I sensori automotive vengono utilizzati nel settore dell’industria automobilistica contribuendo significativamente alla sicurezza, all’efficienza e alle prestazioni dei veicoli moderni. Questi dispositivi avanzati sono progettati per rilevare, misurare e trasmettere dati essenziali relativi al funzionamento del veicolo. Nell’ambito dell’automotive, l’impiego dei sensori è diventato sempre più ampio e diversificato, coprendo una vasta gamma di funzioni che vanno dal monitoraggio delle prestazioni del motore alla guida autonoma. In questa guida completa esploreremo approfonditamente i diversi tipi di sensori utilizzati nell’industria automotive, comprese le loro funzioni, le applicazioni e la loro importanza nel funzionamento dei diversi veicoli.
I diversi sensori nell’automotive
L’industria automobilistica è in continua evoluzione, e una delle sue principali protagoniste è la tecnologia dei sensori. Questi piccoli dispositivi, spesso non visibili, sono il ponte tra il veicolo e il mondo esterno, garantendo sicurezza, efficienza e un’esperienza di guida ottimale. Nel seguente paragrafo, esploreremo il ruolo cruciale e la varietà dei sensori nel panorama automotive attuale.
Sensore ultrasonico
Uno dei sensori più comuni nell’automotive è il sensore ultrasonico, noto anche come sensore di distanza a ultrasuoni. Questo strumento sfrutta il principio degli ultrasuoni per rilevare gli ostacoli circostanti durante le manovre di parcheggio. Funzionando a ultrasuoni, il sensore invia impulsi sonori e misura il tempo necessario al loro ritorno, calcolando così la distanza dagli oggetti circostanti. Questi sensori sono essenziali per i sistemi di parcheggio assistito e i sistemi di ausilio al parcheggio, rendendo più sicure e agevoli le manovre di parcheggio.
Sensori di velocità
I sensori di velocità monitorano la velocità del veicolo, fornendo dati cruciali al sistema di controllo del motore e all’ABS. Due dei tipi di sensori di velocità più comuni sono quelli magnetici e quelli a effetto Hall. Il sensore magnetico utilizza un’imbottitura magnetica posizionata vicino a un disco rotante, mentre il sensore a effetto Hall sfrutta il campo magnetico generato dalla rotazione di una corona dentata. Questi sensori sono fondamentali per il corretto funzionamento del motore e per garantire una guida sicura in diverse condizioni stradali.
Sensori di posizione
I sensori di posizione, noti anche come sensori di posizione dell’albero a camme o sensori di posizione del pedale dell’acceleratore, rilevano la posizione di componenti cruciali nel veicolo. Ad esempio, il sensore di posizione dell’albero a camme rileva la posizione dell’albero a camme e invia queste informazioni all’ECM per regolare il momento di accensione e l’iniezione del carburante. Allo stesso modo, il sensore di posizione del pedale dell’acceleratore misura il grado di apertura dell’acceleratore, contribuendo a controllare la quantità di carburante iniettato nel motore. Questi sensori sono vitali per l’ottimizzazione delle prestazioni e dell’efficienza del motore.
Sensori di accelerazione
I sensori di accelerazione, noti anche come accelerometri, misurano le variazioni dell’accelerazione longitudinale, laterale o verticale del veicolo. Questi sensori sono di fondamentale importanza per i sistemi di controllo della stabilità, del controllo della trazione e dell’assistenza alla guida. L’accelerometro utilizza il principio della forza di inerzia per rilevare qualsiasi cambiamento nell’accelerazione del veicolo. Queste informazioni vengono trasmesse ai sistemi di controllo, che reagiscono regolando il sistema di sospensione, i freni e altre componenti del veicolo per garantire una guida sicura e stabile.
Sensori di forza nell’automotive
I sensori di forza misurano la forza esercitata su determinate componenti del veicolo, come il pedale del freno o il volante. Queste informazioni sono utilizzate per garantire il corretto funzionamento dei sistemi di assistenza alla frenata, del controllo elettronico della stabilità e di altre funzioni di sicurezza. Ad esempio, il sensore di forza sul pedale del freno rileva la pressione applicata dal guidatore sul pedale, consentendo al sistema di frenata antibloccaggio di regolare la pressione del freno per evitare il bloccaggio delle ruote durante una frenata di emergenza. I sensori di forza contribuiscono così a migliorare la sicurezza e la stabilità del veicolo durante la guida.
Sensori di detonazione
I sensori di detonazione, noti anche come sensori knock, monitorano le detonazioni del motore. Questi sensori sono essenziali per prevenire danni causati da una combustione irregolare e per garantire un funzionamento sicuro ed efficiente del motore. La detonazione, o bussata, può verificarsi quando il combustibile non brucia in modo uniforme all’interno della camera di combustione, generando piccoli detriti metallici noti come “battiti”. I sensori di detonazione rilevano queste anomalie e inviano segnali all’ECM, che corregge automaticamente l’accensione e l’iniezione del carburante per evitare danni al motore. Grazie a questi sensori, i motori moderni possono funzionare a livelli ottimali di efficienza e prestazioni, riducendo al minimo l’impatto ambientale e prolungando la durata del motore.
Sensori lambda
I sensori lambda, noti anche come sensori di ossigeno, misurano la quantità di ossigeno nei gas di scarico. Queste informazioni sono essenziali per la gestione del motore e per regolare la quantità di carburante iniettato nel motore. Il sensore lambda utilizza una sonda montata nel sistema di scarico per monitorare i livelli di ossigeno nei gas di scarico. In base alle letture della sonda lambda, il sistema di gestione del motore regola il rapporto aria-carburante per garantire una combustione ottimale. Questo contribuisce a migliorare l’efficienza del combustibile e a ridurre le emissioni nocive, promuovendo una guida più ecologica e sostenibile.
I radar nell’automotive
Il radar è una tecnologia di rilevamento utilizzata ampiamente nei sistemi di assistenza alla guida. Questa tecnologia si basa sull’emissione di onde radio o microonde per rilevare la distanza, la velocità e l’angolo di oggetti circostanti. Nel settore automotive, il radar è spesso impiegato nel cruise control adattivo, nell’avviso di collisione frontale e in altri sistemi di sicurezza avanzati. Il radar consente al veicolo di rilevare la presenza di altri veicoli o oggetti sulla strada e di adattare la velocità e la distanza di sicurezza per evitare collisioni o ridurre i danni in caso di incidenti.
Telecamere smart per automotive
Le telecamere svolgono un ruolo fondamentale nei sistemi avanzati di assistenza alla guida, fornendo immagini in tempo reale dell’ambiente circostante. Queste telecamere sono utilizzate per una vasta gamma di applicazioni, tra cui la visione notturna, il riconoscimento dei segnali stradali, il parcheggio automatico e altro ancora. Le telecamere utilizzano l’ottica e i sensori CMOS o CCD per catturare immagini ad alta risoluzione e trasmetterle ai sistemi di elaborazione delle informazioni. Questi sistemi analizzano le immagini per riconoscere segnali stradali, pedoni, veicoli e altri oggetti, consentendo al guidatore di prendere decisioni informate e migliorando la sicurezza durante la guida.
Tecnologia Lidar
Il Lidar, acronimo di “light detection and ranging”, è una tecnologia di rilevamento simile al radar, ma utilizza impulsi laser anziché onde radio. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata nei veicoli a guida autonoma per percepire l’ambiente circostante con grande precisione. Un sistema Lidar invia impulsi laser nell’ambiente circostante e misura il tempo necessario al loro ritorno, calcolando così la distanza dagli oggetti circostanti. Questi dati vengono utilizzati per creare una mappa dettagliata dell’ambiente, consentendo al veicolo autonomo di navigare in modo sicuro e reagire alle varie situazioni stradali.
I sensori NVH (Noise, Vibration, Harness)
I sensori NVH sono progettati per misurare il rumore, le vibrazioni e l’asprezza all’interno del veicolo. Questi sensori sono utilizzati per valutare la qualità del veicolo e il comfort dei passeggeri. Il rumore, le vibrazioni e l’asprezza possono indicare problemi di progettazione, di fabbricazione o di funzionamento che possono influire sulla sicurezza e sull’affidabilità del veicolo. I sensori NVH sono posizionati in punti strategici del veicolo, come all’interno dell’abitacolo, del motore e delle sospensioni, e trasmettono le informazioni ai sistemi di controllo e di monitoraggio. Questi dati aiutano i progettisti e gli ingegneri a identificare e risolvere eventuali problemi per migliorare l’esperienza di guida e garantire la massima qualità del veicolo.
L’uso del Debimetro
Il debimetro è un sensore che misura la quantità di aria aspirata dal motore. Questa informazione è cruciale per la gestione del motore e per regolare la quantità di carburante iniettato nel motore. Il debimetro si trova nella presa d’aria del motore e utilizza diverse tecnologie, come il filo caldo o il tubo a Venturi, per misurare la quantità di aria che entra nel motore. Le letture del debimetro vengono utilizzate dall’ECM per calcolare la quantità di carburante necessaria per ottenere la miscela aria-carburante ottimale, garantendo così un funzionamento efficiente ed ecologico del motore.
Sensori e guida autonoma
Sono diversi i tipi di sensori utilizzati ma sono tre le tipologie che giocano il ruolo principale nelle applicazioni ADAS (Advanced Driver Assistance Systems, ovvero Sistema Avanzato di Assistenza alla Guida) e che quindi diventano elementi chiave verso veicoli connessi e autonomi. Innanzitutto ci sono i sensori ottici per soluzioni basate sulla cattura di immagini. Questi sensori sono versatili, cost effective e applicabili in diverse funzioni ADAS ma possono essere influenzati dalle cattive condizioni atmosferiche e altri condizionamenti ambientali e richiedono algoritmi software complessi per riconoscere altri oggetti o persone.
Ci sono poi i sistemi LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) che utilizzano una scansione laser per generare una visione 3D dell’ambiente circostante. I lidar sono meno sensibili alle condizioni atmosferiche e forniscono direttamente la posizione degli oggetti che circondano il veicolo. Allo stesso tempo, sono un po’ più ingombranti, richiedono un montaggio esterno e sono più costosi.
Infine, abbiamo i sistemi radar con frequenze tra 20 e 80 GHz per determinare distanza, velocità e direzione degli oggetti circostanti. Questa tecnologia è meno soggetta di altre alle condizioni atmosferiche ma sono legati al compromesso tra la distanza misurabile e l’angolo operativo. Per esempio radar a lungo raggio possono rilevare ostacoli fino alla distanza di 250 metri ma l’angolo di rilevamento è ridotto. Come conseguenza gli “adaptive cruise control” devono spesso combinare radar a lungo e corto raggio.
Il futuro dei sensori nell’automotive
In conclusione, i sensori automotive rappresentano una componente essenziale del panorama tecnologico dei veicoli moderni. Dal rilevamento degli ostacoli tramite sensori ultrasonici al monitoraggio della velocità del veicolo mediante sensori di velocità, questi dispositivi contribuiscono a garantire una guida più sicura, efficiente e confortevole. La costante evoluzione delle tecnologie sensoriali ha consentito lo sviluppo di sistemi di assistenza alla guida sempre più avanzati, avvicinando sempre più il sogno della guida autonoma.
L’integrazione di radar e Lidar ha aperto la strada alla guida autonoma, con i veicoli che sono in grado di percepire il loro ambiente circostante e prendere decisioni informate in tempo reale. Allo stesso tempo, i sensori di detonazione, i sensori lambda e i sensori di forza contribuiscono a migliorare le prestazioni del motore e a ridurre le emissioni, rendendo i veicoli più efficienti e rispettosi dell’ambiente.
I sensori NVH hanno un ruolo cruciale nel garantire la qualità dei veicoli e il comfort dei passeggeri, poiché misurano e monitorano il rumore e le vibrazioni all’interno del veicolo. Infine, i debimetri svolgono un ruolo chiave nella gestione del motore, regolando l’apporto di carburante per massimizzare l’efficienza del motore.
In sintesi, l’utilizzo di sensori automotive è destinato a crescere ulteriormente nel settore automobilistico, poiché l’industria continua a cercare soluzioni innovative per migliorare la sicurezza, l’efficienza e l’esperienza di guida. Con tecnologie sempre più sofisticate e avanzate, i sensori automotive stanno plasmando il futuro della mobilità, aprendo la strada verso un mondo in cui i veicoli saranno sempre più intelligenti, sicuri e sostenibili.
