Como funciona o sensor de radar de 77 GHz e porque é indispensável para os ADAS modernos

Sensor de radar de 77 GHz HELLA numa oficina, junto ao dispositivo de diagnóstico - sensor de radar automóvel moderno para sistemas de assistência ao condutor e aplicações ADAS

HELLA TECH WORLD — O aliado da oficina independente

A tecnologia de radar de 77 GHz é a chave para o ADAS: os modernos sensores de radar permitem uma deteção fiável no meio para funções como o ACC, a travagem automática de emergência, a mudança de faixa e a assistência ao tráfego cruzado - mesmo com chuva, com nevoeiro e na escuridão.
Design compacto, tecnologia robusta: o sensor de radar de 77 GHz HELLA combina a tecnologia RF-CMOS, o processamento de sinal integrado e o autodiagnóstico numa caixa robusta para utilização Heavy Duty em veículos.
Princípio FMCW para medições exatas: graças ao radar de ondas contínuas com modulação de frequência, a distância e a velocidade relativa de vários objetos são detetadas simultaneamente com elevada precisão.
Vasta gama de aplicações: desde radares frontais e de canto a aplicações de estacionamento, todo-o-terreno e autónomas - os sensores de 77 GHz podem ser utilizados de forma flexível.
O diagnóstico e a calibração são determinantes: após a desmontagem e a montagem, trabalhos de carroçaria ou de chassis, a calibração específica do veículo por meio do dispositivo de diagnóstico é essencial para 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 web site apenas devem ser utilizadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

Utilização de sensores de radar de 77 GHz em sistemas modernos de assistência ao condutor

As arquiteturas modernas dos veículos incluem sensores de radar com diferentes alcances que permitem várias funções de assistência ao condutor. Os radares de curto alcance (geralmente 24 GHz ou 77 GHz com baixa abertura de antena) detetam objetos a curta distância e apoiam os sistemas de assistência ao estacionamento. Os radares de médio alcance detetam veículos nas laterais e são necessários para a função de mudança de faixa e deteção de tráfego cruzado. Os radares de longo alcance com um longo alcance e um ângulo de abertura estreito permitem a execução de funções como o controlo de velocidade adaptativo (ACC) e a travagem automática de emergência. Graças ao desempenho fiável à chuva, com nevoeiro e na escuridão, os sensores de radar fornecem medições precisas da distância e da velocidade relativa. A integração com sistemas de câmara e Lidar permite a perceção do meio com base na fusão de sensores para funções de condução altamente automatizadas.

Gamas de frequência dos sensores de radar em veículos

Muitos veículos têm sensores de radar com várias gamas de frequência, consoante a respetiva aplicação e o alcance.

Abaixo uma visão geral das gamas de frequência e das suas áreas de aplicação típicas:

Gama de frequência	Alcance típico	Área de aplicação
24 GHz (24,05 - 24,25 GHz)	Até aprox. 30 m	Assistente ao estacionamento, assistente de ângulo morto,
77 GHz (76,0 - 77,0 GHz)	Até aprox. 250 m	Controlo de velocidade adaptativo (ACC), assistente de aviso de mudança de faixa de rodagem, aviso de tráfego cruzado
77,0 - 81,0 GHz	Até aprox. 300 m	Aplicações de alta resolução, condução automatizada, travagem de emergência, ACC

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

Vista explodida do sensor de radar de 77 GHz HELLA com caixa, placa de circuitos, blindagem e Radom – estrutura de um sensor de radar para automóveis — Estrutura do sensor de radar de 77 GHz Hella: 1. Caixa do conector; 2. Dissipador de calor da blindagem; 3. Placa de circuito impresso; 4. Tampa da caixa / Radom; 5. Parafuso de fixação; 6. Desacoplador térmico / pasta condutora de calor; 7. Cola

Estrutura do sensor de radar de 77 GHz HELLA

O sensor de radar de 77 GHz HELLA é um sensor compacto de alta frequência, especialmente desenvolvido para meios exigentes. A peça central é um chip de sistema de radar baseado na tecnologia RF-CMOS. Esta tecnologia de circuitos combina radiofrequência (RF), eletrónica analógica e digital num único chip CMOS para permitir e melhorar a comunicação sem fios.

Esta arquitetura permite a integração de:

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

Os sensores estão montados numa caixa robusta e cumprem as classes de proteção IP 6K7 e IP X9K, que os protege contra a água, o pó e a limpeza a alta pressão. São fixados 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, são fáceis e flexíveis de integrar.

Curva de sinal de um radar FMCW – visualização 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 ondas contínuas com modulação de frequência

Modo de funcionamento

O sensor de radar funciona com base no princípio do radar de onda contínua modulada em frequência (Frequency-Modulated-Continuous-Wave, FMCW). Um sinal contínuo (frequência portadora) é emitido e modulado dentro de uma amplitude.

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

O cálculo tem em conta o chamado tempo de chirp, a amplitude do sinal e a velocidade da luz. Um chirp é um sinal cuja frequência muda, aumenta ou diminui ao longo do tempo. Os sistemas FMCW modernos utilizam chirps muito curtos (menos de 100 µs) para permitir frequências de medição elevadas e um seguimento preciso dos objetos – mesmo com vários alvos ao mesmo tempo.

Uma das principais vantagens da tecnologia FMCW é a sua insensibilidade às condições climatéricas, como a chuva, a neve, o nevoeiro ou a escuridão. O radar opera com base em ondas eletromagnéticas e funciona independentemente das condições de luz e pode mesmo medir através de certos materiais, como coberturas de plástico. O radar FMCW também permite a deteção simultânea da distância e da velocidade, um fator essencial para os sistemas de assistência ao condutor, como o controlo de velocidade adaptativo (ACC), os assistentes de travagem de emergência ou os assistentes de mudança de faixa de rodagem.

Áreas de aplicação e caraterísticas técnicas

Utilização em ADAS e funções de condução autónoma

Os sensores de radar de 77 GHz HELLA foram concebidos para serem utilizados em ambientes exigentes e oferecem uma capacidade de deteção de alta resolução. Podem ser instalados em veículos de estrada e todo-o-terreno e, dependendo do tipo de sensor, cumprem as classes de proteção IP 6K7 e IP X9K.

Áreas de aplicação típicas:

ADAS (Advanced Driver Assistance Systems): Radar frontal para travagem automática de emergência, ACC (Adaptive Cruise Control), prevenção de colisões
Radar de canto: para monitorização do ângulo morto, assistente de aviso de mudança de faixa de rodagem, deteção de tráfego cruzado
Assistentes de estacionamento e manobras: deteção precisa de obstáculos a baixa velocidade
Sistemas autónomos: Sensores ambiente para navegação e classificação de objetos
Veículos especiais: Máquinas agrícolas e florestais, máquinas de construção, robôs móveis

Conector e atribuição de pinos de um sensor de radar de 77 GHz HELLA – Barramento CAN, alimentação elétrica e ligações à terra

Dados técnicos e características (*)

Frequência central: 76,5 GHz
FOV azimute: ±75° (a 10 dBsm @ 20 m)
FOV 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 exemplificativos e podem variar.

Integração do sistema e diagnóstico

Visão geral do sistema do assistente de aviso de mudança de faixa de rodagem – Ligação em rede de sensores de radar, unidades de controlo e bus CAN no veículo para sistemas de assistência ao condutor — Ilustração exemplar da comunicação e da integração do sistema do assistente de aviso de mudança de faixa de rodagem 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 os outros participantes do BUS é feita através da ligação ao módulo de comando do sistema e aos módulos de comando dos sistemas individuais de assistência ao condutor. Os módulos de comando do radar trocam de forma contínua e fiável as informações necessárias para a respetiva aplicação do sistema através do bus de dados. Estes dados constituem a base para um funcionamento preciso e adequado dos sistemas de assistência – tal como a medição da distância, o aviso de colisão ou o controlo de velocidade automático. Conforme o modelo do veículo e da arquitetura do sistema, a estrutura de rede apresentada pode ser diferente da de outros modelos.

Vista de diagnóstico no testador HELLA Gutmann – Leitura de um código de avaria dos sensores de radar do assistente de aviso de mudança de faixa de rodagem — Ler o código de erro. Nesta função é possível consultar os códigos de erro registados na memória de erros e utilizá-los para efeitos de diagnóstico. Tal como visível no exemplo, o código de erro 729605 "Calibração defeituosa ou em falta" foi guardado no módulo de comando.

Apresentação em direto dos parâmetros de um sensor de radar de 77 GHz no dispositivo de diagnóstico – Valores de tensão e de estado para sistemas ADAS — Consultar 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 através do dispositivo de diagnóstico – Configuração do assistente de aviso de mudança de faixa de rodagem no veículo — Ajustes base: esta função pode ser utilizada para efetuar um ajuste básico ou a calibração dos sensores de radar. O dispositivo de diagnóstico guia-o passo a passo através do processo de calibração e apresenta as ferramentas especiais e os passos de trabalho necessários.

Verificação e diagnóstico de módulos de comando

O funcionamento do sensor de radar é monitorizado pelo respetivo módulo de comando do sistema supraordenado e, consequentemente, pelo diagnóstico a bordo (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. Assim sendo, deve-se primeiro proceder à leitura da memória de erros dos sistemas de assistência relevantes, utilizando um aparelho de diagnóstico adequado. A profundidade de verificação e a diversidade de funções podem variar consoante o fabricante de veículos e dependem da configuração do sistema do módulo de comando. Os dados da comunicação do módulo de comando são a base para os trabalhos de localização de erros e para uma reparação bem-sucedida. Dependendo do sistema, podem ser indicados parâmetros adicionais e pode ser desencadeada uma localização de falhas.

Em certos modelos de veículos, a montagem do sensor de radar é fixa e não permite um ajuste mecânico. Em vez disso, o ajuste final é efetuado eletronicamente através do sistema de diagnóstico. Um ângulo de correção é então determinado e guardado no módulo de comado 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 carroçaria
O sensor de radar for removido, instalado ou substituído
O nível do veículo for alterado devido a uma modificação ou reparação da suspensão
Estiver guardado um erro de ajuste na memória de erros

Avisos de manutenção e de reparação

Devem ser respeitadas as seguintes instruções durante a manutenção e a reparação, de forma a garantir o funcionamento correto dos sistemas de assistência ao condutor com sensores de radar:

Os trabalhos de reparação e de trabalhos de manutenção só podem ser realizados por técnicos qualificados.
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 para-choques só podem ser repintados de acordo com as instruções de pintura especificadas pelo fabricante do veículo.
Não devem ser afixados autocolantes no para-choques na zona 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.

Devem assim ser respeitadas as instruções de desmontagem, montagem e segurança do respetivo fabricante do veículo, bem como as leis e os regulamentos específicos do país relativos a trabalhos em sistemas de alta tensão!

Para mais informações sobre a manutenção de sistemas de assistência à condução, consultar as seguintes páginas temáticas:
Assistente de aviso de mudança de faixa de rodagem | 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 utilizadas como base para a reparação de veículos específicos.

Não ajuda em nada

Muito útil

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