Cómo funciona el sensor de radar de 77 GHz y por qué es indispensable para los ADAS modernos

Sensor de radar HELLA de 77 GHz en el entorno de taller junto a un dispositivo de diagnóstico: moderno sensor de radar para automoción destinado a sistemas de asistencia al conductor y aplicaciones ADAS

HELLA TECH WORLD: el amigo del taller independiente

Tecnología de radar de 77 GHz como clave para los ADAS: los sensores de radar modernos permiten una detección fiable del entorno para funciones como el ACC, la frenada automática de emergencia y asistentes de cambio de carril y tráfico cruzado, incluso con lluvia, niebla y oscuridad.
Diseño compacto, tecnología robusta: el sensor de radar HELLA de 77 GHz combina la tecnología RF-CMOS, el procesamiento de señales integrado y el autodiagnóstico en una robusta carcasa diseñada para las exigencias del uso en vehículos.
Principio FMCW para mediciones precisas: gracias al radar de onda continua con modulación de frecuencia, la distancia y la velocidad relativa de varios objetos se registran simultáneamente con gran precisión.
Múltiples ámbitos de aplicación: desde radar frontal y radar de esquina hasta aplicaciones de aparcamiento, todoterreno y conducción autónoma, los sensores de 77 GHz pueden utilizarse de forma flexible.
Diagnóstico y calibración, factores decisivos: tras el desmontaje y montaje, trabajos en la carrocería o intervenciones en el tren de rodaje, es imprescindible realizar una calibración específica del vehículo mediante el dispositivo de diagnóstico para garantizar el funcionamiento seguro del sistema.

La siguiente información técnica y los consejos prácticos aquí descritos han sido elaborados por HELLA con el fin de ayudar de forma profesional a los talleres de vehículos en su trabajo diario. La información proporcionada en esta página web está dirigida a personal cualificado y con la formación técnica correspondiente.

Uso de sensores de radar de 77 GHz en los sistemas modernos de asistencia al conductor

En las arquitecturas de los vehículos actuales se utilizan sensores de radar con distintos alcances para implementar diversas funciones de asistencia al conductor. Los radares de corto alcance (normalmente 24 GHz o 77 GHz con apertura de antena reducida) detectan objetos en el entorno cercano y sirven de apoyo a los sistemas de asistencia al aparcamiento. Los radares de medio alcance se encargan de la detección de vehículos situados a los lados y se utilizan para funciones de cambio de carril y detección de tráfico cruzado. Los radares de largo alcance, con gran distancia de detección y ángulo de apertura estrecho, permiten funciones como el control de crucero adaptativo (ACC) y el frenado automático de emergencia. Gracias a su sólido rendimiento en condiciones de lluvia, niebla y oscuridad, los sensores de radar proporcionan mediciones precisas de la distancia y la velocidad relativa. La integración con sistemas de cámara y LiDAR permite una percepción del entorno basada en la fusión de sensores para funciones de conducción altamente automatizadas.

Rangos de frecuencia de los sensores de radar en vehículos de motor

En muchos vehículos de motor se utilizan sensores de radar en distintos rangos de frecuencia, en función de la aplicación específica y del alcance requerido.

A continuación se ofrece un resumen de los rangos de frecuencias y sus ámbitos de aplicación típicos:

Rango de frecuencia	Alcance habitual	Ámbito de aplicación
24 GHz (24,05 - 24,25 GHz)	hasta aprox. 30 m	Asistente de aparcamiento, asistente de ángulo muerto
77 GHz (76,0 - 77,0 GHz)	hasta aprox. 250 m	Control de crucero adaptativo (ACC), asistente de cambio de carril, alerta de tráfico cruzado
77,0 - 81,0 GHz	hasta aprox. 300 m	Aplicaciones de alta resolución, conducción automatizada, frenada de emergencia, ACC

Estructura y funcionamiento del sensor radar HELLA de 77 GHz

Vista explosionada del sensor de radar HELLA de 77 GHz con carcasa, placa de circuitos, apantallamiento y radomo: estructura de un sensor de radar para automoción — Estructura del sensor de radar Hella de 77 GHz: 1. Carcasa del conector; 2. Disipador térmico de apantallamiento; 3. Placa electrónica PCB; 4. Tapa de la carcasa / radomo; 5. Tornillo de fijación; 6. Desacoplador térmico / pasta termoconductora; 7. Adhesivo

Estructura del sensor radar HELLA de 77 GHz

El sensor de radar HELLA de 77 GHz es un sensor compacto de alta frecuencia especialmente desarrollado para entornos exigentes. El elemento central es un chip de sistema de radar basado en la tecnología RF-CMOS. Esta tecnología de circuitos combina electrónica de alta frecuencia (RF), analógica y digital en un único chip CMOS para permitir y mejorar la comunicación inalámbrica.

Esta arquitectura permite la integración de:

Componentes de transmisión y recepción
Unidades de procesamiento digital
Sistemas de autodiagnóstico

Los sensores están alojados en una robusta carcasa y cumplen los grados de protección IP 6K7 e IP X9K, que los protegen contra el agua, el polvo y la limpieza a alta presión. La fijación se realiza mediante tres orejetas para tornillos M6. Con un peso inferior a 100 g y una tensión de alimentación de 12 V / 24 V, resultan ligeros y fáciles de integrar de forma flexible.

Curva de señal de un radar FMCW: representación de la modulación de frecuencia para medir la distancia y la velocidad con sensores de radar de 77 GHz — Ejemplo de curva de señal de un radar de onda continua con modulación de frecuencia

Funcionamiento

El sensor de radar funciona según el principio del radar de onda continua de frecuencia modulada FMCW (Frequency-Modulated-Continuous-Wave). Para ello, se emite una señal continua (frecuencia portadora) cuya frecuencia se modula dentro de un determinado ancho de banda.

En cuanto la señal se refleja en un objeto, la comparación de frecuencias permite calcular la distancia y la velocidad relativa del objeto.

El cálculo se realiza teniendo en cuenta el denominado tiempo de chirp, el ancho de banda de la señal y la velocidad de la luz. Un chirp es una señal cuya frecuencia cambia con el tiempo, aumentando o disminuyendo progresivamente. Los sistemas FMCW modernos utilizan chirps muy cortos (menos de 100 µs) para lograr altas frecuencias de medición y un seguimiento preciso de objetos, incluso cuando hay varios objetivos simultáneamente.

Una gran ventaja de la tecnología FMCW es su insensibilidad a condiciones meteorológicas como lluvia, nieve, niebla u oscuridad. Dado que el radar se basa en ondas electromagnéticas, funciona independientemente de las condiciones de luz e incluso puede medir a través de determinados materiales, como cubiertas de plástico. Además, el radar FMCW permite detectar simultáneamente la distancia y la velocidad, algo esencial para sistemas de asistencia al conductor como el control de crucero adaptativo (ACC), el asistente de frenada de emergencia o el asistente de cambio de carril.

Ámbitos de aplicación y características técnicas

Uso en ADAS y funciones de conducción autónoma

Los sensores de radar HELLA de 77 GHz están diseñados para su uso en entornos exigentes y ofrecen una alta capacidad de detección con gran resolución. Son aptos para su funcionamiento tanto en vehículos de carretera como todoterreno y, en función del tipo de sensor, cumplen clases de protección como IP 6K7 e IP X9K.

Ámbitos de aplicación típicos:

ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): Radar delantero para frenada automática de emergencia, ACC (control de crucero adaptativo), prevención de colisiones
Radar de esquina para monitorización de ángulo muerto, asistentes de cambio de carril y detección de tráfico cruzado
Sistemas de asistencia para aparcar y maniobrar: detección precisa de obstáculos a baja velocidad
Sistemas autónomos: Sistemas de sensores ambientales para navegación y clasificación de objetos
Vehículos especiales: Maquinaria agrícola y forestal, maquinaria de construcción, robots móviles

Conector y asignación de pines de un sensor de radar HELLA de 77 GHz: conexiones de bus CAN, alimentación eléctrica y masa

Datos técnicos y prestaciones (*)

Frecuencia central: 76,5 GHz
Campo de visión en azimut: ±75° (a 10 dBsm @ 20 m)
Campo de visión en elevación: ±10° (a 10 dBsm @ 20 m)
Interfaz de comunicación: CAN
Tensión de alimentación 12 V / 24 V
Corriente máxima en reposo 100 μA
Potencia: < 4 W
Temperatura de servicio: -40 °C a +85 °C

*Los datos técnicos son orientativos y pueden variar.

Integración en el sistema y diagnóstico

Vista general del sistema del asistente de cambio de carril: interconexión de sensores de radar, unidades de control y bus CAN en el vehículo para sistemas de asistencia al conductor — Ilustración ejemplificada de la comunicación y la integración del sistema del asistente de cambio de carril con dos sensores de radar.

Comunicación e integración del sistema de radar en el vehículo

La comunicación interna entre los sensores de radar y los demás participantes del BUS se realiza a través de la conexión con la unidad de control central del sistema y con las unidades de control de los distintos sistemas de asistencia al conductor. A través del bus de datos, las unidades de control del radar intercambian de forma continua y fiable la información necesaria para cada aplicación del sistema. Estos datos constituyen la base para un funcionamiento preciso y adaptado a la situación de los sistemas de asistencia, como la medición de distancia, la advertencia de colisión o el control de crucero automático. Dependiendo del modelo de vehículo y de la arquitectura del sistema, la estructura de red mostrada puede diferir de otros modelos.

Vista de diagnóstico en el comprobador HELLA Gutmann: lectura de un código de avería en sensores de radar del asistente de cambio de carril — Leer el código de avería. En esta función se pueden leer los códigos de avería almacenados en la memoria de averías y utilizarlos para un diagnóstico posterior. Tal como se muestra en el ejemplo, en la unidad de control se ha registrado el código de avería 729605 "Calibración incorrecta o inexistente".

Visualización de parámetros en tiempo real de un sensor de radar de 77 GHz en el dispositivo de diagnóstico: valores de tensión y estado de los sistemas ADAS — Leer los parámetros. A través de esta función se muestran y se evalúan en la unidad de control los valores medidos actuales del sensor.

Ajuste básico y calibración de sensores de radar a través del dispositivo de diagnóstico: configuración del asistente de cambio de carril en el vehículo — Ajustes básicos Con esta función se puede realizar un ajuste básico o la calibración de los sensores de radar. El dispositivo de diagnóstico guía paso a paso por el proceso de calibración e indica las herramientas especiales necesarias y los pasos de trabajo correspondientes.

Comprobación y diagnóstico de unidades de control

El funcionamiento del sensor de radar es supervisado por la correspondiente unidad de control del sistema de nivel superior y, por tanto, a través del sistema de diagnóstico a bordo (OBD). Los defectos relacionados con los componentes, como una disponibilidad operativa defectuosa, cortocircuitos eléctricos o interrupciones de cables, se reconocen directamente y se registran en la memoria de averías. Por lo tanto, debe leerse primero la memoria de averías del sistema de asistencia mediante un dispositivo de diagnóstico adecuado. Dependiendo del fabricante del vehículo, tanto el alcance de las pruebas como la diversidad de funciones pueden variar, y dependen de la configuración del sistema de la unidad de control. Los datos de la comunicación con la unidad de control son la base para la localización de averías propiamente dicha y una reparación exitosa. Dependiendo del sistema también se pueden mostrar otros parámetros y se puede iniciar la búsqueda de fallos.

En determinados modelos de vehículo, el soporte del sensor de radar es fijo y no permite un ajuste mecánico. En estos casos, el ajuste fino se realiza electrónicamente a través del sistema de diagnóstico. Para ello, se determina un ángulo de corrección que se almacena en la unidad de control para garantizar un funcionamiento correcto.

Es necesario calibrar el sensor de radar cuando:

La posición de montaje del sensor ha cambiado debido a trabajos en la carrocería
El sensor de radar ha sido desmontado, montado nuevamente o sustituido
El nivel del vehículo ha cambiado por una modificación o reparación en el tren de rodaje
Se ha registrado un error de ajuste en la memoria de averías

Indicaciones de mantenimiento y reparación

Para garantizar el correcto funcionamiento de los sistemas de asistencia al conductor con sensores de radar, deben observarse las siguientes instrucciones durante las tareas de mantenimiento y reparación:

Los trabajos de reparación y mantenimiento únicamente pueden ser efectuados por personal debidamente cualificado e instruido.
Después del montaje del sensor de radar, puede ser necesario realizar una adaptación al vehículo mediante un dispositivo de diagnóstico adecuado, así como una calibración.
Las cubiertas del paragolpes solo podrán repintarse siguiendo las instrucciones de pintura especificadas por el fabricante del vehículo.
No está permitido pegar adhesivos en las cubiertas del paragolpes en la zona de transmisión del sensor de radar.
Los trabajos en vehículos híbridos o eléctricos solo pueden ser realizados por personas instruidas en electrotecnia y debidamente cualificadas.
Una manipulación incorrecta puede dar lugar a peligros mortales.

En este contexto, deben observarse las instrucciones de desmontaje, montaje y seguridad del fabricante del vehículo correspondiente, así como las leyes y normativas específicas de cada país relativas a los trabajos en sistemas de alta tensión.

Puede obtenerse más información sobre mantenimiento y reparación de sistemas de asistencia al conductor en las siguientes páginas temáticas:
Asistente de cambio de carril | HELLA
Control de crucero adaptativo - Ajuste del sensor | HELLA

Las representaciones esquemáticas, imágenes y descripciones sirven para aclarar e ilustrar los textos del documento y no pueden considerarse la base de una reparación específica de vehículos.

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