Testare il wireless in auto

Un’autovettura oggi è molto più di un semplice mezzo per muoversi rapidamente e al sicuro da un punto A a B: si tratta piuttosto di un completo spazio vitale in cui possiamo informarci, intrattenerci ed essere produttivi in modo altrettanto efficace come se fossimo a casa o in un ufficio. Diverse tecnologie di comunicazione wireless che hanno reso possibile questa evoluzione delle auto. Tra queste ci sono: il Gps per la navigazione satellitare, la tecnologia cellulare per la comunicazione e l’accesso a Internet, il Wi-Fi per l’accesso a Internet e comunicazione C2C (Car-to-Car), la Dsrc (Dedicated short-range communication) per il pagamento automatico dei pedaggi e parcheggi, Bluetooth per comunicare a mani libere, e altre ancora. Tuttavia, l’evoluzione delle autovetture è lontana dall’essere finita, e così ora gli ingegneri Rf nel settore automobilistico si trovano ad affrontare nuove sfide nello sviluppo che stanno andando a modificare portata, durata e complessità dei test Rf effettuati sui componenti, sui moduli e sui veicoli completi. Sono tre le maggiori tendenze che gli ingegneri automobilistici incaricati dei test Rf avranno bisogno per tenere presente negli anni a venire. Sia dal punto di vista personale che societario, sarà infatti utile affrontare queste esigenze emergenti in anticipo. Esse sono:

  • la crescente applicazione di rigorosi concetti di sicurezza funzionale nei sistemi a radiofrequenza;
  • l’esigenza di testare reti wireless altamente dinamiche in cui le connessioni e il routing subiscono cambiamenti attimo dopo attimo;
  • il funzionamento della macchina come una parte di apparecchiatura utente di telefonia mobile, proprio come un ricevitore e come applicazione bridge per esempio per una applicazione eCall.

Analisi Rf per la sicurezza funzionale

Oggi, le interfacce wireless in una macchina sono importanti e devono funzionare bene se si vuole consentire agli utenti della vettura una esperienza positiva. Ma nessuna di esse è realmente safety-critical: il conducente ha il pieno controllo sul movimento della vettura.  Ciò però sta cominciando a cambiare, dato che le case automobilistiche introducono sempre più sofisticati sistemi di assistenza alla guida. Prima o poi, sembra inevitabile che i veicoli completamente autonomi diventeranno una realtà. Nello sviluppo di veicoli autonomi, i produttori di automobili dovranno implementare regimi di test esaustivi. Questi comprenderanno prove su strada pubblica, test virtuali, test fail-safe, simulazioni, test in scenario di traffico, crash test e di sicurezza, test per cyber-minacce e ancora altre categorie di test. Ed anche se questo ha un impatto più evidente a livello del veicolo completo, anche i sistemi Rf arriveranno ad essere sotto stretta sorveglianza, poiché diventeranno safety-critical quando saranno utilizzati in veicoli a guida autonoma. I Sistemi Radio utilizzati nelle automobili a guida autonoma comprenderanno radar per la misura della distanza dal veicolo che le precede, la sua velocità e direzione di marcia e, come verrà descritto in seguito, le comunicazioni car-to-car per la condivisione di informazioni sulle condizioni della strada e del traffico. In un veicolo a guida autonoma, questi Sistemi Radio sono safety-critical. Per questo motivo, il Test Radio secondo le loro specifiche tecniche, come fornitori automobilistici fanno oggi, non sarà più sufficiente. Ci sarà anche bisogno della presenza di processi che supportino la conformità ai requisiti delle norme di sicurezza funzionali Iso26262. L’Iso26262 definisce i requisiti che garantiscono la sicurezza funzionale di un sistema, a partire dalle sue specifiche, fino alla progettazione, implementazione, integrazione, verifica, validazione e, infine, al rilascio per la produzione. Sotto le specifiche della norma Iso26262, ad una apparecchiatura è richiesto il raggiungimento di un certo livello Asil: si tratta di uno schema di classificazione di rischio definito dallo standard. L’applicazione delle norme Iso26262 per i sistemi che includono una Interfaccia Radio sta notevolmente intensificadosi, prolungando cosi anche i test che gli ingegneri Rf dovranno eseguire. Questi ultimi sono via via sempre più costretti a sviluppare modelli che captino e caratterizzino ogni possibile rischio che un difetto o malfunzionamento del sistema Rf possa impedire il corretto funzionamento del veicolo. Avranno bisogno di catalogare in modo esaustivo tutte le modalità di guasto della Interfaccia radio. E avranno quindi bisogno di ideare e documentare regimi di test che verificano, con un altissimo livello di fiducia, sia il rischio di guasto che il modo in cui la Interfaccia radio gestirà ogni modalità di guasto.

Test per topologie dinamiche di rete

Adas e sistemi di informazione conducente di vario genere stanno per diventare le caratteristiche sempre più importanti per le autovetture. Oggi questi fanno un intenso uso di videocamere. Ma in condizioni di scarsa visibilità, ad esempio a causa di pioggia o neve, il loro funzionamento può essere compromesso. Anche la segnaletica orizzontale potrebbe essere impossibile da rilevare in presenza di neve o ghiaccio. Per fornire informazioni supplementari o più affidabili sulle condizioni delle strade e il funzionamento del veicolo, i produttori di automobili stanno per implementare sistemi di comunicazione C2I (Car-to-Infrastructure) e C2C (Car-to-Car)  basati sugli standard Ieee802.11 e la tecnologia di telefonia mobile. Le reti di telefonia mobile sono utili per le comunicazioni automobilistiche perché già oggi coprono gran parte del pianeta, sono altamente standardizzate, e forniscono un robusto collegamento per le comunicazioni per le apparecchiature utente in rapido movimento. Tecnologie preesistenti, come 2G e 3G, saranno necessarie per la telefonia in auto, navigazione internet e il sistema di comunicazioni di emergenza eCall. Ma la loro relativamente bassa larghezza di banda e l’elevata latenza li rendono inadatti alle applicazioni real-time come il controllo delle auto a guida autonoma. Tuttavia, le nuove tecnologie cellulari soddisferanno i requisiti di comunicazione in tempo reale C2I. Nella comunicazione C2C, la tecnologia per sistemi cooperativi di Intelligent Transport Systems è derivata dallo standard Ieee 802.11 per Wlan, che è anche la base per il Wi-Fi. In Europa, uno spettro di frequenza specifico nella gamma 5,9 GHz è stato allocato per questo scopo, in linea con le dotazioni simili degli Usa. Non appena due o più automobili o stazioni Its siano a portata, si connetteranno automaticamente e imposteranno una rete ad hoc in cui tutte le stazioni Its conosceranno la posizione, la velocità e la direzione delle stazioni circostanti e saranno in grado di condividere messaggi, avvisi e informazioni. Dato che la portata della comunicazione di una connessione Wlan è limitata a qualche centinaio di metri, ogni veicolo si comporta anche come un router per l’inoltro dei messaggi. L’algoritmo di routing si baserà sulla posizione dei veicoli e sarà in grado di gestire rapidi cambiamenti della topologia di rete ad hoc. L’implementazione delle comunicazioni wireless C2C richiede così non solo robuste prestazioni Rf, ma una funzione physical layer che può essere verificata facilmente con l’uso di uno strumento come un analizzatore di spettro, di cui l’MS2830A da Anritsu è un ottimo esempio. Il progettista deve inoltre implementare un piano di test sofisticati per la verifica delle prestazioni del protocol layer, per dimostrare che è possibile gestire i rapidi cambiamenti nella topologia di rete senza che vengano persi pacchetti o che si verifichino cadute delle connessioni. Le specifiche di test standard potrebbero non cogliere tutta la profondità di testing necessaria secondo le disposizioni Iso 26262, e questo sembra destinato a richiedere un nuovo approccio alla progettazione e realizzazione di routine di test da parte degli ingegneri Rf dell’automotive.

eCall: una tecnologia safety-critical

Il sistema eruopeo eCall combina comunicazioni di telefonia mobile e posizionamento satellitare per fornire un aiuto affidabile agli automobilisti in caso di incidente. Il sistema si affida ai dati di localizzazione satellitare. Quando i sensori di bordo del veicolo rilevano eventi quali l’attivazione di airbag, eCall trasmette automaticamente le informazioni di posizione e apre un canale voce e dati tramite un modem in banda. Il funzionamento del chipset Gsm, del modem e dell’intero sistema eCall deve essere testato in fase di sviluppo e le sue prestazioni verificate in produzione, per ispirare sufficiente fiducia sul fatto che comunicherà in modo affidabile in tutte le condizioni. Proprio come un telefono cellulare, il modem in banda deve essere in grado di operare in presenza di più fonti di interferenza, o con un segnale debole, e deve implementare correttamente un complesso protocollo per stabilire e mantenere una connessione voce/dati. In definitiva, i fornitori di sistemi automotive dovranno verificare le prestazioni dei sistemi di eCall su strada, in una rete attiva. Ma l’uso di un simulatore di rete prima del test reale consente al produttore di testare in laboratorio ogni aspetto dell’interazione di un sistema eCall con qualsiasi rete mobile a livello mondiale. Isolato da una rete attiva, il simulatore consente al tester di eseguire analisi ripetibili in cui i guasti possono essere attribuiti con precisione a una causa nota, senza interferenze da parte di eventi casuali e incontrollati che si verificano invece in una rete reale. Uno strumento come l’MD8475A di Anritsu è adatto per questo scopo: funziona come un simulatore di stazione base, supporta protocolli 3Gpp in funzione oggi, e dal preesistente Gsm fino ai più recenti standard Lte-Advanced. Attraverso un’interfaccia grafica facile da usare, il progettista può implementare rapidamente centinaia di routine di test predefiniti. Offre inoltre un ambiente per la creazione dei comportamenti in condizioni di funzionamento anomalo della rete. Inoltre, specifici pacchetti software permettono il suo potenziamento ad un set di test eCall con un ambiente indipendente Psap.

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