Architettura per guida autonoma: un approccio domains-based

È soprattutto grazie alla tecnologia dei semiconduttori se le moderne automobili sono più sicure, più efficienti e più intelligenti che nel passato. I veicoli che escono oggi dalle catene di montaggio sono sempre più assimilabili a robot su ruote e il loro alto grado di raffinatezza elettronica è prevalentemente merito della tecnologia dei semiconduttori. Finché questo sarà il trend predominante, le aziende impegnate nel settore dei semiconduttori giocheranno un ruolo sempre più fondamentale nel progetto di veicoli.

Realtà come NXP mettono a disposizione le proprie competenze in processing, sicurezza e mobile technologies che costituiscono il cuore dell’innovazione verso la guida autonoma. Sotto questo punto di vista, NXP ha le idee ben chiare su quale strategia utilizzare per la realizzazione di autovetture senza conducente: un approccio razionalizzato al progetto di sistema attraverso una Domain-based Vehicle Architecture.

La Domain-based Vehicle Architecture

La Domain-based Architecture riflette le dinamiche stabilite tra NXP e altri partner industriali coinvolti nella produzione di veicoli, raccoglie e organizza le funzioni che mettono l’auto in grado di percepire, pensare e agire in maniera intelligente, affrontando i vari livelli di complessità favorendo la scalabilità. La Domain-based Architecture è caratterizzata da un alto livello di autonomia e, allo stesso tempo, dai più alti gradi di sicurezza. Quattro sono i vantaggi più significativi di questo approccio:

  1. Modularità:

Dividere la funzionalità in domini separati aiuta a focalizzare i livelli di sicurezza funzionale e i requisiti di cybersecurity per ciascun sottosistema, semplificando lo sviluppo e la implementazione di algoritmi di robotica e facilitando la scalabilità di ciascun sottosistema.

  1. Facile ottimizzazione:

La Domain-based Architecture raggruppa tra loro funzioni similari per poi isolarle, al fine di semplificare la definizione dei livelli di sicurezza e protezione rispetto a requisiti comuni all’interno di ciascun dominio. Nel dominio della connettività, che riguarda la comunicazione tra il veicolo e il mondo esterno, la protezione è un fattore di primaria importanza, per evitare qualsiasi intrusione, cosa meno importante nel dominio della trasmissione e della dinamica veicolare, non soggetto a interferenze esterne. In questo caso, l’attenzione va rivolta verso parametri di sicurezza funzionale e affidabilità, per assicurare un funzionamento corretto dei componenti anche in condizioni estreme.

  1. Scalabilità più semplice

L’approccio modulare rende più semplice la scalabilità all’interno di ciascun dominio, qualunque sia il livello di operatività. Ciò facilita l’implementazione di caratteristiche specifiche sulla base di requisiti imposti dal mercato. Per esempio, Il dominio relativo all’esperienza di guida, che include caratteristiche di infotainment, può includere un numero diverso di opzioni a seconda della tipologia del veicolo (modello economico o di lusso).

  1. Riutilizzabilità

NXP crede fermamente nella filosofia del design-reuse. Utilizzare lo stesso building block in ogni dominio significa poter organizzare le funzioni in modo più semplice e applicare nuove tecnologie non appena queste diventano disponibili. In particolare, il portfolio di microcontrollori di NXP è compatibile con l’approccio design-reuse grazie all’architettura e alla piattaforma software condivisa tra i singoli modelli.

Un’analisi più attenta alla Domain-based Vehicle Architecture

Il dominio della connettività

Il dominio della connettività governa tutte le interfacce wireless che mettono in relazione il veicolo con il mondo esterno, sia quelle più semplici usate dai passeggeri e dai loro dispositivi, (radio, cellulare, Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), e GPS), che quelle più avanzate e moderne che attendono più strettamente alla operatività del veicolo come la comunicazione vehicle-to-vehicle (V2V) e vehicle-to-everything (V2X). Il setup ideale prevede che tutte queste interfacce esterne siano allocate in un modulo altamente integrato dotato di antenna che possa permettere di aggiungere o togliere elementi a seconda delle necessità.

Il dominio driver replacement

Questo dominio regola tutte le operazioni relative alla guida autonoma, fornendo capacità sensoriali e decisionali, con le adeguate salvaguardie per assicurare una corretta operatività. Qui risiede gran parte dell’intelligenza del veicolo, dove vengono interpretate le osservazioni ambientali raccolte dai vari sensori quali radar, videocamere, LiDAR e dispositivi di posizionamento. Alla parte pensante competono invece adattamenti situazionali, pianificazione della rotta, algoritmi relativi alla sicurezza e molto altro.

Il dominio Powertrain & Vehicle Dynamics

Governando moto e velocità, questo dominio è quello che regola le operazioni effettive di spostamento. In un veicolo a guida autonoma può essere modificato e ottimizzato sulla base di preferenze personali e vincoli ambientali, come per esempio le condizioni della strada. Si tratti di un veicolo tradizionale a combustione, di un’auto elettrica o di una ibrida, la parte di questo dominio relativa alla trasmissione trasforma in movimento l’energia prodotta dal motore. La sezione Vehicle Dynamics è quella invece che governa i vari sistemi di supporto quali sospensioni e sterzo assicurando stabilità e corsa confortevole.

Il dominio Body & Comfort

Questo dominio supporta le funzioni di base per guidatore e passeggeri, memorizzandone le preferenze attraverso l’analisi del loro comportamento agendo anche sui meccanismi di sicurezza passiva (cinture) e meccanismi di accesso (serrature delle porte). Qui è possibile memorizzare le impostazioni preferite che possono essere richiamate e adattate alle diverse situazioni in modo automatico. I sensori, i microcontrollori e le nuove tecnologie di illuminazione possono interagire per uniformarsi ai settaggi preferiti e incrementare la sicurezza di guida. Per esempio, il livello di illuminazione dei fari può adeguarsi alle condizioni atmosferiche e di traffico, mentre l’illuminazione interna può essere programmata per privilegiare alcune zone dell’abitacolo rispetto ad altre, dando la possibilità ai passeggeri di dormire o leggere un libro, mentre l’intensità del cruscotto può essere programmata in modo da reagire diversamente in base alla luce esterna o alle preferenze del guidatore.

Il dominio In-Vehicle Experience

Questo dominio è dedicato all’intrattenimento e al benessere dei passeggeri, facendoli sentire come se fossero seduti nel salotto di casa, offrendo accesso a contenuti digitali e alla loro elaborazione. Grazie a una funzione di apprendimento intelligente, anche questo dominio può essere adattato alle preferenze personali dell’utente. Il software qui utilizzato deve essere il quanto più flessibile e deve potersi aggiornare in modo semplice per garantire l’accesso attraverso qualsiasi infrastruttura hardware. La Human Machine Interface (HMI) deve essere avanzata, barrier-free e capace di supportare comandi vocali o gestuali, realtà aumentata e personalizzazione avanzata.

Gateway & In-Vehicle Networks

La Domain-based Architecture è connessa a un sofisticato sistema di comunicazione che la mette in grado di operare in tandem e condividere informazioni. Il network interno agisce come un collante che mantiene i diversi domini in contatto tra loro, assicurando che la condivisione dei dati avvenga alla corretta larghezza di banda e in modo sicuro e affidabile. Il In-Vehicle Network (IVN) utilizza le tecnologie che caratterizzano i setup IT più avanzati, come Ethernet e i secure gateway, oltre a quelli più tradizionali automotive come CAN, LIN e FlexRay. IVN consente ai domini di condividere informazioni e lavora con il gateway per assicurare una adeguata distribuzione dei dati generati dal veicolo. L’onboard gateway mantiene le informazioni all’interno del mezzo, proteggendole da accessi esterni e hacking mantenendo i sottosistemi sicuri e separati l’uno dall’altro. Il gateway vigila anche sulla sicurezza e sulla affidabilità dei dati utilizzati da ciascun dominio.

Un modo logico di approccio al progetto

La Domain-based Architecture è il modo logico attraverso il quale raggruppare le componenti hardware e software relative al progetto del veicolo, ma si rivela altresì importante per organizzare lo stesso team di progetto. NXP usa i domini anche per guidarne le strutture interne e condurre i progetti in modo più efficiente e razionale, ottimizzando la collaborazione tra le varie professionalità coinvolte per sviluppare al meglio i progetti più innovativi.

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