Uno de los principales objetivos de las empresas de automoción es conseguir lanzar al mercado un vehículo que sea lo más autónomo posible, haciendo la conducción más sencilla y, sobre todo, segura para reducir el número de accidentes de tráfico.
Durante los últimos años, la introducción de ADAS (Advanced Driver-Assistance System) se ha incrementado progresivamente, implementando en los coches diferentes elementos como sensores radar, sensores de ultrasonidos o cámaras que permiten a los coches tomar el control en algunos aspectos de la conducción como frenado de emergencia, activación del control de crucero o asistencia en el aparcamiento.
Sin embargo, todos los sensores que automatizan la conducción deben estar ocultos y protegidos del exterior por razones tanto aerodinámicas como estéticas y ambientales. Para los fabricantes de automóviles es un desafío integrar estos radares sin degradar su funcionamiento y manteniendo una apariencia atractiva y, al mismo tiempo, cumplir con la normativa que le apliquen.
Si a todas estas dificultades le añadimos la competitividad del mercado y la necesidad de lanzar el vehículo mejor equipado en menor tiempo posible, se hace inviable realizar todo este proceso sin el uso de programas de simulación que permitan realizar un estudio exhaustivo de dichos sensores.
Para proteger estos sensores se hace uso de radomos, que son básicamente carcasas de formas y materiales específicos que cubren el sensor correspondiente. En este sentido, la simulación de dichos radomos es imprescindible para evitar que la funcionalidad y las prestaciones de los sensores se vean degradadas. Cualquier degradación en la funcionalidad del sensor puede suponer que el sistema ADAS no funcione correctamente y se pueda comprometer la seguridad del sistema y de la conducción, con todos los riesgos que eso conlleva.
Ya son varias las compañías del sector de la automoción que han introducido el uso de SIMULIA CST Studio Suite para realizar la simulación de dichos sensores con los radomos, y su integración dentro del vehículo, permitiéndoles crecer a nivel de negocio en un tipo de producto de mayor valor en el mercado. Y todo ello es posible gracias a la cantidad de solvers (herramientas que permiten resolver las ecuaciones de Maxwell) integrados en CST Studio Suite que permiten adecuar la simulación a las necesidades del entorno.
Figura 1. Uso de diferentes solvers para cada entorno de simulación.
Además, hay que tener en cuenta que debido a la frecuencia de funcionamiento de dichos sensores (en torno a 77GHz), cualquier perturbación de su entorno puede suponer que dicha antena no funcione correctamente.
Figura 2. De izquierda a derecha: Antena radar de 77 GHz para automoción. Diagrama de radiación obtenido.
Gracias al uso de la herramienta de simulación CST Studio Suite, es posible realizar estudios de las diferentes formas y materiales que puede tener un radomo sobre el sensor, y ver la posible degradación o no de las prestaciones de dicho sensor.
Figura 3. De izquierda a derecha: Radomo cuadrado. Radomo esférico. Abajo: Distintos resultados obtenidos para campo lejano en función de la geometría del radomo y su material.
También nos va a permitir realizar el estudio de funcionamiento de la integración del sensor en el automóvil, haciendo uso de uno de sus solvers específicos que permite reducir el tiempo de simulación y la necesidad de recursos hardware mediante el mallado (división en celdas para resolver los campos electromagnéticos) únicamente de la superficie del vehículo.
Figura 4. Izquierda: antena de radio y su radomo en 3D. Derecha: Mallado de la superficie del coche y posicionado de la antena de radio.
Además, el uso de SAM permite de una forma sencilla, gracias a su intuitiva interfaz, que cada elemento unitario se ha diseñado y simulado, combinando todos los elementos en un modelo full 3D para comprobar la funcionalidad a nivel de sistema y así asegurar que no habrá problemas de interoperabilidad o prestaciones.
Figura 5. Radiación de antena de radio sobre el vehículo.
En resumen, SIMULIA CST Studio Suite es una herramienta muy potente que permite realizar de forma rápida y muy intuitiva el estudio del uso de radomos en los sensores radar de vehículos y estudiar su integración dentro del mismo, de tal forma que facilita sustancialmente el cerciorarse que las prestaciones de dichos sensores no están comprometidas por el uso de materiales de cobertura encima de ellos. De esta forma, se asegura de que la integración de dichos sensores dentro del vehículo funcionarán de forma correcta, reduciendo considerablemente el tiempo y la complejidad de pruebas de integración que serían necesarias, y haciendo viable el objetivo marcado por el sector de buscar coches cada vez más autónomos, con una conducción sencilla y cada vez más segura.
Artículo creado por Raquel Villena, RF Engineer en The CT Engineering Group.
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