Con il passare del tempo, i veicoli diventano più sofisticati e incorporano sistemi avanzati di assistenza alla guida per consentire loro di aiutare il conducente e, in ultima analisi, di diventare autonomi, quindi hanno bisogno di dati per prendere la decisione migliore in ogni situazione. In molti casi, ciò comporta la traduzione di una proprietà fisica, come pressione o temperatura, o di un movimento meccanico (spostamento o rotazione) in un segnale elettrico che possa essere elaborato e su cui agire. Questo articolo tecnico vuole essere una guida per i progettisti che devono affrontare la scelta di sensori più idonei per le applicazioni automobilistiche.
Introduzione
I veicoli moderni integrano molti elementi di rilevamento. Il loro numero sta crescendo rapidamente poiché le case automobilistiche li considerano fondamentali per la sicurezza stradale, oltre a un mezzo di differenziazione rispetto alla concorrenza. Governi e organismi di regolamentazione concordano e stanno ora iniziando a rendere obbligatori determinati tipi di rilevamento e monitoraggio prima che i veicoli possano essere venduti. Le tipologie di sensori variano enormemente, dai semplici dispositivi di tipo resistivo ai moderni sensori visivi che garantiscono elevate prestazioni ad alta risoluzione, spesso con elaborazione integrata, rilevamento e correzione degli errori.
Tipologie di sensori nelle applicazioni automotive moderne
Man mano che i veicoli diventano più complessi, gli ingegneri hanno scoperto che è utile segmentare il veicolo in diversi settori, poiché le esigenze dei sensori e l'ambiente in cui opereranno sono simili in ogni settore. Tra tutti i settori dell’automotive, i tre principali sono descritti di seguito.
Trasmissione: include tutto ciò che serve per far muovere il veicolo. Nei veicoli con motore a combustione interna sono inclusi il motore, la trasmissione e tutti i controlli e la diagnostica associati. Questa tipologia di elementi si ritrova anche nei molti tipi di veicoli elettrici e anche nei veicoli ibridi, sebbene con i motori di trazione elettrica che sostituiscono i motori a combustione interna dei tradizionali veicoli.
Telaio: si riferisce a tutto ciò che serve per la manovrabilità del veicolo, che include sterzo, sospensioni, frenata e stabilità del veicolo, nonché molte funzioni relative alla sicurezza.
Carrozzeria: questa categoria viene utilizzata per definire tutte le aree che non sono trasmissione o telaio, e si occupa principalmente di tutti gli aspetti delle esigenze degli occupanti, tra cui sicurezza, protezione, comfort, praticità e fornitura di informazioni.
Poiché le case automobilistiche cercano costantemente di migliorare la sicurezza e l'efficienza operativa dei veicoli, la maggior parte degli utilizzi della tecnologia dei sensori è orientata verso uno o entrambi questi obiettivi. All'interno del gruppo propulsore, la pressione e la temperatura sono le due forme di misurazione più comuni per fornire all'unità di controllo del motore (in inglese: Electronic Control Unit - ECU) i dati necessari per rimettere a punto il motore per la massima efficienza. Il rilevamento della pressione avviene in molte aree del motore, tra cui il collettore di scarico, il cilindro, il sistema di iniezione del carburante e il riciclo dei gas di scarico. I sensori di temperatura sono più spesso utilizzati nel collettore e nello scarico, nonché per monitorare la temperatura del refrigerante. Inoltre, il rilevamento del gas è comune nei motori a combustione interna per controllare il processo di combustione incluso nel cilindro e per confermare il rapporto aria-carburante. Il rilevamento meccanico sotto forma di rilevamento della posizione rotativa viene utilizzato per confermare la posizione dell'albero motore e dell'albero a camme, nonché del corpo farfallato e del pedale dell'acceleratore.
All'interno del telaio, l'attenzione è molto più rivolta alla sicurezza e al movimento dei vari componenti. La velocità di rotazione delle ruote è essenziale per i sistemi di frenata antibloccaggio (ABS) e la stabilità generale. Per sospensioni attive più avanzate, è importante conoscere parametri quali lo spostamento dei montanti delle sospensioni, l'altezza del telaio e l'accelerazione della carrozzeria su tutti e tre gli assi. Man mano che sempre più veicoli passano al drive-by-wire (è la tecnologia che utilizza sistemi elettronici o elettromeccanici al posto dei collegamenti meccanici per controllare le funzioni di guida), l'angolazione e la coppia applicata al volante dal conducente diventeranno input essenziali per il sistema. Misurazioni più semplici, ma essenziali, includono la pressione degli pneumatici e il livello del serbatoio del liquido dei freni.
Mentre continuano a esserci sviluppi nella tecnologia utilizzata nel settore del telaio e nel gruppo propulsore, i cambiamenti più rapidi e significativi si stanno verificando nel rilevamento della carrozzeria del veicolo. In questo settore, ci sono alcune aree principali di attività tra cui sicurezza, intelligenza, navigazione, comfort/praticità e protezione, sebbene molti sistemi comprendano più di una di queste aree. In termini di sicurezza, il rilevamento degli urti è una delle funzioni più importanti, che utilizza accelerometri per rilevare una rapida decelerazione (o accelerazione per un tamponamento) e per rilevare se il veicolo si è ribaltato. Gli output di questi sensori guideranno i sistemi e-call (si tratta di sistemi che inviano una chiamata di soccorso in caso di emergenza o sinistro ad un'unica centrale di emergenza identificata dal numero telefonico 112). L'operatore del 112 che riceve l’e-call, inoltra la chiamata alla centrale operativa competente per tipologia di emergenza, che, a sua volta, avrà il compito di inviare il soccorso immediato. Il sensore di inclinazione ha un duplice utilizzo in quanto fa anche parte del sistema di sicurezza, rilevando movimenti indesiderati del veicolo, ad esempio, quando è parcheggiato e bloccato, il veicolo non dovrebbe muoversi!
Il rilevamento di tutto ciò che si trova nel campo visivo e attorno al veicolo nelle sue molteplici forme (sensori di immagine, radar, LiDAR, ultrasuoni, ecc.), è uno dei progressi più importanti nella tecnologia dei veicoli. Ciò facilita il rilevamento degli oggetti per i sistemi ADAS e molte altre funzionalità come la visione a 360 gradi, il rilevamento dei limiti di velocità, la sorveglianza degli angoli ciechi, l'assistenza al cambio di corsia, le telecamere anteriori e posteriori per la retromarcia (le telecamere posteriori per la retromarcia ora sono obbligatorie in alcuni paesi), e altro ancora. Mentre, precedentemente, i sistemi di visione erano esclusivamente esterni, ora vengono utilizzati nell'abitacolo per monitorare l'attenzione del conducente e la stessa telecamera può essere utilizzata per altre applicazioni, come la determinazione del numero e delle dimensioni dei passeggeri, un utile input per il sistema airbag.
Infatti, quasi tutto ciò che il conducente fa attualmente viene aumentato o sostituito da un sistema automatizzato che coinvolge una qualche forma di rilevamento. Il funzionamento dei fari è spesso automatizzato e sofisticato, modellando il fascio per fornire la massima illuminazione senza influire negativamente sugli altri utenti della strada. Ad esempio, una delle funzioni automatizzate dei fari è lo spegnimento automatico degli abbaglianti quando il veicolo incontra un altro veicolo che procede in direzione opposta.
ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 1962 parole ed è riservato agli ABBONATI. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici che potrai leggere in formato PDF per un anno. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.
