Hella: come funzionano i sensori Rain&Light

Hella è un colosso nel settore delle forniture di sistemi e componenti OEM e aftermarket per l’industria automotive e molti dei suoi prodotti, anche se nascosti agli occhi di chi l’automobile la utilizza, sono di fondamentale importanza per la funzionalità e la sicurezza.

I due settori più importanti sono senza dubbio quello dell’Automotive Lighting (illuminazione) e dell’Automotive Electronics, a cui si affiancano quelli dell’Aftermarket e le Applicazioni Speciali.

Queste ultime sono un aspetto interessante del business Hella poichè sono componenti nati su specifiche dei grandi Costruttori che ormai maturi e ben consolidati possono essere, come dicono in Hella neutralizzati e possono quindi entrare in un catalogo accessibile anche ad aziende con volumi produttivi medio-bassi; un aspetto importante, poiché spesso questi produttori non sanno che anche una multinazionale come Hella potrebbe diventare un loro fornitore, disposto in certi casi anche a un’eventuale customizzazione di un prodotto standard.

Hella, azienda globale, è anche in Italia

Gli oltre 36.000 addetti worldwide, di cui circa 8.000 nel settore R&D, operano in 125 siti sparsi in 35 Paesi. Tra questi c’è l’Italia e in particolare la sede di Avigliana, in provincia di Torino, dove ci sono competenze nello sviluppo di componenti che poi vengono prodotti e distribuiti su tutti i mercati ve ne sia richiesta.

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Il sistema Texa garantisce la perfetta riproduzione dell’immagine virtuale sullo schermo, a garanzia della calibrazione dei sensori entro i parametri definiti dal Costruttore.

Abbiamo raggiunto, seppure per via digitale, gli uffici di questo sito per farci spiegare da Salvatore Lupo e Tullio Candeloro, due ingegneri, il funzionamento di una serie di sensori che semplificano la vita a bordo della nostra auto. Iniziamo la serie con sensore RLS (Rain Light Sensor) di pioggia e luce, che di fatto oltre a questa funzione ne integra anche altre di pari importanza. 

Prima funzione: rilevare la pioggia

“Il nostro sensore, giunto oggi alla quarta generazione, può arrivare ad offrire fino a 5 funzionalità”, esordisce l’ingegner Lupi. “Può infatti rilevare la pioggia, per il controllo automatico dei tergicristalli, la luce, per l’attivazione dei fari al tramonto o nei tunnel, l’intensità della luce solare, per il controllo intelligente del sistema di condizionamento e l’umidità, per la gestione dell’appannamento dei vetri. Oltre a questi è possibile controllare in automatico la luminosità dell’head-up display”.

Si tratta di un sistema che deve essere adattato a una larga tipologia di veicoli e una discriminante per la definizione delle sue caratteristiche, oltre allo spessore, è l’inclinazione del parabrezza, che ovviamente varia a seconda che si tratti di un’auto convenzionale, un SUV oppure un veicolo commerciale, fino ad arrivare ai parabrezza pressoché verticali dei truck e degli autobus.

“Il principio di funzionamento è interessante”, prosegue Lupi, “poiché la parte pioggia sfrutta un diodo a emissione di luce infrarossa (IR diode) e un diodo che legge la porzione di luce emessa riflessa dal vetro. Nel caso di vetro asciutto la riflessione è pressoché totale mentre in presenza di gocce d’acqua, materia otticamente differente dal vetro, una parte della luce emessa viene rifratta e deviata all’esterno del vetro, provocando una riduzione della luce riflessa sul ricevitore (Fig.1).

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Fig.1 – Il fenomeno della variazione di riflessione quando il vetro è bagnato.

“La differenza misurata consente di calcolare l’intensità della pioggia e di conseguenza attivare con la giusta frequenza l’intervento del tergicristallo. Ad esempio, se il sistema riconosce delle precipitazioni intense o dei forti spruzzi d’acqua provenienti dai veicoli che precedono, passa automaticamente dall’intermittenza alla frequenza massima. Il sistema, tramite un algoritmo sviluppato in oltre vent’anni di esperienza da Hella, è insensibile alla polvere e in generale allo sporco, e dunque non capiterà che questa possa attivare il tergicristallo. Ovviamente, affinché sia percepita la situazione reale è importante che il sensore sia montato all’interno del percorso dei tergicristalli”.

Seconda funzione: rilevare la luce

A differenza del precedente, il funzionamento di questo sensore è fortemente correlato all’inclinazione del parabrezza e per questo è disponibile in tre varianti.

Per inclinazioni dai 20° ai 35° per le passenger car, 35°-57° per van e SUV e 75°-90° per i truck. “Nel caso di vetri molto inclinati, come ormai generalizzato sulle vetture, il sensore rileva l’intensità della luce in due campi diversi, verso l‘alto e di fronte”, prosegue Lupi (Fig.2).

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Fig.2 – I due campi in cui il sensore legge la luce ambiente.

“Verso l’alto si rilevano gli oscuramenti generati dai ponti o in generale l’oscurità ambientale, mentre il cono frontale rileva i tunnel. In questo modo anziché prendere una luce mediata si è in grado di percepire con maggiore esattezza la situazione”. (Fig.3)

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Fig.3 – Un dettaglio che evidenzia come la luce va a sollecitare i due sensori.

La ECE ha reso obbligatorio questa tipologia di sensore dal 2018 per i nuovi veicoli di categoria M ed N (ne sono esclusi ad esempio i quadricicli); esso rientra tra i componenti di sicurezza (Functional Safety o FuSa) secondo la ISO 26262 e il livello di sicurezza definito per le applicazioni OEM è in fase di ampliamento anche alla gamma di RLS con software neutrale Hella che sono forniti nelle Applicazioni Speciali, ovvero anche a Costruttori di veicoli con volumi produttivi medio-bassi.

Deve infatti sorvegliare che entrando in galleria si spengano i DRL e si attivino automaticamente le luci anabbaglianti e viceversa in uscita, oltre a ridurre al minimo la possibilità che per errore si possano accidentalmente spegnere le luci di notte.

Il sensore di luminosità effettua la misurazione delle condizioni esterne di luminosità attraverso un rilevatore optoelettronico. Mediante un vetro filtrante installato a monte, il sensore opera sulle lunghezze d’onda per distinguere tra luce artificiale e luce naturale. Due sensori indipendenti misurano la luce ambiente e la luminosità dell’area antistante il veicolo.

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Un rendering che evidenzia la costruzione del sensore RLS di Hella.

L’illuminamento nell’area attorno al veicolo viene rilevato con il relativo sensore entro un ampio angolo solido. L’intensità della luce davanti al veicolo viene rilevata con il relativo sensore entro uno stretto angolo solido.

Sulla base dei dati forniti dai sensori, uno speciale algoritmo riconosce le varie condizioni di luce (diurna, notturna, crepuscolare, sotto un tunnel o sopra un ponte) e accende o spegne conseguentemente le luci di marcia.

Lo stesso sensore può essere utilizzato per gestire l’illuminazione della strumentazione in funzione della luminosità esterna.

Funzioni accessorie

E’ possibile integrare in questo componente anche il rilievo dell’umidità  nell’abitacolo. Un sottile layer di un polimero che modifica la sua capacitanza con l’umidità e la temperatura è posto a contatto con la superficie interna del parabrezza.

I dati rilevati sono inviati alla control unit del sistema A/C come complemento dei dati di gestione del comfort nell’abitacolo. Per lo stesso motivo l’RLS può includere anche un doppio sensore (lato guidatore e lato passeggero) che rilava l’irraggiamento solare e consente di avere un feedback estremamente veloce sulle condizioni ambientali per poter gestire le zone condizionate in funzione dell’esposizione ai raggi solari.

Tipica la situazione in cui il sole irradia un solo lato del veicolo e richiede quindi una differenziazione delle temperature locali (nel caso ovviamente che il clima sia predisposto per gestire una regolazione multizona).

Per ora questo sensore è implementato solo per parabrezza di inclinazione compresa tra i 20° e i 53°. Ultima funzione quella del sensore HUD, che consente il controllo della luminosità dell’Head Up Display per evitare abbagliamenti nel corso della marcia notturna e la migliore visibilità delle informazioni nella marcia diurna (Fig.4).

Fig.4 – Ecco come è orientato il sensore che regola l’intensità luminosa dell’HUD.

Per questo sono montati un sensore ricevitore dedicato e una lente il cui orientamento privilegia la lettura della luce sulla strada piuttosto che sull’orizzonte (Fig.5).

Fig.5 – Per rendere al meglio, la luminosità dell’Head-Up Display deve essere riferita non alla luce ambiente ma al contrasto con il manto stradale.

Il dispositivo comunica col veicolo tramite LIN e il sensore non è semplicemente in modalità slave ma oltre a fornire informazioni le vuole anche ricevere: tra le tante citiamo a titolo di esempio lo stato dei fari (se con il selettore in posizione AUTO o Manuale), la posizione e la frequenza del tergicristallo (anche se chi guida ha sempre facoltà di gestirla in manuale) e lo stato del dispositivo lavavetri (per non confondere la sua attivazione con la pioggia).

Cosa dice la normativa ISO 26262

Si tratta di una normativa fondamentale per quanto riguarda i componenti elettronici che vengono classificati con dei livelli ASIL (Automotive Safety Integrity Level) identificati da lettere (A, B, C, D…) all’aumentare del rischio sulla sicurezza del veicolo generato da un loro guasto. In sede di fornitura OEM l’RLS della Hella è classificato come ASIL A o B.

E’ intuitivo che la classificazione ASIL sia diversa per un sensore luce piuttosto che per quello che regola il clima nell’abitacolo. Hella, nell’ambito dell’estensione di componenti OEM neutralizzati da dedicare al settore delle Applicazioni Speciali sta sviluppando un RLS compliant ASIL più severe, che consentirà anche ai piccoli Costruttori di poter usufruire della tecnologia più avanzata in questa tipologia di sensori, con un software nativo Hella.