1. Os EVs estão se tornando os clientes móveis mais sofisticados da IoT.

Testando sistemas sem fio automotivos de última geração

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Este artigo apareceu em Engenharia de Avaliação e foi publicado aqui com permissão.

Veículos elétricos inteligentes e conectados (VEs) estão se tornando os clientes móveis mais sofisticados da Internet das Coisas (Figura 1). No entanto, essa confluência de várias tecnologias também significa que os projetistas de sistemas são desafiados com a tarefa de integração adequada do sistema em um ambiente regulatório e tecnológico em evolução e mudança.

1. Os EVs estão se tornando os clientes móveis mais sofisticados da IoT. 1. Os EVs estão se tornando os clientes móveis mais sofisticados da IoT.

Um veículo de convergência

As demandas impostas ao fabricante para integrar recursos avançados, como navegação interativa e streaming de multimídia, exigem soluções de teste igualmente avançadas. Essa necessidade de verificação de desempenho e conformidade se torna ainda mais crítica em aplicativos que usam informações pessoais. Isso inclui o comércio eletrônico sem cartão sem fio para permitir o pagamento de bens e serviços no veículo, de gasolina e biocombustível, lavagens de carros e o drive-thru de hambúrgueres.

A explosão de sistemas de veículos baseados em RF não se restringe apenas à funcionalidade orientada ao passageiro. O número de subsistemas baseados em RF em um veículo para recursos como monitoramento da pressão dos pneus, entrada remota sem chave, atualizações de software e diagnósticos de automóveis precisa ser exaustivamente testado em todas as etapas do projeto, desenvolvimento e fabricação para garantir os melhores resultados. Outros sistemas de última geração para veículos incluem radar para sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS), sistemas de resposta a emergências como eCall e backhaul para capacidade de hotspot móvel Wi-Fi no carro (Figura 2).

2. Os sistemas avançados de veículos não se restringem apenas à funcionalidade orientada para os passageiros.2. Os sistemas avançados de veículos não se restringem apenas à funcionalidade orientada para os passageiros.

O crescimento dos sistemas na cabine coloca uma pressão maior sobre a equipe de design, pois a integração do sistema é uma questão crítica. O vídeo pode ser apresentado em superfícies transflectivas, painéis ou monitores do encosto do banco ou sem fio em dispositivos portáteis. A entrega de áudio pode ser feita por alto-falantes do carro, fones de ouvido em vários locais ou pela LAN do veículo. Cada uma dessas várias fontes requer suas próprias infra-estruturas de suporte.

A segurança como um recurso está se tornando cada vez mais uma realidade, à medida que os consumidores se tornam mais conscientes da necessidade de proteger seus dados e informações pessoais. Essa necessidade de segurança também é importante para a funcionalidade de entretenimento e entretenimento de última geração, como o comércio eletrônico, onde as informações do cartão de crédito e as transações de pagamento devem ser protegidas. Essas transações exigem todos os aspectos da conexão sem fio, da estabilidade à segurança.

Sem fio para carro

Os subsistemas automotivos sem fio são uma idéia recente, mas não nova. A entrada remota sem chave (RKE) veio de sistemas de alarme de carro sem fio usados ​​principalmente para recursos de conveniência, como operação remota da porta e partida do motor. Outra aplicação de carro com algum histórico é o TPMS (sistema de monitoramento de pressão dos pneus), obrigatório para todos os novos veículos registrados desde novembro de 2014. Além disso, também existem sistemas sem fio envolvidos na operação do carro e na resposta a emergências, como chamadas de emergência automáticas ADAS e eCall.

O desenvolvimento da próxima geração do ADAS integra uma ampla gama de tecnologias, produtos e serviços com o objetivo de ajudar os motoristas a operar o veículo de maneira mais segura e melhor e, eventualmente, migrará para uma direção completamente autônoma. A tecnologia de radar automotivo está evoluindo rapidamente à medida que o ADAS e o desenvolvimento de veículos autônomos impulsionam a demanda por vários radares de alta resolução em cada veículo.

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Os veículos de hoje incluem até 100 unidades de computação e milhões de linhas de código. Manter esse sistema sobre rodas atualizado ou instalar novas funções costumava exigir uma visita à oficina. Como a conectividade sem fio à Internet permite serviços que não exigem presença física, serão criadas mais e mais soluções que exigirão atualizações de software ou firmware pelo ar (SOTA / FOTA). Atualmente, essas soluções aéreas são usadas para otimizar veículos sem girar uma chave inglesa e disponibilizar funcionalidades novas ou aprimoradas sem uma visita a uma garagem.

As atualizações de hoje agora podem incluir informações direcionadas de marketing e vendas e, no futuro, podem incorporar dados de realidade aumentada para displays heads-up e janelas interativas de passageiros. Além de atualizar o software do veículo, o diagnóstico do carro e os alertas de manutenção também podem ser gerenciados sem fio. Os veículos inteligentes de última geração terão conectores de cabo para diagnóstico principalmente como backup, pois a maioria dos dados de diagnóstico e manutenção de veículos será ativada na nuvem.

Transporte Inteligente

O lugar onde tudo isso se junta é chamado de Transporte Inteligente. Parte de uma filosofia de cidade inteligente, os sistemas de transporte inteligente fornecerão serviços inovadores que envolvem todos os diferentes modos de transporte e gerenciamento de tráfego. Esses sistemas também incluirão, eventualmente, dispositivos para pedestres e outras telemetrias não-veiculares envolvidas com o tráfego e o movimento de pessoas.

Esse sistema de comunicação em várias camadas com os veículos e o mundo ao seu redor é chamado de veículo para tudo, ou V2X. O espaço V2X é dividido em veículo para grade, veículo para veículo, veículo para infraestrutura, veículo para pedestre e veículo para rede (Fig. 3). Por exemplo, uma vez que os telefones celulares para pedestres se tornam parte do V2P, a localização de uma pessoa pode ser confirmada por mais do que apenas a detecção de reconhecimento espacial.

3. O sistema de comunicação multicamada nos veículos e o mundo ao seu redor é chamado de veículo para tudo.3. O sistema de comunicação multicamada nos veículos e o mundo ao seu redor é chamado de veículo para tudo.

No espaço V2X, a tecnologia de comunicação de curto alcance (DSRC) e o padrão 802.11p avançaram para resolver necessidades de curto prazo. Esta é a primeira onda da implantação principal do V2X e complementa o desenvolvimento de soluções LTE e 5G. O DSRC permite comunicação direta de alta velocidade e altamente segura entre veículos e a infraestrutura circundante, sem envolver nenhuma infraestrutura celular. O IEEE 802.11p é uma emenda ao padrão IEEE 802.11 que define aprimoramentos para dar suporte a aplicativos ITS (Intelligent Transportation Systems).

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Os principais desafios e oportunidades nos testes de sistemas de comunicação de alta mobilidade incluem a modelagem precisa de canais de alta mobilidade, as estruturas de transceptores que podem explorar as propriedades de ambientes de alta mobilidade, as técnicas de processamento de sinal que podem colher os benefícios, como a diversidade de Doppler, e atenuar deficiências como desvio de frequência da portadora, interferência entre transportadoras e erros de estimativa de canal.

Avaliação de sistemas automotivos

É necessária uma abordagem metódica de aterramento para garantir que o veículo, seus subsistemas de RF e dispositivos de passageiros estejam trabalhando juntos em harmonia. Uma abordagem é começar com os recursos internos de provisão sem fio do carro, avaliar os produtos e subsistemas de WLAN envolvidos, avaliar problemas de conexão e explorar quaisquer problemas de interferência e ruído.

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Um bom primeiro passo é determinar se você está recebendo um sinal WLAN em qualquer lugar do veículo. Ao coletar dados de teste de RF sob condições operacionais exigentes, você pode quantificar as características sem fio da cabine do mundo real. Garantir serviços de alta qualidade e estáveis ​​no veículo requer dados de desempenho para módulos de comunicação e dados quantitativos dos produtos acabados.

Depois de determinar a capacidade do veículo de suportar um ambiente sem fio, é útil validar as características do receptor e transmissor dos dispositivos e sistemas sem fio do veículo. A magnitude do vetor de erro, ou EVM, é um índice que expressa a diferença entre pontos teóricos e reais do símbolo como uma porcentagem. Um produto com baixa precisão de modulação não recebe sinais corretamente e a velocidade das comunicações pode diminuir com mais conexões interrompidas.

As características Tx também podem ser degradadas devido ao posicionamento das antenas internas quando a orientação do produto é alterada, sofrendo alterações na precisão da modulação à medida que a orientação do produto muda. Essa é outra razão pela qual é muito importante usar situações de teste o mais realista possível, para refletir também esses problemas críticos, porém sutis.

Além disso, a precisão da modulação pode mudar significativamente ao alterar a taxa de transmissão e o método de modulação no dispositivo. Na imagem na parte inferior do slide, mostra que alguns produtos são capazes de operar de forma estável em todas as taxas de transmissão, mas outros sofrem alterações na precisão da modulação quando a taxa de transmissão é alterada.

Alterar o canal e a frequência do equipamento é outro aspecto que afeta fortemente a precisão da modulação, devido ao desempenho das características de frequência. A precisão da modulação de alguns produtos é estável mesmo quando o canal é alterado, mas outros produtos sofrem alterações na precisão da modulação com as alterações do canal. Feito corretamente, simulações e testes eficazes do desempenho de transmissão e recepção de RF resultarão em melhor desempenho do produto, confiabilidade aprimorada e aumento da eficiência energética.

Interferência e Ruído

A busca por interferência requer a capacidade de detectar, encontrar e corrigir um interferente conhecido, o que nem sempre é uma tarefa fácil. Não apenas ter as ferramentas certas, mas a capacidade de identificar corretamente o problema é fundamental para a busca por interferências. Sinais indesejados incluem transmissões ilegais, transmissões desbloqueadas e à deriva, ruído de transmissões de TV a cabo com vazamento, EMI não suprimido de ferramentas elétricas ou fornos de microondas, rádios locais de alta potência e até caminhos múltiplos de prédios e colinas próximas. A interferência de sinais ilegais e não intencionais é um problema significativo, prejudicando o desempenho da rede e interrompendo as comunicações.

A interferência de rádio interna (Intra-EMC) de diferentes componentes dentro de um produto, como fonte de alimentação, CPU e motor, pode ser uma das causas de reclamações crescentes dos clientes sobre o desempenho ruim do produto. Em outras palavras, o desempenho da WLAN Tx e Rx pode ser prejudicado nos produtos acabados. O ruído de dispositivos como inversores de fonte de alimentação, motores em ventiladores de refrigeração e outros agentes causa falhas nas comunicações WLAN como uma forma de IntraEMC (compatibilidade intra-eletromagnética).

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Embora a frequência do ruído do motor possa ser menor que as bandas de frequência usadas pela LAN sem fio a 2,4 / 5 GHz, o desempenho da sensibilidade do receptor é reduzido e ocorrem erros mesmo quando o sinal de recebimento é suficientemente forte. Com esse tipo de intra-EMC, as várias frequências de ruído geradas no próprio produto acabado afetam negativamente os recursos de comunicação da LAN sem fio.

O crescente número de portas USB em um veículo cria ainda outra área de possíveis problemas de interferência de ruído na faixa de 2,4 GHz. O padrão USB 3.2 Gen-one permite que as velocidades de comunicação de alta velocidade atinjam 5 Gb / s, com uma frequência de referência de transmissão digital de 2,5 GHz. Isso pode irradiar como ruído de interferência na banda de 2,4 GHz, a menos que o dispositivo tenha o projeto, a avaliação de conformidade e a implementação de medidas preventivas de vazamento.

A solução desses problemas sérios de ruído geralmente requer a caracterização da fonte de ruído usando uma sonda de medição e analisador de espectro, adição de filtros e blindagem. A atenuação de ruído pode até exigir medidas extremas, como uma respin da placa e alterações no layout das peças para reduzir o ruído a um nível aceitável. Portanto, a melhor maneira de melhorar a qualidade das comunicações é através da avaliação de desempenho e conformidade.

Segurança e proteção

Criado para acelerar a mobilização de socorristas, o eCall é um sistema de informações de resgate de emergência para carros que transmite automaticamente informações de acidentes de trânsito, incluindo localização de acidentes, para um centro de assistência de emergência ou Ponto de Atendimento de Segurança Pública ou PSAP. Além da implantação na Europa, o sistema eCall também será implantado nos países membros da ASEAN da Ásia. O regulamento se aplica a veículos de passageiros com motorista e oito ou menos lugares e caminhões com peso máximo de carga de até 3,5 toneladas.

O eCall é ativado automaticamente assim que os sensores do sistema do veículo detectam um acidente com risco de vida, acionando-o para discar o número de emergência europeu 112, estabelecendo um link telefônico para a central de atendimento de emergência apropriada. O sistema utiliza a rede européia de posicionamento por satélite Galileo e o Serviço Europeu de Sobreposição de Navegação Geoestacionária (EGNOS). O ERA-GLONASS, o sistema automatizado de resposta a emergências da Rússia e o eCall da UE têm uma funcionalidade semelhante e estão formando um espaço comum de segurança rodoviária na Rússia e nos estados membros da UE.

Como as chamadas eCall usam redes móveis celulares, é necessária uma avaliação complexa com os vários parâmetros variáveis ​​e a intensidade do sinal da rede. Por exemplo, quando ocorre um acidente de trânsito durante a comunicação usando LTE, o IVS deve emitir usando a comunicação de dados por pacote imediatamente antes do acidente. O eCall opera através de GSM ou W-CDMA, alternando a rede de comunicações sem fio usando a função CS Fallback.

Ansioso

O papel do carro de passageiro como um ambiente de TI contínuo continuará a crescer, e o ônus recai sobre a comunidade de design eletrônico para integrar e implantar as mais recentes tecnologias e soluções. O papel do automóvel na sociedade está mudando radicalmente, devido ao empoderamento da funcionalidade baseada em nuvem. Esse desenvolvimento de eletrônicos exige os melhores processos e ferramentas para garantir que todos os dispositivos e sistemas envolvidos operem sozinhos e juntos em um nível ideal.

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