FocusonPCB - Vicenza, 15-16 maggio 2024
Torna a Vicenza il 15 e 16 maggio 2024 Focus on PCB, la terza edizione della fiera dedicata all'intera filiera dei circuiti stampati. Nata dalla volontà del Gruppo PCB Assodel…
Le auto moderne sono ormai diventate degli smartphone su ruote. Tutti i servizi forniti dagli smartphone sono stati direttamente integrati o collegati ai sistemi di infotainment presenti a bordo del veicolo.
Negli ultimi anni si è andati oltre, iniziando a creare applicazioni e servizi su misura direttamente per l'industria automobilistica. Servizi che solitamente venivano chiamati "servizi telematici".
Fino ad oggi i veicoli hanno utilizzato le app per scambiare dati con il Cloud, tramite una rete radio mobile, condividendo la loro posizione e ottenendo informazioni preziose, come avvisi di pericolo, informazioni sul traffico e disponibilità di parcheggi gratuiti. Ciò ha consentito di utilizzare più efficacemente le auto anche in modalità diverse, ad esempio tramite servizi come il car sharing o il live carpooling.
La prossima generazione di queste applicazioni fornirà ai veicoli gli aggiornamenti software, e dati aggiornati e accurati per mappe HD, per la guida autonoma in tempo reale. Le applicazioni sono ora maggiormente integrate con il veicolo, imponendo requisiti elevati in termini di velocità di trasmissione dati, latenza ed affidabilità dell'interfaccia radio mobile.
I servizi telematici aiutano il processo decisionale del conducente o degli algoritmi che guidano un veicolo autonomo, come i sistemi ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems). I sistemi ADAS si affidano a svariati sensori per prendere decisioni critiche per la sicurezza.
Inizialmente i sistemi ADAS hanno utilizzato sensori come il radar per il rilevamento di oggetti e per stabilirne la distanza. Per migliorare la loro rappresentazione del mondo, i sistemi ADAS ha poi iniziato a prendere in considerazione informazioni provenienti da fonti aggiuntive come telecamere e sensori lidar. Ciò ha permesso di costruire modelli 3D dell'ambiente che circonda il veicolo.
Tuttavia, una delle limitazioni principali è la sua impossibilità di vedere oltre ciò che è a “portata ottica”. Ed è qui che le reti wireless possono essere d’aiuto, dato che comunicano con le infrastrutture e con le auto stesse. La connettività delle auto, infatti, sta diventando ormai una irrinunciabile ed essenziale aggiunta alla sicurezza e all’esperienza di guida degli utilizzatori.
Un approccio per verificare il corretto funzionamento dei servizi ADAS e telematici è quello di provarli su strada. I test su strada richiedono tuttavia di percorrere milioni di chilometri per validare le implementazioni, anche se non tutte le situazioni possono essere effettivamente incontrate.
La riproducibilità dei test per verificare un determinato scenario è difficile, ed è estremamente verificare l'efficacia delle comunicazioni wireless in un determinato scenario. Il comportamento di una rete cellulare può infatti variare dinamicamente, può avere fluttuazioni in base alle condizioni meteorologiche o al carico di utenti, e alla disponibilità della rete richiesta (LTE, 5G ...).
Simulare il mondo reale in un laboratorio è una soluzione per ottenere risultati riproducibili. La simulazione in laboratorio riduce inoltre i costi e i tempi necessari per convalidare i rilasci prima di effettuare le prove dell'intero sistema su strada. I test su strada erano considerati essenziali, mentre ora sono considerati l'ultimo passaggio delle procedure di collaudo e validazione.
Tradizionalmente, le auto connesse sono state collaudate in laboratorio, allo stesso modo di uno smartphone. Lo si è fatto definendo una suite di casi di test predefiniti che possono essere riprodotti in sequenza, fornendo un input noto e verificando che i risultati rientrino nell'intervallo previsto o che seguano un comportamento atteso. È l'approccio che viene chiamato open loop testing.
Tuttavia, considerando aspetti quali il ciclo di vita, le esigenze in termini di affidabilità, sicurezza e longevità, è diventato ormai evidente che ciò non è sufficiente. È necessaria quindi una migliore rappresentazione del mondo reale, che non si liiti più ai soli casi di test predefiniti e a scenari molto particolari e limitati.
Ecco perché la guida virtuale sta diventando uno strumento essenziale per svolgere le attività la pre-validazione. In uno scenario di mondo virtuale, è necessario replicare le stesse condizioni iniziali, ma la decisione presa dal veicolo avrebbe un impatto sugli input in tempo reale. Questo approccio di test viene indicato come closed loop testing.
La metodologia di simulazione è denominata dal mondo automobilistico "Software in the Loop (SiL)" o "Hardware in the Loop (HiL)". In entrambi i casi, viene creato un mondo 3D e vengono utilizzati degli scenari.
La metodologia Software in the Loop fornisce solo un mezzo per verificare l'algoritmo di fusione dei dati dei sensori (sensor fusion) in una simulazione.
La metodologua Hardware in the Loop fa un passo oltre la simulazione, fornendo uno stimolo emulato effettivo alla piattaforma hardware dei sensori che eseguono l'algoritmo.
Attualmente, il metodo "Software in the Loop" rappresenta il 95% delle attività guida virtuale legate allo sviluppo delle auto a guida autonoma. Solo il 5% viene eseguito con metodologie di test "Hardware in the Loop". L'attuale consenso nel settore del test indica che è necessaria una maggiore convalida quando si utilizza l'hardware.
L'approccio closed loop per il test dei servizi telematici, proposto in questo articolo, è una novità per il settore.
L'approccio è quello di dotare un sistema HiL di un emulatore di una rete radiomobile, che fornisca una rete mobile di test realistica, composta da stazioni base (rete di accesso) e di una rete centrale di trasporto e commutazione (core network).
La simulazione HIL può essere utilizzata per validare l'intera catena di effetti, dall'app nel veicolo alla comunicazione al servizio in Cloud in modo realistico. Questo articolo illustra un caso d'uso della collaborazione tra due leader del settore, dSPACE per il sistema HiL, e Anritsu per il simulatore delle rete radiomobile (2G / 3G / LTE / 5G).
L'emulatore Anritsu può essere collegato direttamente a Internet o ad un server back-end e scambia dati tra il servizio in Cloud e l'applicazione in prova sul veicolo. Cavi o antenne possono collegare l'emulatore all'unità di comunicazione. Nel caso delle antenne, i segnali radio devono essere adeguatamente schermati.
È possibile controllare l'emulatore di rete mobile dal simulatore HIL usando un Simulink blockset. Tale procedure consente, ad esempio, la riconfigurazione della rete mobile per manipolare il throughput e la latenza della trasmissione dati.
Il sistema di emulazione delle rete radiomobile supporta anche scenari di mobilità come l'handover (passaggio da un sito cellulare all'altro). Durante un test drive virtuale, il collegamento radio viene trasferito da una stazione base alla successiva senza perdere il collegamento dati.
Un altro caso di test frequente è la simulazione dell'attenuazione del canale, in cui il segnale radio diventa via via più debole o addirittura si interrompe completamente durante la guida. Il blockset supporta lo strumento MD8475B Signalling Tester (2G/3G/LTE) di Anritsu, già predisposto per le reti 5G, in combinazione con il communication tester 5G (Anritsu MT8000).
La comunità che si occupa di guida virtuale sta definendo attivamente gli scenari necessari per validare le auto a guida autonoma. Ridurre le infinite situazioni incontrate sulle strade ad un sottoinsieme di scenari essenziali è un lavoro fondamentale.
Questo sottoinsieme aprirà la strada ai legislatori per creare un framework necessario per la validazione della sicurezza dei sistemi ADAS e dei veicoli autonomi. Per ora, gli scenari si concentrano su condizioni ambientali che avrebbero un impatto sugli attuali ingressi di sensori come Radar/Video/Lidar.
Tuttavia, si prevede che in futuro le telecomunicazioni svolgeranno un ruolo crescente nel processo decisionale sulla sensor fusion delle auto a guida autonoma.
Con l'evoluzione della comunicazione wireless in 5G adattata alle esigenze del settore automobilistico, sempre più funzioni come i servizi Vehicle-to-Everything (C-V2X) diventeranno critici per la sicurezza. Di conseguenza, anche le condizioni ambientali come la copertura radio svolgeranno un ruolo chiave nella definizione degli scenari di prova e omologazione.
Due dei casi d'uso più interessanti per il 5G è la condivisione delle informazioni raccolte dai sensori e la guida da remoto. Un sistema "Hardware in Loop" con connettività cellulare è il banco di prova perfetto per svolgere le attività di ricerca, prototipazione e validazione delle funzionalità offerte tramite le reti 5G.
*Francois Ortolan – Anritsu EMEA Ltd
