Tecnologia wireless avanzata per le automobili connesse del futuro

La gamma crescente di caratteristiche e di funzionalità, che sono oggi incorporate nei moderni autoveicoli, ha consentito di compiere importanti passi in avanti verso la riduzione dei consumi di carburante e il miglioramento del comfort e dei livelli di sicurezza offerti agli utenti della strada. I sistemi meccanici tradizionali sono sostituiti da alternative totalmente elettroniche. Queste ultime consentono riduzioni dei costi di produzione e del peso complessivo dei veicoli, e inoltre contribuiscono anche a ridurre il loro consumo di carburante. Attraverso l’adozione diffusa della tecnologia dei sistemi di guida assistita (ADAS), sarà possibile iniziare a eliminare l’errore umano durante la guida, riducendo di conseguenza la probabilità che si verifichino incidenti.

L’implementazione di una maggiore varietà di soluzioni per la connettività nell’auto sarà determinante per la transizione del mercato automotive verso un punto in cui la guida autonoma sarà la norma. Le tecnologie wireless all’avanguardia (che saranno supportate da un’infrastruttura via cavo a banda larga basata su Ethernet) consentiranno di beneficiare della comunicazione da veicolo a veicolo (V2V) e da veicolo verso l’infrastruttura (V2I). L’avvento dei servizi quali i sistemi di trasporto intelligenti (ITS) consentirà ai veicoli di trasmettere i dati relativi alla propria attuale velocità, posizione, direzione di percorrenza, ecc. In relazione ai sistemi V2I/V2V, questa tecnologia consentirà lo scambio di informazioni preziose fra gli autoveicoli, e anche con la stessa infrastruttura di rete fissa, di modo da poter dare un preavviso sulla presenza di ingorghi del traffico o di altri problemi che potrebbero compromettere la regolare percorrenza delle nostre strade. I veicoli saranno in grado di ricevere informazioni da altre vetture nelle vicinanze, per venire a conoscenza della presenza di eventuali pericoli potenziali sul percorso.

Il primo esempio di un sistema di questo tipo è dato dai messaggi di servizio essenziali, che sono definiti come parte dello standard di comunicazione dedicata a corto raggio (DSRC) nel Nord America.

Inoltre sarà possibile per questi ultimi l’interazione con i semafori in relazione ai propri cicli di stop-go, consentendo così al sistema ADAS di stabilire se è opportuno rallentare per arrivare giusto in tempo perché scatti il verde, in modo da non sprecare inutilmente il carburante con una frenata all’ultimo minuto seguita da una successiva accelerazione. 

Tra i vari protocolli di comunicazione wireless oggi comunemente utilizzati nella progettazione automotive figura il Wi-Fi. Anche se esistono protocolli Wi-Fi in costante evoluzione, in un contesto automotive al momento ci si basa principalmente sulla tecnologia 802.11 ac che interessa in sostanza la banda di frequenze attorno a 5 GHz ed è in grado di gestire velocità di trasmissione dati dell’ordine delle centinaia di Mbps. Questo protocollo permette di interfacciare gli smartphone e altri dispositivi elettronici palmari con i sistemi di navigazione e di infotainment del veicolo. Inoltre, il protocollo consente di condividere una connessione cellulare fra i passeggeri in auto (fornendo in questo modo un hotspot Wi-Fi all’interno e intorno alla macchina). Oltre a tutto questo, essa può essere utilizzato per effettuare aggiornamenti del firmware in modalità wireless – cosa che sta già offrendo molti vantaggi ai produttori di auto. Attraverso ciò, è possibile aggiungere nuove funzioni per il post vendita del veicolo, una volta che esse vengono sviluppate, senza l’inconveniente di dover portare l’auto presso un’officina per la manutenzione.

Nel prossimo futuro, si assisterà prevedibilmente ad una forte diffusione dello standard 802,11p all’interno dei veicoli. Questo protocollo, che è legato al Wi-Fi e occupa la banda di frequenze attorno a 5,9GHz, è incentrato nello specifico sulle applicazioni automobilistiche e fornirà la connettività ultra-affidabile e a bassa latenza necessaria per la comunicazione V2V e V2I. Esso presenta un totale di 7 canali di comunicazione (ciascuno dei quali ha una larghezza di 10MHz). Sei di questi sono canali di servizio, mentre il canale restante è utilizzato per le funzioni di controllo. Lo standard è ormai stato collaudato da quasi un decennio ed è pronto per il debutto per quanto riguarda le comunicazioni V2V e V2I.

Accento al Wi-Fi, Bluetooth 5 ha un ruolo importante nella proliferazione delle auto connesse. Quest’ultimo presenta un raggio operativo 4 volte più esteso rispetto al suo predecessore, Bluetooth 4.0, e supporta anche velocità di trasmissione dati significativamente più alte. Oltre a consentire ai passeggeri di connettersi ai propri dispositivi portatili e di accedere a contenuti musicali e a fornire al conducente il controllo vivavoce, sono presenti svariate ulteriori possibilità che possono essere esplorate in questo campo. Grazie alle caratteristiche di prestazioni elevate di Bluetooth 5, i veicoli che lo incorporano saranno in grado di interagire con i beacon V2I situati lungo la strada. Questi ultimi potrebbero essere utilizzati per combattere i problemi di congestione, accettare i pagamenti dei pedaggi e gestire i servizi di emergenza per rispondere rapidamente agli incidenti.

I principali produttori automobilistici, i loro principali fornitori e i produttori di semiconduttori che collaborano con questi ultimi hanno tutti riconosciuto che l’evoluzione continua delle auto connesse dipenderà fortemente dallo sviluppo di soluzioni wireless altamente integrate. Queste ultime dovranno essere in grado di includere più protocolli all’interno di package con un fattore di forma ridotto, con una robustezza di classe automotive. Questo ha portato Marvell ad introdurre la serie 88W8987xA di SoC wireless combo qualificati secondo lo standard AEC-Q100  – che sono i primi ad offrire insieme Bluetooth 5, 802.11 ac (Wave 2) e 802,11p, fornendo quindi agli ingegneri tutto il necessario per progettare la nuova generazione di auto connesse che si profila all’orizzonte.

La serie è costituita da 3 SoC compatibili nel fattore di forma – i quali offrono una scelta di un transceiver 802.11ac con funzionalità Bluetooth 5, un transceiver 802,11p con Bluetooth 5, oltre ad un transceiver commutabile 802.11ac/802.11p con un dispositivo Bluetooth 5. È possibile selezionare diverse versioni, di modo che i modelli economici posseggano solo le funzionalità di base, mentre i modelli di lusso possano avere incluse funzionalità più sofisticate. Questi SoC possono essere intercambiati senza richiedere alcuna modifica al PCB, così che l’insieme di funzioni supportate da un particolare modello di veicolo possa essere facilmente aggiornato.

Con l’emergere di tecnologie wireless come quelle illustrate in questo articolo, ci stiamo avvicinando sempre più all’obiettivo di avere auto completamente connesse sulle nostre strade. Il raggio operativo esteso che Bluetooth 5 è in grado di fornire, insieme alle velocità di trasmissione dati incrementate dello standard 802.11ac, e alle caratteristiche di robustezza operativa e di bassa latenza offerte dal protocollo 802,11 p, faranno sì che i progettisti automotive abbiano la tecnologia wireless a disposizione per assisterli nei loro sforzi.

Jeff James & Avinash Ghirnikar, Marvell