Publicado el

¿Qué sensores se utilizan en los vehículos autónomos?

A medida que los vehículos autónomos están cada vez más cerca de ser una realidad, mayor es el número de empresas emergentes, universidades, fabricantes de coches y empresas tecnológicas que están realizando una importante inversión en el desarrollo de la conducción automatizada…y parece que van a seguir haciéndolo.

Si está iniciando el camino hacia la autonomía, puede que le resulte complicado saber por dónde empezar. Si está empezando a aprender un poco sobre la tecnología autónoma, este resumen le resultará realmente útil.

¿Por qué los vehículos autónomos necesitan tantos sensores?

Imagínese que conduce por la carretera con el parabrisas completamente congelado. En cuestión de segundos, podría golpear algo o salirse de la carretera.

Es lo mismo en los vehículos autónomos. Deben ser capaces de «ver» lo que hay alrededor para saber por dónde pueden o no pueden conducir, detectar otros vehículos que también circulen por la carretera, detenerse para que pasen los peatones y manejar cualquier circunstancia que pueda surgir.

En cuanto al alcance, cada tipo de sensor tiene sus virtudes y defectos, capacidades de detección y fiabilidad. Se necesita todo un conjunto tecnológico para proporcionar la redundancia necesaria y poder detectar el entorno de forma segura. La combinación de dos sensores diferentes, como una cámara y un radar, se denomina fusión de sensores.

Vehículos Volvo de nueva generación que se equiparán con sensores Luminar de tecnología LiDAR para una conducción automática segura

Categorías de sensores de vehículos autónomos

Existen dos tipos de sensores dentro del sector del automóvil: activos y pasivos.

Los sensores activos envían energía en forma de onda y buscan los objetos según la información que reciben. Un ejemplo es el radar, que emite ondas de radio que se devuelven mediante objetos reflectantes situados en la ruta del haz de radar.

Sensores pasivos simplemente obtienen información del entorno sin emitir ningún tipo de onda, como una cámara.

Cámaras

ASPECT 360° Vehicle-Mounted Panoramic Camera

Las cámaras ya son muy habituales en los vehículos modernos. Desde 2018, todos los vehículos nuevos fabricados en EE. UU. exigen, como norma, la instalación de cámaras traseras. Cualquier vehículo con un sistema LDW (Lane Departure Warning – Aviso de Cambio carril) utilizará una cámara delantera para detectar las marcas viales de la carretera.

Es lo mismo en los vehículos autónomos. Hoy en día, casi todos los vehículos en desarrollo tienen algún tipo de cámara de luz visible para detectar las marcas viales: muchos de ellos tienen varias cámaras o cámaras panorámicas para crear una vista en 360º del entorno del vehículo, como la cámara Aspect 360 de Observant Innovations, que podemos observar en la imagen de la izquierda.

Las cámaras son excelentes para detectar y reconocer objetos: los datos de imagen que producen se pueden transmitir a algoritmos basados en inteligencia artificial y así realizar una clasificación de objetos.

Algunas empresas, como Intel Mobileye, basan prácticamente toda su tecnología de sensores en las cámaras. Sin embargo, esto también tiene sus inconvenientes. Ocurre lo mismo que con nuestros propios ojos: las cámaras de luz visible tienen capacidades limitadas en condiciones de baja visibilidad. Además, el uso de varias cámaras genera una gran cantidad de datos de vídeo que se deben procesar y esto requiere un hardware informático bastante considerable.

Además de las cámaras de luz visible, también existen cámaras de infrarrojos, que proporcionan un rendimiento óptimo en la oscuridad y funciones de detección adicionales.

Radar

Al igual que en el caso de las cámaras, algunos coches normales ya cuentan con los sensores de radar como parte de sus sistemas de ayuda a la conducción, por ejemplo, el control de crucero adaptativo.

El radar del sector del automóvil suele ser de dos tipos: de 77 GHz y de 24 GHz. El radar de 77 GHz pronto estará disponible en vehículos de pasajeros. Los radares de 24 GHz se utilizan para aplicaciones de corto alcance, mientras que los sensores de 77 GHz se utilizan para detección de largo alcance.

La detección de objetos metálicos es el punto fuerte de los radares. Tienen una capacidad limitada de detección de objetos pero pueden indicar de forma muy precisa la distancia a la que se encuentra el objeto detectado. Sin embargo, los objetos metálicos inesperados situados en los laterales de la carretera, como un guardarraíl abollado, pueden provocar señales del radar inesperadas de las que tienen que ocuparse los ingenieros de desarrollo.

LiDAR

Integración en coche del Ouster OS0 LiDAR
Sensor LiDAR gran angular OS0 Ouster integrado en un vehículo autónomo

LiDAR (Light Detection and Ranging) es una de las tecnologías punta más utilizada en vehículos autónomos y lo ha sido desde los inicios del desarrollo de vehículos autónomos. Se trata de una tecnología extremadamente versátil y que se utiliza cada vez más en una amplia gama de aplicaciones.

Los sistemas LiDAR emiten rayos láser que son seguros para el ojo humano. Los rayos golpean los objetos del entorno y rebotan llegando al fotodetector. Los rayos que rebotan se unifican en una especie de nube de puntos, creando una imagen tridimensional del entorno.

Esta información es realmente valiosa, ya que permite al vehículo detectar cualquier cosa de su entorno: vehículos, edificios, peatones o animales. Es por ello que infinidad de vehículos tienen un sensor LiDAR de rotación de 360 grados de gran tamaño en el techo que proporciona una visión completa de los alrededores.

LiDAR es un sensor potente, pero también es el más caro entre los usados en vehículos autonómos. Varios de estos exclusivos sensores pueden llegar a costar miles de dólares. Sin embargo, hay varios investigadores y empresas emergentes que están trabajando en las nuevas tecnologías LiDAR, incluyendo sensores de estado sólido, que son bastante más asequibles, como Oustery Luminar.

Sensores ultrasónicos

Los sensores ultrasónicos han sido un elemento común en los vehículos desde los 90 para utilizarlos como sensores de aparcamiento y, además, tienen un precio bastante asequible. Su rango se puede limitar a solo unos metros en la mayoría de aplicaciones, pero son ideales para proporcionar funciones de detección adicionales compatibles en casos de baja velocidad.

Los sensores mencionados anteriormente no son la única fuente de información para que un vehículo autónomo sepa dónde está y hacia dónde debe ir. Otras fuentes de información son las unidades de medición inercial IMU (Inertial Measurement Unit), los GPS, la comunicación V2X (Vehicle-to-Everything) y los mapas de alta definición.

Los sensores ultrasónicos convencionales del sector del automóvil proporcionan un voltaje de salida similar que está relacionado con la distancia de un objeto. Su precio es bajo, pero se necesita hardware adicional – como el kit de detección de Neobotix – para interpretar estos datos y que sean adecuados para una solución autónoma externa controlada por ordenador.

Sensor Toposens TS3

El fabricante alemán Toposens ha desarrollado sensores ultrasónicos para proporcionar un resultado similar a una nube de puntos a una resolución mucho mayor. Como resultado, proporciona más niveles de precisión y mayor información sobre los objetos.

GNSS

Los sistemas globales de navegación por satélite utilizan la triangulación para determinar la posición de un receptor en el espacio tridimensional, calculando la distancia entre el vehículo y varios satélites en la órbita geoestacionaria. Se utilizan entre 5 y 15 satélites, aunque estas señales son débiles y se pueden modificar por interferencias en la atmósfera de la Tierra, pueden rebotar en edificios (efecto de cañón urbano) y pueden interferirse fácilmente (suplantación).

Los principales métodos utilizados para superar estos obstáculos son: «RTK» (navegación cinética satelital en tiempo real – Real Time Kinetic), la transmisión de una señal de tiempo desde la red móvil local y el uso de una IMU. La forma en la que se combinan estas señales determinará la calidad de la información recibida sobre la ubicación. Estos sistemas avanzados pueden alcanzar una precisión de posicionamiento de alrededor de 1 cm

El denominado GPS (Sistema de posicionamiento global) está formado por una red de satélites gestionado por el gobierno de EE. UU. También se utilizan los satélites de China (BAIDU), Europa (GALILEO) y Rusia (GLONASS) para garantizar que el sistema GNSS que desee utilizar puede recibir las señales perfectas para su área geográfica.

Otros sensores

Los sensores con sistemas electromecánicos de un vehículo también son muy importantes. Pueden ser sensores angulares y de rotación sobre la columna de dirección, la odometría de neumáticos y la respuesta de la rotación que transmite el sistema de frenado.

Resumen

Todos estos sensores producen diferentes tipos de datos… e infinidad de ellos. Se necesita una importante plataforma informática para unir todos estos datos y crear una visión consolidada del entorno del vehículo. Fundada en 2019, Level Five Supplies es un importante proveedor de hardware y tecnología para vehículos autónomos.