivo pode ser afixado no revestimento do para-choque na faixa de transmissão do sensor de radar.
Os trabalhos em veículos híbridos/elétricos apenas podem ser realizados por pessoas devidamente qualificadas e com os conhecimentos eletrotécnicos necessários.
Um manuseamento incorreto pode dar origem a situações de perigo de vida.

Nesse contexto, devem ser observadas as instruções de remoção, instalação e segurança do respectivo fabricante do veículo, bem como as leis e os regulamentos específicos do país referentes a trabalhos em sistemas de alta tensão!

Para obter mais informações sobre manutenção e reparo de sistemas de assistência ao motorista, consulte as páginas de tópicos a seguir:
Assistente de mudança de faixa | HELLA
Adaptive Cruise Control - Ajustar sensor | HELLA

Apresentações esquemáticas, figuras e descrições têm a finalidade de facilitar a compreensão e exemplificação e não podem ser usadas como base para o reparo de veículos específicos.

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