Tecnologie

L’importanza della combinazione dei sensori per l’autonomia dei veicoli

La tecnologia ADAS si estende ad applicazioni critiche e sensibili al tempo – come frenata di emergenza, avvertimento e prevenzione di collisioni frontali, rilevamento dell’angolo cieco – combinando i dati provenienti da più sensori, e consente una guida autonoma più sicura grazie decisioni affidabili e in tempo reale [...]
Miro Adzan

General Manager, Advanced Driver Assistance Systems, Texas Instruments

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Dalla lettura dei segnali stradali al mantenimento in corsia, oggi le telecamere basate sull’intelligenza artificiale rendono i nostri veicoli più intelligenti e sicuri. Ma cosa succede quando si alza la nebbia e la visione della telecamera è compromessa quanto quella del guidatore? Una telecamera può essere un’ottima soluzione per il riconoscimento degli oggetti, ma non è la scelta ideale in caso di maltempo o di notte. I radar, invece, continuano a funzionare anche in caso di pioggia, neve o nebbia. I sistemi di assistenza alla guida devono incorporare una serie di sensori diversi per consentire al veicolo di sfruttare appieno i benefici di queste tecnologie differenti”.

Quali vantaggi derivano dall’utilizzo di vari tipi di sensori nei sistemi Adas

Il vantaggio di utilizzare vari tipi di sensori non consiste semplicemente nel poter selezionare quello più adatto a seconda delle condizioni o delle applicazioni. Anche in condizioni di tempo sereno, una telecamera è migliore nel rilevare i dettagli degli oggetti, ma il radar misura la distanza di un oggetto più accuratamente.

Man mano che questi sistemi si estendono ad applicazioni critiche e sensibili a tempo – come la frenata di emergenza, il parcheggio automatico, l’avvertimento e la prevenzione di collisioni frontali e il rilevamento dell’angolo cieco –, i progettisti dovranno combinare queste diverse fonti di informazioni in un unico insieme per consentire di prendere decisioni affidabili in tempo reale.

“Per il parcheggio automatico è necessario combinare i dati provenienti da telecamere, radar e talvolta sensori a ultrasuoni per dare al veicolo un’idea precisa di quello che accade intorno a noi”, dichiara Curt Moore, responsabile generale dei processori Jacinto. ”Nessuno di questi sensori sarebbe sufficientemente preciso da solo, ma combinandolo con altri sensori è possibile ottenere una visione molto più accurata dello spazio intorno al nostro veicolo. Questo ci permette di parcheggiare in spazi molto ristretti senza il rischio di provocare danni.”

La proliferazione dei sensori automobilistici

I sistemi di sicurezza avanzati non sono più un’esclusiva delle automobili di fascia alta. Quasi il 93% dei veicoli prodotti negli Stati Uniti dispone di almeno una funzionalità ADAS, e la frenata di emergenza automatica è presente di serie nel 99% delle nuove automobili negli Stati Uniti.1

Questa evoluzione è dovuta alla riduzione dei costi e delle dimensioni dei sensori, come ad esempio i sensori radar mmWave di TI, che integrano un intero sistema radar in un chip grande come una moneta.

Dieci anni fa, i radar venivano utilizzati principalmente nelle applicazioni militari a causa delle dimensioni, dei costi e della complessità. Oggi, invece, il radar sta diventando un componente standard nelle automobili.

La diffusione di sensori a basso costo apre la strada a nuove applicazioni, ma crea anche nuove sfide per i tecnici ADAS, che devono progettare sistemi in grado di combinare tutti questi flussi di dati e di elaborarli in modo efficiente, rispettando rigidi vincoli di economicità e di alimentazione.

La fusione dei sensori in un sistema ADAS

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In un sistema ADAS a sensore singolo, la pre-elaborazione dei dati per il rilevamento degli oggetti avviene in prossimità del sensore per poter utilizzare i dati immediatamente. In un sistema ADAS la fusione dei sensori richiede tuttavia che i dati grezzi ad alta risoluzione vengano trasmessi istantaneamente a un’unità di elaborazione centrale, in modo da creare un modello unico e accurato dell’ambiente circostante che aiuti il veicolo a evitare collisioni.

”Con la grande quantità di dati provenienti da questi nodi sensori, la sfida consiste nel garantire che tutto sia sincronizzato, in modo che il veicolo possa comprendere cosa sta succedendo all’esterno e prendere decisioni critiche”, spiega Heather Babcock, responsabile generale dei prodotti FPD-Link di Texas Instruments. ”Per trasmettere i dati sincronizzati in tempo reale è importante disporre di una capacità di trasmissione ad alta larghezza di banda e non compressa, perché la compressione dei dati introduce latenze”.

Il protocollo di comunicazione FPD-Link, inizialmente creato per la trasmissione di flussi video digitali da processori grafici a schermi digitali, è stato progettato per trasmettere grandi quantità di dati non compressi su distanze di diversi metri, con cavi semplici e facilmente instradabili.

”Da un lato abbiamo un protocollo standard che viene convertito in un flusso FPD-Link seriale, che è un sistema di codifica proprietario estremamente sicuro e affidabile”, prosegue Heather. ”Dall’altro lato, un deserializzatore riceve i dati, li ricostruisce nel formato originale e li trasmette attraverso vari protocolli di interfaccia supportati dal portafoglio di prodotti TI”.

Consentire decisioni più efficienti nei sistemi ADAS

Una volta raggiunto il processore centrale, questi dati devono essere integrati in un modello unificato dell’ambiente circostante l’auto. Questa operazione richiede in genere l’elaborazione dei segnali e algoritmi di deep learning ad alta intensità di calcolo, con un conseguente aumento del consumo di energia e del calore prodotto.

Gli spazi ridotti di un’automobile impongono rigide limitazioni alle dimensioni e al peso delle batterie e dell’infrastruttura di raffreddamento, per cui i progettisti ADAS hanno bisogno di processori appositamente creati per eseguire queste operazioni nel modo più efficiente possibile.

I processori Jacinto combinano l’elaborazione digitale dedicata dei segnali (DSP) e nuclei di moltiplicazione delle matrici che operano con la più bassa potenza disponibile nel settore, anche a temperature fino a 125 °C.

”L’integrazione della tecnologia DSP e del processore in un sistema su un unico chip offre enormi vantaggi”, dichiara Curt. ”In caso contrario, ognuno di questi componenti necessita della propria memoria e alimentazione, aumentando i costi del sistema. L’altro vantaggio consiste nella riduzione della latenza grazie all’integrazione di queste operazioni in un unico chip”.

Oltre ai processori ad alta efficienza, i circuiti integrati per la gestione dell’alimentazione qualificati per il settore automotive con funzioni di sicurezza funzionale per la fusione dei sensori, le telecamere frontali e i controller di dominio migliorano l’efficienza e le funzionalità complessive all’interno del veicolo.

Oltre ai singoli componenti, l’ecosistema di prodotti ADAS è stato creato per garantire una perfetta compatibilità, offrendo ai produttori di automobili un portafoglio completo e scalabile in base alle esigenze e ai prezzi dei loro veicoli. Abbiamo progettato tutti i pezzi del puzzle ADAS tenendo conto delle varie sfide che deve affrontare un veicolo. Questo semplifica la progettazione del sistema per i clienti.

 

Note

1.) https://www.aaa.com/AAA/common/AAR/files/ADAS-Technology-Names-Research-Report.pdf

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