На пути к беспилотным автомобилям

На пути к беспилотным автомобилям

Выпуск 20 (6694) от 16 октября 2019 г.
РУБРИКА: АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Сочетание автомобильных и высокопроизводительных сетевых коммуникаций 5G, более мощных антенн и автомобильного Ethernet станет важным компонентом эволюции автономных транспортных средств.

Согласно прогнозам, к 2020 г. силовые и электрические компоненты, датчики, камеры, радары, GPS и другие системы в новых моделях транспортных средств будут генерировать 4 Тбайта данных за полтора часа – ​среднее время, которое большинство людей проводит за рулем каждый день. Считается, что связь между транспортными средствами V2V и V2X с окружающей инфраструктурой и другими автомобилями на дороге существенно увеличит скорость передачи и прогнозируемый поток данных.

Подключенные и автономные транспортные средства имеют много общих черт с человеческим телом. Это очень сложные структуры, предназначенные для передачи сообщений по множеству путей. К примеру, человеческий мозг содержит около 100 млрд нейронов, постоянно передающих электрохимические сигналы мышцам и органам. В то же время импульсы, воспринимаемые через сенсорные рецепторы, передаются обратно в мозг, позволяя телу действовать и реагировать. Аналогичным образом беспилотное вождение требует применения высоких технологий для прогнозирования внутренних и внешних помех и реагирования на них в реальном времени. В недалеком будущем автомобильный Ethernet и высокопроизводительные системы связи 5G сформируют «нервную систему» подключенных и автономных транспортных средств.


Автомобильный Ethernet увеличивает пропускную способность транспортной сети

На пути к коммерчески доступным сетевым коммуникациям 5G и полностью автономным дорогам автопроизводители должны решать множество вопросов, связанных с безопасностью, и преодолевать технические трудности. Уменьшение задержки передачи данных – ​один из наиболее важных шагов для обеспечения быстрой реакции автомобиля на внутренние и внешние сигналы.

Беспилотный автомобиль должен продолжать эволюционировать, чтобы обеспечить максимальную безопасность водителя и других людей на дороге, не основываясь при этом на данных, полученных от других транспортных средств или инфраструктуры. Данные должны предоставляться сотнями датчиков и гибкой нейронной системой автомобиля.



Источник: https://www.electronicdesign.com/automotive/roaddriverless-cars

Автомобильный Ethernet поможет достичь высоких скоростей, которые необходимы для обработки данных беспилотного транспортного средства


Ethernet успешно используется во многих отраслях промышленности. Автомобильный Ethernet позволит обеспечить высокую скорость передачи данных. В настоящее время автомобильные сети передачи данных имеют скорость до 10 Гбит/с. Масштабируемый автомобильный Ethernet может обеспечить более высокую пропускную способность и более быструю обработку сигналов, необходимые для автономного вождения. Плюс ко всему, Ethernet должен быть бесперебойным и надежным. Многоуровневый подход к обеспечению безопасности должен включать в себя функции гипервизора, чтобы платформа могла одновременно запускать несколько виртуальных приложений, используя такие показатели улучшения безопасности, как многозональность, отказоустойчивость и избыточность.

Оснащение транспортных средств избыточным количеством проводов может помочь защитить от частичного отказа автомобильной системы, облегчая тем самым непрерывную работу всего механизма. Кольцевое расположение кабелей – ​еще один способ повысить надежность Ethernet, позволяющий отдельным компонентам поддерживать связь друг с другом, даже если в одной точке механизма происходит сбой.

Другая критически важная задача автомобильного Ethernet – ​быстрая и надежная передача данных, связанных с безопасностью. Эта особенность поможет автомобилю работать автономно, особенно в местах с плотным трафиком. В такой системе данные передаются автомобилю через антенны, предназначенные для быстрой подачи внешних данных на бортовой компьютер.

Помимо обеспечения связи между устройствами внутри машины, антенны служат для обмена данными с другими транспортными средствами и инфраструктурой, являясь своего рода «голосом и ушами» автомобиля во внешнем мире. В качестве примера можно привести машину скорой помощи, которая передает сигнал о своем присутствии по беспроводной связи, чтобы окружающие транспортные средства освободили дорогу.


Инфраструктура и коммуникации 5G – ​ключ к внедрению технологий

Для удовлетворения растущего спроса на пропускную способность каналов передачи данных в автомобилях потребуется более мощная интеллектуальная инфраструктура и сети. Существующим сетям 4G не хватает пропускной способности и скорости, необходимых для удовлетворения требований к объему передаваемых данных в беспилотном транспортном средстве. Радиоволны от устройств 4G отправляются на вышку сотовой связи и лишь затем поступают обратно в транспортное средство, что приводит к недопустимой задержке передачи данных.

Из-за недостатка пропускной способности канала передачи данных информация с датчиков в современных автомобилях передается в сильно обработанном состоянии. Доступная в настоящее время пропускная способность каналов обычно составляет несколько сотен килобит на транспортное средство. Этого достаточно для подключенного автомобиля сегодня, однако для реализации полностью автономных транспортных средств потребуется, чтобы автомобили могли получать больше данных с датчиков, как обработанных, так и необработанных, что делает необходимым повышение пропускной способности.



Источник: https://www.electronicdesign.com/automotive/roaddriverless-cars

Продолжается разработка деталей для стандарта 5G V2X, включая антенны для обработки высоких частот


По прогнозам международной консалтинговой компании McKinsey, операторы во всем мире будут продолжать инвестировать в модернизацию инфраструктуры, чтобы обеспечить прогнозируемый ежегодный рост трафика данных на 20–50%. Технология 5G, предназначенная для дополнения сетей 4G, по прогнозам, увеличит скорость передачи данных со 100 Мбит/с до 10 Гбит/с или более, а также значительно улучшит пропускную способность, производительность и надежность.

Помимо повышения объема передаваемых данных, 5G может уменьшить задержку при их передаче. Долгая задержка передачи данных мешает бесперебойной совместной работе двух устройств. В некоторых ситуациях ожидается, что 5G уменьшит задержку в 50 раз.

Расширение сетевой инфраструктуры 5G в конечном итоге позволит повсеместно распространять беспилотные автомобили, обмениваться данными между транспортными средствами для повышения их производительности. Расширение инфраструктуры также поможет повысить безопасность транспортных средств. В идеале автономное транспортное средство будет способно принимать необработанные данные, поступающие от датчиков, других транспортных средств и инфраструктуры, в количестве, равном пропускной способности внутри транспортного средства.

Предполагается, что каждый производитель будет реализовывать собственные алгоритмы для обработки этих данных. Для этого потребуются потоки данных, достигающие гигабитных объемов. Другие сценарии, предусматривающие передачу больших объемов данных, включают в себя загрузку современных карт с высоким разрешением, которые будут показывать строительные площадки, аварийные участки на дороге и другие препятствия, требующие быстрой реакции транспортного средства.


Усилия промышленного сектора по разработке стандарта 5G V2X

Чтобы использовать требуемые уровни пропускной способности, автомобильные антенны должны охватывать больший частотный диапазон. Ряд отраслевых компаний в настоящее время разрабатывают новый стандарт для автомобильных антенн. Ожидается, что стандарт 5G V2X обеспечит пропускную способность в несколько сотен Мбит/с при пропускной способности в несколько Гбит/с. Эксперты прогнозируют, что первые продукты с поддержкой 5G V2X появятся на рынке в ближайшее время и полностью обеспечат беспилотное вождение к 2025 г.

Частотный диапазон для 5G V2X представляет собой еще одну важную техническую проблему. Во всем мире нет доступного диапазона частот ниже 60 ГГц, который мог бы передавать необходимый объем данных. Более высокие частоты доступнее, так как определенные технические трудности с их использованием ограничивают их коммерческую привлекательность. Чем выше частота, тем больше потери при передаче и обработке информации. Микросхемы становятся меньше и требуют дорогих компонентов для разработки, испытательное оборудование также становится дороже. Даже атмосферный кислород может стать проблемой, потому что молекулы O2 колеблются на частоте 60 ГГц, поглощая энергию.

Эти проблемы можно решить с помощью антенной технологии. Вместо того чтобы «тратить» энергию, отправляя изотропный сигнал, антенная решетка может направлять энергию непосредственно на другое устройство. Направление может меняться, если два устройства движутся параллельно друг другу. Направленные антенны могут принимать и отправлять сигналы, будучи подключены и к друг другу, и к компьютерам транспортного средства, с использованием автомобильного Ethernet для передачи данных в автомобиле.


Подготовка к созданию беспилотных автомобилей и поддерживающих данный формат дорог

Многие автопроизводители уже выпустили прототипы беспилотных транспортных средств, другие планируют сделать это в ближайшее время. Volvo уже тестирует автомобили на шведских дорогах, Daimler получила разрешение на тестирование беспилотных автомобилей на улицах Пекина, а также планирует совместно с Bosch пилотировать в Сан-Франциско высокоавтоматизированные гоночные автомобили. В 2018 г. General Motors объявила об инвестициях в разработку беспилотного автомобиля пятого уровня (без рулевого колеса, педали газа или тормоза). Ford намерена запустить беспилотные автомобили в 2021 г.

В 2018 г. автомобили с улучшенными возможностями коммуникации и связи составляли почти 39% рынка США. По оценкам, к 2020 г. на дорогах будет 250 млн подключенных автомобилей, а к 2022 г. доля таких автомобилей на рынке превысит 80%. По прогнозам ABI, к 2025 г. будет выпущено до 8 млн беспилотных автомобилей.

Тем не менее технологическим лидерам и автопроизводителям предстоит решить ряд проблем, чтобы представить рынку безопасные и надежные автомобили и привлечь к ним внимание водителей. Согласно недавнему опросу, проведенному Американской автомобильной ассоциацией, более 70% водителей в США выразили страх перед поездкой на беспилотном автомобиле.

Технология беспилотного вождения для своего совершенствования нуждается в интегрированной высокоскоростной и широкополосной передаче сигналов, возможности определения приоритетов сетевого трафика, масштабируемости систем и безопасности. Для поддержки этих требований необходим постоянный рост числа мощных антенн, развитие автомобильных и облачных вычислений, автомобильного Ethernet и высокопроизводительных сетей 5G.


Dornbusch Guido, Bormuth Alex, Dr. Duzdar Ayman. On the Road to Driverless Cars. Electronic Design, September 12, 2019: https://www.electronicdesign.com/automotive/road-driverless-cars


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 23(6747) от 25 ноября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.
Выпуск 17(6741) от 02 сентября 2021 г. г.