Las personas usan sus ojos y oídos para detectar situaciones de tráfico que implican peligros potenciales. Para que los vehículos autónomos hagan lo mismo, necesitan una gran cantidad de sensores. Sin embargo, a medida que aumenta la cantidad de sensores que contienen, también aumenta la cantidad de espacio requerido para colocarlos, algo que a menudo es incompatible con la visión de los diseñadores.

Ahora, los investigadores de Fraunhofer-Gesellschaft han descubierto un método para integrar ciertos sensores discretamente. Su solución está en los faros del vehículo, donde combinan luz óptica, radar y LiDAR.

Los vehículos de hoy en día pueden asumir más y más funciones por sí mismos sin necesidad de intervención del conductor. El control de crucero mantiene automáticamente la distancia correcta con el automóvil de adelante, los sistemas de advertencia de cambio de carril corrigen el camino del vehículo si es necesario y el frenado de emergencia se activa si el conductor es sorprendido con la guardia baja.

Todo esto es posible gracias a las cámaras en el área de pasajeros y los sensores de radar en la parrilla del radiador, y el futuro está listo para ver a los autos hacer aún más por sí mismos. Hacer que esto suceda significa usar una cantidad significativamente mayor de sensores, pero llenar las parrillas con ellos no es algo que los diseñadores de automóviles deseen entretener.

Sensores de radar y LiDAR integrados en los faros

Cinco institutos Fraunhofer, incluido el Instituto de Física de Alta Frecuencia y Técnicas de Radar FHR, han unido fuerzas como parte del proyecto Smart Headlight para crear un método de instalación de sensores que ahorre espacio y sea lo más sutil posible, sin comprometer la función o actuación.

El objetivo del proyecto es desarrollar un faro con sensor integrado para los sistemas de asistencia al conductor que permita combinar una gama de elementos sensores con sistemas de iluminación adaptativos. Se espera que esto mejore la capacidad de los sensores para identificar objetos en la carretera, y especialmente a otros usuarios de la carretera, como los peatones. Los sensores LiDAR, por ejemplo, se pueden usar en sistemas electrónicos de control de distancia o asistencia de frenado.

"Estamos integrando sensores de radar y LiDAR en los faros que ya están allí de todos modos, y además, son las partes que aseguran la mejor transmisión posible para los sensores ópticos y las fuentes de luz, y pueden mantener las cosas limpias", dice Tim. Freialdenhoven, investigador de Fraunhofer FHR. Los sensores LiDAR (Light Detection And Ranging) funcionan con un principio de medición que se basa en determinar el tiempo entre la emisión de un pulso láser y la recepción de la luz reflejada, un método que produce mediciones de distancia excepcionalmente precisas.

La primera etapa en la creación de sensores de faros consiste en diseñar un sistema LiDAR que sea adecuado para la integración en la tecnología automotriz. Esto también debe tener en cuenta el hecho de que los dos sensores adicionales no pueden obstaculizar la luz que el faro emite sobre la carretera, aunque los LED que son responsables de la luz se encuentran muy atrás en el faro.

Por este motivo, los investigadores están colocando los sensores LiDAR en la parte superior y los sensores de radar en la parte inferior de la carcasa del faro. Al mismo tiempo, los rayos de ambos sistemas de sensores deben seguir el mismo camino que la luz LED, algo que se hace más difícil por el hecho de que todos los rayos involucrados tienen diferentes longitudes de onda.

La luz visible del faro mide en la región de 400 a 750 nanómetros, mientras que los rayos infrarrojos LiDAR oscilan entre 860 y 1550 nanómetros, cerca del rango visible. Los haces de radar, por otro lado, tienen una longitud de onda de cuatro milímetros. "Estas tres longitudes de onda deben fusionarse coaxialmente, es decir, a lo largo del mismo eje, y aquí es donde entra en juego lo que llamamos un combinador multiespectral", afirma Freialdenhoven.

Guiar los haces coaxialmente de esta manera es crucial para evitar errores de paralaje, que son complicados de desenredar. Además, la disposición de los sensores uno al lado del otro ocuparía mucho más espacio que una configuración coaxial, por lo que los investigadores están solucionando esto utilizando lo que se conoce como bi-combinadores.

Para combinar la luz LED y la luz LiDAR, esta solución utiliza un espejo dicroico con un revestimiento especial, que guía los dos haces de haces a lo largo de un solo eje por medio de una reflexión selectiva de longitud de onda. El mismo efecto ocurre en el segundo combinador (aunque de una manera más compleja debido a las muy diferentes longitudes de onda), donde se combinan la luz LED, la luz LiDAR y el radar.

Dado que los sensores de radar ya se utilizan de forma generalizada en el sector de la automoción, los diseños bicombinadores deben permitir a los fabricantes seguir utilizando los sensores existentes sin necesidad de modificaciones.

Sistemas de radar:Atravesando la niebla

Entonces, ¿por qué combinar sistemas ópticos, LiDAR y radar? "Cada sistema individual tiene sus puntos fuertes, pero también sus puntos débiles", explica Freialdenhoven.

Los sistemas ópticos, por ejemplo, demuestran un rendimiento limitado en situaciones en las que la visibilidad es escasa, como entornos con niebla y polvo. Los sistemas de radar, por otro lado, pueden tomar densas nubes de niebla con calma, pero no son muy buenos en la categorización:aunque pueden decir si algo es una persona o un árbol, sus habilidades no tienen nada que ver con los sistemas LiDAR.

"También estamos trabajando en la fusión de datos de radar y LiDAR, algo que agregará un gran valor, especialmente en lo que respecta a la confiabilidad", dice Freialdenhoven. El equipo ya ha presentado una solicitud de patente y ahora está trabajando arduamente para crear un prototipo.

La tecnología está configurada para crear una gran cantidad de opciones adicionales para integrar sensores en los sistemas de asistencia al conductor. Los módulos de luz más pequeños, los sensores LiDAR más compactos y los sensores de radar integrados harán posible la creación de conceptos de sensores múltiples, especialmente con vistas a la tecnología de vehículos autónomos, donde los requisitos de diseño son cada vez más exigentes y el espacio de instalación es limitado.

Como resultado, los futuros sistemas de conducción autónoma pueden no solo detectar a una persona, sino también analizar su velocidad, qué tan lejos están y el ángulo en el que están posicionados en relación con el vehículo. + Explora más

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