Come funziona il sensore radar a 77 GHz e perché è indispensabile per i moderni ADAS

Sensore radar a 77 GHz HELLA in ambiente d'officina accanto a uno strumento diagnostico – Moderno sensore radar per il settore automobilistico per sistemi di assistenza alla guida e applicazioni ADAS

HELLA TECH WORLD – The workshop's friend

La tecnologia radar a 77 GHz come chiave per gli ADAS: i moderni sensori radar consentono un rilevamento affidabile dell'ambiente per funzioni quali ACC, frenata d'emergenza automatica, sistema di assistenza al cambio di corsia e al traffico trasversale – anche con la pioggia, con la nebbia e nell'oscurità.
Struttura compatta, tecnica robusta: il sensore radar a 77 GHz HELLA combina la tecnologia RF-CMOS, l'elaborazione del segnale integrata e l'autodiagnostica in un corpo esterno robusto per l'impiego di veicoli in condizioni gravose.
Principio FMCW per misure precise: grazie al radar a onda continua a modulazione di frequenza, la distanza e la velocità relativa di diversi oggetti vengono rilevate simultaneamente con alta precisione.
Campi d’impiego versatili: Dai radar anteriori a quelli di parcheggio, su strada e per la guida autonoma – i sensori a 77 GHz possono essere utilizzati in modo flessibile.
La diagnosi e la calibrazione sono fondamentali: dopo lo smontaggio e il montaggio, nonché dopo lavori alla carrozzeria o al telaio, la calibrazione specifica del veicolo tramite uno strumento diagnostico è essenziale per un funzionamento sicuro del sistema.

Le informazioni tecniche e i suggerimenti pratici riportati di seguito sono stati redatti da HELLA per offrire un'assistenza professionale alle officine. Le informazioni contenute in questo sito web devono essere utilizzate esclusivamente da personale tecnico specializzato.

Utilizzo di sensori radar a 77 GHz nei moderni sistemi di assistenza alla guida

Nelle moderne architetture del veicolo vengono utilizzati sensori radar con diverse portate per realizzare varie funzioni di assistenza alla guida. I radar a corto raggio (tipicamente a 24 GHz o 77 GHz con apertura ridotta dell'antenna) rilevano gli oggetti a distanza ravvicinata e supportano i sistemi di assistenza al parcheggio. I radar a medio raggio rilevano i veicoli laterali e sono utilizzati per il riconoscimento del cambio di corsia e del traffico trasversale. I radar a lungo raggio, con portata elevata e angolo di apertura stretto, consentono funzioni come il controllo adattivo della velocità (ACC) e la frenata automatica di emergenza. Grazie alle loro prestazioni affidabili sotto la pioggia, con la nebbia e al buio, i sensori radar forniscono valori di misura precisi della distanza e della velocità. L’integrazione nei sistemi camera e LiDAR consente una percezione dell’ambiente basata sulla sensor fusion per funzioni di guida altamente automatizzate.

Gamme di frequenza dei sensori radar nei veicoli

In molti veicoli vengono utilizzati sensori radar con diverse gamme di frequenza, a seconda dell'applicazione e della portata specifiche.

Di seguito viene fornita una panoramica delle gamme di frequenza e dei relativi campi di applicazione tipici:

Gamma di frequenze	Portata tipica	Campo di utilizzo
24 GHz (24,05 - 24,25 GHz)	fino a circa 30 m	Sistema di assistenza al parcheggio, assistente angoli ciechi,
77 GHz (76,0 - 77,0 GHz)	fino a circa 250 m	Controllo adattivo della velocità (ACC), sistema di assistenza al cambio di corsia, avviso di traffico trasversale
77,0 - 81,0 GHz	fino a circa 300 m	Applicazioni ad alta risoluzione, guida automatizzata, frenata d'emergenza, ACC

Struttura e funzionamento del sensore radar a 77 GHz HELLA

Disegno esploso del sensore radar a 77 GHz HELLA con corpo esterno, circuito stampato, schermatura e radome – Struttura di un sensore radar per autoveicoli — Struttura del sensore radar a 77 GHz Hella: 1. Corpo esterno del connettore; 2. Dissipatore schermante; 3. Circuito stampato; 4. Coperchio corpo esterno / radome; 5. Vite di fissaggio; 6. Disaccoppiatore termico / pasta termoconduttiva; 7. Adesivo

Struttura del sensore radar a 77 GHz HELLA

Il sensore radar a 77 GHz HELLA è un sensore compatto ad alta frequenza sviluppato appositamente per gli ambienti più difficili. L'elemento centrale è un chip del sistema radar basato sulla tecnologia RF-CMOS. Questa tecnologia per circuiti di commutazione combina elettronica ad alta frequenza (RF), analogica e digitale su un singolo chip CMOS per consentire e migliorare la comunicazione wireless.

Questa architettura consente l'integrazione di:

Componenti di trasmissione e ricezione
Unità di elaborazione digitale
Sistemi di autodiagnosi

I sensori sono alloggiati in un robusto corpo esterno e soddisfano i gradi di protezione IP 6K7 e IP X9K, che li rende protetti da acqua, polvere e pulizia ad alta pressione. Il fissaggio avviene tramite tre occhielli per viti M6. Con un peso inferiore a 100 g e una tensione di alimentazione di 12 V / 24 V, possono essere integrati in modo facile e flessibile.

Curva del segnale di un radar FMCW – Rappresentazione della modulazione di frequenza per la misurazione della distanza e della velocità con sensori radar a 77 GHz — Esempio di curva del segnale di un radar a onde continue a modulazione di frequenza

Funzionamento

Il sensore radar funziona secondo il principio del radar a onde continue a modulazione di frequenza (FMCW). Un segnale continuo (frequenza portante) viene emesso e modulato all'interno di una larghezza di banda.

Non appena il segnale viene riflesso da un oggetto, la distanza e la velocità relativa dell'oggetto possono essere calcolate mediante un confronto di frequenza.

Il calcolo tiene conto del cosiddetto tempo di chirp, della larghezza di banda del segnale e della velocità della luce. Un chirp è un segnale la cui frequenza cambia o aumenta o diminuisce nel tempo. I moderni sistemi FMCW utilizzano chirp molto brevi (meno di 100 µs) per consentire alte frequenze di misura e un preciso tracciamento degli oggetti – anche con più obiettivi contemporaneamente.

Uno dei principali vantaggi della tecnologia FMCW è la sua insensibilità a condizioni atmosferiche, come pioggia, neve, nebbia o oscurità. Poiché il radar si basa sulle onde elettromagnetiche, funziona indipendentemente dalle condizioni di luce e può persino misurare attraverso alcuni materiali come le coperture in plastica. Il radar FMCW consente inoltre di rilevare simultaneamente la distanza e la velocità, un aspetto essenziale per sistemi di assistenza alla guida come il controllo adattivo della velocità (ACC), l'assistente alla frenata di emergenza o il sistema di assistenza al cambio di corsia.

Campi di utilizzo e caratteristiche tecniche

Utilizzo nelle funzioni ADAS e di guida autonoma

I sensori radar a 77 GHz HELLA sono progettati per l'impiego in ambienti difficili e offrono una capacità di rilevamento ad alta risoluzione. Sono adatti al funzionamento su veicoli per la marcia su strada e fuoristrada e, a seconda del tipo di sensore, soddisfano gradi di protezione come IP 6K7 e IP X9K.

Tipici campi di utilizzo:

ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): radar anteriore per la frenata automatica d'emergenza, ACC (controllo adattivo della velocità), prevenzione delle collisioni
Radar angolare: per il monitoraggio degli angoli ciechi, il sistema di assistenza al cambio di corsia, il rilevamento del traffico trasversale
Ausili per il parcheggio e le manovre: rilevamento preciso degli ostacoli a basse velocità
Sistemi autonomi: sensori ambientali per la navigazione e la classificazione degli oggetti
Veicoli speciali: macchine agricole e forestali, macchine edili, robot mobili

Assegnazione connettori e pin di un sensore radar a 77 Ghz HELLA – Bus CAN, alimentazione di tensione e collegamenti a massa

Dati tecnici e caratteristiche prestazionali (*)

Frequenza media: 76,5 GHz
Campo visivo azimutale: ±75° (a 10 dBsm a 20 m)
Campo visivo di elevazione: ±10° (a 10 dBsm a 20 m)
Interfaccia di comunicazione: CAN
Tensione di alimentazione 12 V / 24 V
Corrente di riposo massima 100 μA
Potenza: < 4 W
Temperatura di esercizio: -40 °C a +85 °C

*I dati tecnici sono da intendersi a titolo di esempio e possono variare.

Integrazione del sistema e diagnostica

Panoramica del sistema di assistenza al cambio di corsia – Collegamento in rete di sensori radar, centraline e bus CAN nel veicolo per i sistemi di assistenza alla guida — Illustrazione d’esempio della comunicazione e dell'integrazione del sistema di assistenza al cambio di corsia con due sensori radar.

Comunicazione e integrazione del sistema dei sensori radar nel veicolo

La comunicazione interna tra i sensori radar e gli altri partecipanti al BUS avviene tramite il collegamento alla centralina centrale del sistema e alle centraline di singoli sistemi di assistenza alla guida. Le centraline radar scambiano tra loro in modo continuo e affidabile le informazioni necessarie per la rispettiva applicazione del sistema attraverso il bus dati. Questi dati costituiscono la base per un funzionamento preciso e adeguato alla situazione dei sistemi di assistenza – come la misurazione della distanza, l'avviso di collisione o il controllo automatico della velocità. A seconda del modello di veicolo e dell'architettura del sistema, la struttura di rete mostrata può differire da quella di altri modelli.

Vista della diagnosi nel tester HELLA Gutmann – Lettura di un codice di guasto per i sensori radar del sistema di assistenza al cambio di corsia — Leggere il codice di guasto. Con questa funzione è possibile leggere i codici di guasto memorizzati nella memoria guasti e consultarli per l’ulteriore diagnosi. A titolo di esempio, qui nella centralina è stato memorizzato il codice di guasto 729605 "Calibrazione errata o mancante".

Visualizzazione dei parametri in tempo reale di un sensore radar a 77 GHz nello strumento diagnostico – Valori di tensione e di stato per i sistemi ADAS — Leggere i parametri. Questa modalità consente di visualizzare e valutare nella centralina i valori di misura attualmente forniti dal sensore.

Impostazione di base e calibrazione di sensori radar tramite lo strumento diagnostico – Configurazione del sistema di assistenza al cambio di corsia nel veicolo — Impostazioni di base Questa modalità consente di eseguire un'impostazione di base o una calibrazione dei sensori radar. Lo strumento diagnostico guida l'utente passo dopo passo nel processo di calibrazione e mostra gli utensili speciali e le fasi di lavoro necessarie.

Controllo e diagnosi delle centraline

La funzione del sensore radar è monitorata dalla rispettiva centralina del sistema sovraordinata e quindi tramite la diagnosi di bordo (OBD). I guasti legati ai componenti, come uno stato di pronto all’uso non corretto, cortocircuiti elettrici o interruzioni dei cavi, vengono riconosciuti direttamente e registrati nella memoria guasti. Pertanto, deve essere prima letta la memoria guasti del sistema di assistenza con uno strumento diagnostico adatto. La profondità di analisi e la varietà delle funzioni variano a seconda del costruttore del veicolo e dipendono dalla relativa configurazione della centralina. I dati della comunicazione della centralina sono la base per la ricerca guasti vera e propria e una riparazione di successo. A seconda del sistema è possibile visualizzare dei parametri aggiuntivi e utilizzarli per la ricerca guasti.

Su alcuni modelli di veicoli, il supporto del sensore radar è fisso e non consente la regolazione meccanica. La regolazione fine viene invece effettuata elettronicamente tramite il sistema diagnostico. Un angolo di correzione viene determinato e memorizzato nella centralina per garantire il corretto funzionamento.

La calibrazione del sensore radar è necessaria se:

La posizione di montaggio del sensore è stata modificata a causa di lavori alla carrozzeria
Il sensore radar è stato smontato, montato o sostituito
Il livello del veicolo è stato modificato da una modifica del telaio o da una riparazione
Nella memoria guasti è stato memorizzato un errore di regolazione

Istruzioni per la manutenzione e la riparazione

Per garantire il corretto funzionamento dei sistemi di assistenza alla guida con sensori radar, durante la manutenzione e la riparazione è necessario osservare le seguenti istruzioni:

I lavori di riparazione e manutenzione possono essere eseguiti solo da personale tecnico qualificato.
Dopo il montaggio del sensore radar, può essere necessario eseguire un adattamento specifico al veicolo tramite uno strumento diagnostico adatto, nonché una calibrazione.
I rivestimenti dei paraurti possono essere riverniciati solo in conformità alle istruzioni di verniciatura specificate dal costruttore del veicolo.
Non è consentito apporre adesivi sui rivestimenti dei paraurti nel raggio di trasmissione dei sensori radar.
I lavori sul veicolo ibrido/elettrico possono essere eseguiti solo da persone che abbiano ricevuto un adeguato addestramento in materia elettrotecnica e che posseggano una qualifica corrispondente.
Un uso improprio può comportare situazioni pericolose per la vita.

In questo contesto, è assolutamente necessario osservare le istruzioni di smontaggio, montaggio e sicurezza del rispettivo costruttore del veicolo, nonché le rispettive leggi e le norme nazionali in materia di lavori su impianti ad alta tensione!

Ulteriori informazioni sul tema della manutenzione e della riparazione dei sistemi di assistenza alla guida sono disponibili alle seguenti pagine tematiche:
Sistema di assistenza al cambio di corsia | HELLA
Controllo adattivo della velocità – Impostazione del sensore | HELLA

Le illustrazioni schematiche, le immagini e le descrizioni servono a spiegare e illustrare il testo del documento e non possono essere utilizzate come base per le riparazioni specifiche del veicolo.

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