Sensores para deteção de objetos: quais são as variantes e como funcionam?

Mais do que nunca, o sistema de gestão do motor é influenciado por sinais externos. A condução autónoma no futuro irá determinar muito mais quando e como a gestão do motor deve reagir. Funções como travagem de emergência automática e controlo de cruzeiro adaptativo já garantem que a ECU não responde apenas ao acelerador. E embora esses sensores de deteção de objetos não façam parte diretamente do sistema de gestão do motor, é importante entender como esses sensores influenciam ou vão influenciar a operação da gestão do motor para ter uma visão clara do futuro.

Sensores ultrassônicos e ondas sonoras

Vamos começar pelos sensores ultrassônicos. Esses sensores detetam objetos usando ondas sonoras. Nesse caso, não importa se o objeto é transparente ou opaco, ferroso ou não ferroso, sólido, líquido ou em pó. O sensor emite ondas sonoras ultrassônicas através de um emissor, que colidem com possíveis obstáculos. O sinal de retorno é então captado pelo detetor, seguido de um cálculo simples para determinar a distância até o obstáculo:

D = 0,5T x C

Nesta equação, 'D' é a distância, 'T' é o tempo entre o envio e a deteção das ondas sonoras ultrassônicas e 'C' é a constante para a velocidade das ondas sonoras: 343 metros por segundo. Lembre-se desta fórmula, pois, embora o valor de 'C' possa variar entre tipos diferentes de sensores, todos os sensores que medem distância usam, em princípio, o mesmo cálculo simples.

Os sensores ultrassônicos são frequentemente usados como sensores de estacionamento nos para-choques dos veículos. Como resultado, também fazem parte dos sistemas de travagem de colisão prévia e de estacionamento automático. Os sinais dos sensores ultrassônicos raramente são usados 'puros', mas sim processados primeiro em uma unidade de aquisição de dados. Se você quiser verificar se um sensor ultrassônico está funcionando corretamente, não verifique apenas a alimentação (geralmente 5V) e o terra, mas também verifique o sinal de entrada e saída com um osciloscópio.

Sensores de radar e ondas de rádio

Radar usa ondas de rádio para detetar a distância, ângulo e velocidade de objetos em movimento. Um bom exemplo é o Radar de Feixe Direcional SPEKTRA da Metawave, apresentado no início de 2020. A Metawave desenvolveu um novo tipo de radar com uma frequência de 77 GHz(!). O radar faz varreduras extremamente rápidas em incrementos de apenas 0,1 graus, com um ângulo estreito de 22 graus (Campo de Visão). Isso resulta em uma sobreposição muito grande que permite que o radar detete com grande precisão a velocidade e a direção de movimento de objetos, incluindo o tráfego cruzado. A previsão de velocidade e direção de movimento era, até agora, um grande desafio para veículos autónomos.

Este novo tipo de radar abre novas possibilidades para os fabricantes de automóveis, pois sistemas como ADAS, monitorização de ângulo morto, travagem de emergência automática, controlo de cruzeiro adaptativo, piloto automático em engarrafamentos, piloto automático em autoestradas, assistência à faixa, etc., podem ser facilmente implementados usando este radar. Antes, isso era muito mais complexo de realizar.

LiDAR e pulsos de luz

Em vez de ondas de rádio, o LiDAR (Deteção e Medição a Laser) emite pulsos de luz infravermelha para detetar objetos. Devido à velocidade e ao pequeno diâmetro do pulso de luz, o LiDAR também é capaz de detetar objetos muito pequenos. O LiDAR pode ser visto como a versão rápida de alta definição do radar. Isso também permite uma renderização 3D detalhada do ambiente, o que é extremamente útil para a condução autónoma. Embora a tecnologia seja um pouco cara e os sensores LiDAR para essa aplicação ainda sejam um pouco grandes, especialistas na indústria automobilística acreditam que o LiDAR se tornará fundamental para o desenvolvimento futuro de veículos autónomos.

Curiosidade: Você sabia que sensores LiDAR já estão sendo usados até mesmo em telemóveis? As gerações mais recentes do iPhone da Apple possuem esse tipo de sensor. O sensor é identificado por um pequeno círculo preto ao lado das lentes da câmera. Agora que esses telemóveis podem perceber profundidade, isso oferece muitas possibilidades para aplicações de realidade aumentada. Além disso, o sistema de câmera é capaz de focar um objeto muito mais rapidamente e com maior precisão.

LiDAR de estado sólido

Na tentativa de tornar o LiDAR mais barato (e, portanto, mais adequado para produção em massa), a indústria automobilística parece estar cada vez mais focada em sensores LiDAR 'à semelhança do iPhone'. Esses sensores de estado sólido não são capazes de criar uma imagem virtual completa do ambiente em rotação, mas nove desses sensores trabalhando em conjunto podem capturar a imagem completa do ambiente. Além de reduzir os custos, isso também apresenta outra vantagem: os grandes protuberâncias são coisa do passado, o que beneficia tanto a aerodinâmica como o design de veículos autónomos. Empresas como a Volkswagen, GM e várias marcas automóveis chinesas já investiram consideravelmente nessa tecnologia.

FIR e ondas de luz infravermelha

Apesar dos esforços atuais no desenvolvimento de radares e LiDAR para condução autónoma, ambas as tecnologias têm as suas desvantagens. Portanto, a indústria automobilística está agora a considerar outra técnica (muito usada pelo exército): a Tecnologia de Infravermelhos de Onda Longa (FIR). Uma câmara FIR 'vê' as ondas de luz infravermelha e pode convertê-las numa imagem. A câmara consegue fazer isto porque cada objeto ou material emite uma temperatura própria.

Ao contrário do radar e do LiDAR, o FIR não gera diretamente um ambiente 3D. Portanto, no futuro, espera-se uma combinação de várias técnicas. Isso, no entanto, irá gerar um enorme fluxo de dados. Além disso, várias empresas estão a focar-se num sistema de câmara para tornar a condução autónoma possível.