La próxima revolución en la ayuda a la conducción, ¿qué es y cómo funciona el sensor LiDAR?

Los sistemas de seguridad ADAS (Advanced Driver Assistance Systems, por sus siglas en inglés o ‘sistemas avanzados de ayuda al conductor’ en español), necesitan de ‘ojos’ que vean todo lo que sucede alrededor del coche. A partir de ahí, recogen esa información, para luego actuar en consecuencia y ayudar al conductor a tomar decisiones con seguridad.

Estos sensores siguen evolucionando, con cámaras cada vez más sofisticadas, que emplean algoritmos de aprendizaje automático para reconocer el entorno; y también con la adopción de los sensores LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging en inglés o ‘detección y alcance de imágenes láser’), que funcionan con tecnología láser.

Actualmente, solo los automóviles más sofisticados montan sensores LiDAR, pero en los próximos años esta tecnología se va a generalizar, por su reducción de costes, la producción de sistemas compactos y económicos por parte de la industria de componentes, y por todos los beneficios que aporta a la hora de generar un reconocimiento fiable del entorno del vehículo.

¿Cómo funciona el sensor LiDAR?

Esta tecnología se basa en un emisor láser, que emite rayos de luz infrarroja que impactan sobre los objetos y al rebotar son registrados por un receptor.

El sistema es capaz de medir, con precisión la distancia, posición y altura de ese objeto; realizando un escaneo. Su radio de alcance es de hasta 250 metros.

La gran ventaja del LiDAR respecto a una cámara es que el sistema informático del vehículo forma una nube de puntos que le permite generar una imagen tridimensional de ese objeto en tiempo real.

Además, es un sistema muy fiable, que funciona igual de día que por la noche y que permite generar representaciones fiables en condiciones meteorológicas adversas.

También este sistema actualiza en milisegundos la posición precisa de cada punto, lo que permite determinar el movimiento y la dirección de los objetos. El LiDAR permite, asimismo, que los ordenadores del vehículo realicen muchos cálculos por segundo y que los sistemas de seguridad tomen decisiones rápidas.

¿Qué aportan a los sistemas ADAS los sensores LiDAR?

Con la información extra que aporta el LiDAR, los sistemas ADAS pueden trabajar sobre la base de un reconocimiento del entorno aún mejor, y tener más datos para la toma de decisiones.

El sensor LiDAR complementa a las cámaras y los radares, y proporciona redundancia adicional en la detección de objetos alrededor del vehículo. Esto es especialmente útil en situaciones en las que las cámaras o el radar pueden fallar debido a las malas condiciones de visibilidad o a la interferencia de las señales de otros vehículos.

Y es que varios estudios han demostrado que la eficacia de los ADAS disminuye en condiciones de lluvia y nieve, o con el parabrisas sucio; y esta carencia puede solventarse incorporando un sensor LiDAR.

Siguiente nivel de conducción autónoma

Además, los sensores LiDAR permiten desarrollar funciones de asistencia a la conducción más sofisticada de nivel 3 de conducción autónoma, ya que esta tecnología mejora la capacidad de reconocer objetos, sus distancias, trayectorias y movimientos; y permite un mapeo 3D del entorno del vehículo, incluida la geometría de la carretera, las marcas de los carriles o las señales de tráfico.

Gracias a ello permite implementar sistemas como el asistente de conducción autónoma en autopista (HDAA – Highway Driving Autonomous Assistant), que permite al conductor circular por determinadas autopistas hasta 130 km/h sin tener que llevar las manos en el volante, acelerar o frenar. El conductor, que estará también monitorizado, solo tiene que mantener la atención en el tráfico para volver a tomar el control del vehículo cuando el sistema se lo solicite.

¿Dónde se ubica el sensor LiDAR?

La tecnología LiDAR es casi imprescindible para la conducción autónoma y se emplea desde hace años en los prototipos de desarrollo de coches autónomos. Estos coches usan un LiDAR con visión de 360 grados, que se monta en el techo del vehículo y gira sobre sí mismo (hasta 900 veces por minuto) para obtener un ángulo de visión de todo el entorno.

Pero los LiDAR han evolucionado hacia soluciones más prácticas, sencillas e implementables en modelos de gran volumen de producción, para servir de apoyo a los sistemas de seguridad ADAS. Esto sensores solo apuntan hacia la parte frontal del vehículo, con un ángulo de 120 grados de visión, recogiendo información de todos los objetos que pueden estar situados en la parte frontal del vehículo o en el parabrisas.

La ventaja de instalarlo tras el parabrisas es que se mantiene una posición de visión elevada, que los sensores están aislados y protegidos del exterior (agua, polvo, golpes, temperatura…) y que no afectan, en absoluto, al diseño o al rendimiento aerodinámico del vehículo.

Su ubicación en el parabrisas ha supuesto algunos retos de desarrollo. Y es que los parabrisas modernos disponen de una lámina que absorbe la radiación infrarroja para aislar el habitáculo del calor que produce y proteger de esa radiación a los ocupantes.

Estos tratamientos del parabrisas también bloquean, en cierta medida, los rayos láser del sensor LiDAR, tanto cuando son emitidos, como cuando vuelven rebotados de vuelta al sensor; lo que reduce su alcance y precisión. En pruebas realizadas por Hesai (empresa especializada en sensores láser) y Fuyao (empresa constructora de cristales para vehículos), el alcance del LiDAR con un parabrisas con tratamiento térmico se reduce de 250 a solo 60 metros de distancia.

Por este motivo, los principales fabricantes han desarrollado parabrisas con revestimientos antirreflejos, que ayudan a reducir el calor que entra al habitáculo a la vez que permiten la transmisión de los rayos láser infrarrojos con la longitud de onda específica que emplea el LiDAR. En la práctica, no es necesario que todo el parabrisas emplee esta tecnología, sino solo la parte que está sobre el módulo de los sensores.

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