Los sensores del vehículo autónomo

Un coche moderno que lleve algún sistema ADAS puede llevar montado desde un solo sensor, como podría ser una sola cámara, hasta 10 o más. Hoy vamos a ver los sensores del vehículo autónomo, donde se sitúan y para que sirven.

Radar

Probablemente uno de los sensores más conocidos y comunes son estos pequeños elementos, normalmente del tamaño de un móvil (ver imagen a la derecha).

El radar funciona emitiendo ondas electromagnéticas a una determinada frecuencia. Cuando estas chocan con un objeto que pasa por su trayectoria, rebotan, es entonces cuando los receptores de radar del coche detectan esa señal rebotada y gracias a la modulación de frecuencia se puede calcular la distancia. Por lo que hace a la posición del objeto detectado se calcula basándose en que instante de tiempo una celda(s) del receptor se ha recibido la señal rebotada. Así se puede saber el angulo de donde ha venido y junto con la distancia podremos saber la posición.

En la imagen superior (radar Bosch) podemos ver un esquema de ejemplo de un radar Bosch. En este caso tiene dos grupos de emisores de diversas celdas cada uno (Tx1 y Tx2) así como un grupo de 4 receptores (Rx).

Dentro de la gamma de radares que se pueden usar para un vehículo, destacan los dos siguientes:

Long Range Radar (LLR o Radar de largo alcance):

Este tipo de radar se utiliza para las funcionalidades de ACC, AEB, Turn Assist, AES y TJA.

• Frecuencia de funcionamiento: 76-77 GHz
• Rango de detección: 0.36 – 250 m

Mid Range Radar (MRR o Radar de medio alcance)

Los radares MRR a diferencia del LLR se utilizan solo para las funcionalidades de ACC y AEB.

• Frecuencia de funcionamiento: 76-77 GHz
• Rango de detección: 0.36 – 160 m

Short Range Radar (SRR o Radar de corto alcance)

Estos radares suelen colocarse para evitar colisiones más inminentes como en el cambio de carril, radares de punto ciego (Blind Spot), detección de colisión por detrás y sistemas Precrash.

• Frecuencia de funcionamiento: 76-77 GHz
• Rango de detección: 0.36 – 100 m

Cámara mono-focal

Las cámaras mono-focales son unos elementos instalados en la parte frontal del vehículo a la altura del espejo retrovisor central. Como bien indica su nombre solo tienen un solo foco por donde se adquieren las imágenes y tras ser procesadas mediante algoritmos de inteligencia artificial se obtienen los obstáculos y su distancia aproximada. Remarco lo de aproximada porque al ser mono-focal la precisión de dicha distancia viene dada por la calibración de la misma y su algoritmo de procesado de datos.

Las cámaras suelen ser elementos que pueden sustituir a los radares ya que suelen ser más baratas y sirven para todos los siguientes escenarios:

• Lane Departure Warning (LDW o Aviso de Salida del Carril)
• Lane Keeping Assist (LKA o Asistente de Mantenimiento en el Carril)
• Road Sign Assistant (RSS o Asistente de Señales de Carril)
• Traffic Sign Recognition (TSR o Asistente de Señales)
• Intelligent Headlight Control (IHC o Control de Luces Inteligente)
• Auto Emergency Breaking (AEB o Frenada de Emergencia Automática)
• Predictive Pedestrian Protection (PPP o Protección Predictiva de Peatón)
• Traffic Jam Assist (TJA o Asistente de Atasco)
• Left Turn Assist (LTA o Asistente de Giro a Izquierdas)
• Highway assist (HA o Asistente de Autopista)

Como podéis ver con una cámara se puede hacer de todo, incluso cosas que por la naturaleza de un radar sería muy complicado como por ejemplo la detección de peatones. Dado que la reflectividad de una persona es muy baja, si no usamos técnicas como el análisis mediante efecto doppler, es casi imposible detectarlas. Sin embargo con una cámara detectar peatón, y más actualmente con los algoritmos de inteligencia artificial, es casi trivial… Lastima que una cámara mono no sea capaz de dar una medida de distancia tan fiable como el radar.

Con una cámara tendríamos aproximadamente (dependerá mucho del modelo) las siguientes especificaciones.

• 50º de campo de visión horizontal
• +27º / -21º de campo de visión vertical
• Rango de detección > 150 m
• Con una resolución aproximada de 2.6 MP

Cámara estéreo

De la misma manera que hay cámaras mono, también las hay de estéreo. Estas cámaras tienen dos objetivos lo que hace más fácil calcular con alta precisión la distancia que hay hasta el objeto detectado.

Como sería de imaginar, esta cámara es capaz de hacer lo mismo que la mono pero calculando la distancia con mayor precisión. Los contras son la dificultad de calibrar así como la complejidad de los algoritmos usados… por no hablar del precio final.

• 50º de campo de visión horizontal
• 28º de campo de visión vertical
• Rango de detección en estéreo > 55 m

Cámara de rango corto

En las dos ultimas cámaras hablábamos de sistemas de asistencia durante la conducción normalmente montado en la parte frontal del vehículo. En este caso, las cámaras son mucho más pequeñas y van montadas o bien en los retrovisores enfocando hacia atrás o bien en algún sitio de la parte trasera del vehículo.

Estas cámaras se suelen usar para dar soporte en el aparcamiento o bien para conformar un sistema multi-cámara que mediante técnicas avanzadas como el Data Fusion podemos obtener una visión 360 de lo que rodea al coche.

• Rango de visión horizontal entre 137º y 192º
• Rango de visión vertical > 94º
• Resolución al rededor de los 2 MP

LIDAR

Un LIDAR es un sistema de emisión y recepción de rayos láser, similar al funcionamiento de un RADAR. Como principal diferencia tenemos que se utilizan distinto tipo de ondas del espectro. Dado que sabemos la velocidad a la que viaja la luz y sabemos en que angulo el sensor ha detectado el rayo del LIDAR rebotado, podemos saber con gran precisión la distancia del objeto ya sea metálico o no. El problema de estos aparatos es la identificación por si misma de que objeto acabamos de detectar, por eso estos elementos por si solos no sirven de mucho. Siempre que veamos un LIDAR veremos algún sistema de apoyo como podría ser una cámara (y por supuesto un sistema de Data Fusion).

Sensores ultrasónicos

Por último tenemos los sensores de ultrasonidos encargados de detectar objetos a muy corta distancia. Son muy útiles cuando vamos a aparcar y necesitamos saber el espacio que nos queda para maniobrar. Se pueden utilizar también para detectar colisiones durante maniobras de giro en parking, esto haría que el vehículo frenase de manera automática y así evitásemos la colisión.

• Rango de detección de hasta 5.5 m
• Rango mínimo de 15 cm

Lo que ve un coche autónomo

Ahora que ya hemos visto los sensores del vehículo autónomo, veamos que sucede cuando juntamos algunos de los elementos explicados anteriormente.

En las siguientes imágenes veremos un coche de alta gama cuyas capacidades de detección son enormes gracias a que junta una gran cantidad de cámaras y radares. Veamos qué tiene un tesla…

Con una visión 360 grados y casi ningún angulo muerto, es capaz de tener un gran rendimiento. Claro queda que por parte de los algoritmos todavía queda mucho trabajo que hacer, pero por lo que hace a nivel de hardware, no nos podemos quejar en absoluto.

En el siguiente vídeo se le puede ver circulando por carretera al mismo tiempo que vemos todo lo que captan sus sensores. Un vídeo realmente muy interesante.

A parte de los modelos del TESLA, hay muchas otras marcas que están haciendo grandes esfuerzos para llevar sus vehículos a la excelencia en materia de conducción autónoma. Por desgracia, no todos nos dan tanta información como ellos.

El futuro de la automoción será muy interesante. Por supuesto queda mucha faena por hacer, hace falta mejorar en muchos aspectos. Y desde futuro coches esperamos poder iros contado cómo evolucionan estos sistemas y que podáis aprender junto con nosotros.