Los vehículos en los 60s como el Hillman Hunter (Figura 1), construidos por la compañía Hillman Motor Car Company basada en Coventry, Inglaterra, solo tenían unos cincuenta cables con una longitud total de treinta metros. En comparación, los vehículos actuales tienen más de mil quinientos cables con una longitud total próxima a los 2km y pesando más de 45kg. El chasis es poco a poco más pesado, y los fabricantes de vehículos señalan que el peso se ha aumentado en un treinta por ciento en solo una generación de modelos con la integración de tecnologías de vehículo autónomo. Entonces, va a haber un esmero significativo en tener solo una red en el vehículo, ¿cierto?? Bueno, la contestación es difícil.
(Fuente: unsplash.com)
Requisitos de Ancho de Banda para la Futura IVN
Los requisitos para la red interna del vehículo (IVN) incluyen gran ancho de banda, baja latencia, y alta confiabilidad para marchar en el desfavorable ambiente del vehículo. Durante los años, ha habido múltiples tecnologías como por poner un ejemplo la red analógica de área de supervisor (CAN), FlexRay, red de interconexión local (LIN), señalización diferencial de baja tensión (LVDS), y transporte de sistemas orientados a medios (MOST) que han sido usados por la IVN (Figura dos).
Cuando miramos cara las aplicaciones de próxima generación, estas tecnologías tradicionales no pueden aguantar los requisitos de ancho de banda; es más, ciertas son privadas y de alto costo.
Para tener una mejor entendimiento de los requisitos de ancho de banda, hay que rememorar que la tasa de bit aproximada para un flujo de vídeo se puede calcular como:
- Tamaño de la Trama = Resolución x Profundidad de Color
- Tasa de Bit = Tamaño de la Trama x Tasa de Trama
Por lo tanto, para una cámara de un Sistema Avanzado de Ayuda a la Conducción (ADAS) que atrapa imágenes con 1080p y profundidad de color de veinticuatro bits, transmitiendo a treinta tramas por segundo, la tasa de bits sería de:
- Tamaño de la Trama = mil novecientos veinte x mil ochenta x veinticuatro = 49,766,400
- Tasa de Bit = 49,766,400 x treinta = mil cuatrocientos noventa y tres Mbps
La tabla da abajo muestra los volúmenes propios de datos para diferentes sensores implicados en la conducción autónoma:
SENSOR DATOS/SENSOR
Cámara 500-3500 Mbps
Lidar 20-100 Mbps
Radar 0.1-15 Mbps
Ultrasonidos 0.01 Mbps
Múltiples Estándares en Competición para la IVN
- ETHERNET DE AUTOMOCIÓN: se considera como el remplazo para tecnologías IVN tradicionales y la mayor parte de los automóviles actuales están pertrechados con 100BASE-T (cien Mbps). Diferentes fabricantes resaltan diferentes áreas; por poner un ejemplo, sistemas de infoentretenimiento en el caso de Hyundai, al tiempo que Volkswagen se centra en conectividad ADAS. En dos mil diecinueve y dos mil veinte, el estándar añadió velocidades inferiores (diez Mbps) y velocidades de multigigabit. El último estándar para tasas de datos de dos.5, cinco, y diez Gbps llamado 802.3ch se completó a primeros de dos mil veinte. Además de esto, el nuevo conjunto de trabajo, IEEE 802.3cy, empezó su actividad en dos mil veinte para desarrollar una cafa física de automoción para veinticinco, cincuenta, y cien Gbps.
- SERDES (ASA): Otro estándar para la IVN basado en protocolo serializador/deserializador (SERDES). La Coalición de SerDes de Automoción (ASA) fue fundada en dos mil diecinueve por BMW, Broadcom, Continental, Fraunhofer, Marvell, y NXP para la estandarización de SERDES. Ahora tiene más de treinta y seis miembros y está enfocada a expandir el ecosistema alén de las soluciones SERDES privadas libres previamente, como por servirnos de un ejemplo FPD-Enlace de Texas Instruments, GMSL de Maxim Integrated, y Apix de Inova Semiconductor. El nuevo estándar puede administrar anchos de banda de tres.6 a trece Gbps con alcances de hasta quince metros.
- SERDES (MIPI A-PHY): En Noviembre de dos mil veinte, la coalición MIPI presentó su especificación A-PHY v1.0 automotive SERDES PHY. La especificación deja una transmisión asimétrica de datos en topologías punto a punto o bien en cadena, con un suministro perfecto de potencia. Con tasas de datos de dieciseis Gbps y planes para lograr los cuarenta y ocho Gbps en el link descendente y doscientos Mbps en el link ascendente; la latencia es baja (seis us) y el alcance es de quince metros. La primordial aplicación es conectar sensores al procesador de señales de imagen en la unidad de control electrónico (ECU), y el procesador de señales gráficas del ECU con las pantallas.
Entonces, ¿la IVN es Ethernet, SERDES, o bien Las dos?
Ciertos fabricantes de vehículos y distribuidores de primera línea (Tier 1) piensan que a lo largo de los años iniciales vamos a ver los dos estándares. No obstante, tras un tiempo, Ethernet de automoción, con tasas de datos de hasta cien Gbps absorberá todas las otras.
Kirsten Matheus, ingeniero en BMW, podría tener un punto de vista levemente diferente. Sugiere que SERDES es preciso y que es la tecnología conveniente para la conectividad de los sensores ADAS que transporta datos de forma asimétrica de punto a punto; al paso que Ethernet es una tecnología de red conveniente para otras aplicaciones de automoción. Estimando que Kirsten jugó un papel clave en la estandardización de Ethernet de automoción, su opinión debería tener algo de peso (Fuente: Automotive SerDes Alliance kick-off, May dos mil diecinueve, Salt Lake City).
Los OEM de Automoción que están procurando afinar en sus planificaciones de IVN, podrían adotar una de estas 2 estrategias:
Incorporar los dos estándares en la IVN; hasta el momento en que los requisitos ADAS para los niveles tres a cinco de conducción sean considerablemente más claros. La parte negativa con esta estrategia es que podrían ser precisas puertas de link para traducir datos entre los diferentes dominios, y esto agregaría costo y peso.
Una estrategia técnica como por poner un ejemplo diseñar ambiente a la necesidad de links punto a puntito de gran velocidad situando mayor procesado y compresión de datos en todos y cada sensor. La parte negativa es que el costo de los sensores se acrecentará y la mayor capacidad de procesado requerirá de disipación térmica.
Poniendo a Prueba la IVN
En lo que se refiere a las pruebas de la IVN, es esencial poner a prueba el transmisor, el receptor, y las posibilidades del canal. Con cientos y cientos de pruebas que deben hacerse, contar con de un software de pruebas de cumplimiento automatizadas con interpretación de las especificaciones, resultados repetibles, asistentes de configuración y también interfaces de usuario intuitivas y de simple empleo, y la generación de informes son tan esenciales para los ingenieros de automoción como las especificaciones técnicas de ancho de banda, velocidad de muestreo, y resolución de señales.
La prueba de transmisores se complete eminentemente con un osciloscopio para asegurar que las señales trasmitidas no son el origen de impurezas, al paso que las pruebas de receptor se efectúan para contrastar la detección precisa de las señales, usando estímulo de señal o bien generadores arbitrarios de forma de onda. Las medidas de impedancia y de pérdidas de retorno son esenciales tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia para asegurar la confiabilidad de las posibilidades del sistema y para diagnosticar inconvenientes de integridad de señal.
Conclusión
La industria de la automoción ha Avanzado mucho desde los días del Hillman Hunter. Avances cara los automóviles conectados y autónomos acarrean desafíos que deben afrontarse en internet interna del vehículo. La pluralidad de sensores, controladores, y también interfaces requeridas para los ADAS y las nuevas posibilidades de infoentretenimiento requieren conexiones de gran ancho de banda; redes tradicionales como CAN, MOST, y FlexRay no van a ser suficientes. Con el advenimiento de nuevos estándares como Ethernet de automoción y SERDES, comunicaciones de datos más veloces son posibles y se puede encarar las necesidades de los futuros automóviles conectados.
