Automotive Ethernet y 5G impulsarán la conducción autónoma

Los principales requisitos para un vehículo autónomo son un cerebro, en forma de ordenadores inteligentes instalados a lo largo del automóvil, y el sentido del tacto, en forma de sensores, Automotive Ethernet y sistemas de comunicación 5G de alto rendimiento. Automotive Ethernet constituirá el sistema nervioso, mientras que las antenas serán las orejas y la boca (para hablar). En el proceso, ayudarán a convertir el futuro de la conducción autónoma en una realidad.

Al igual que las personas, un coche autónomo debe proporcionar seguridad desde dentro y funcionar por sí mismo. Los vehículos automatizados tienen que ser capaces de gestionar de manera independiente (en parte o completamente) los aspectos de la seguridad con sus propios sistemas sensoriales y de actuación. Y deben hacerlo sin depender de los datos producidos por otros automóviles en la carretera o la infraestructura.

Por esta razón, el vehículo necesita datos de los sensores y un sistema nervioso ágil que distribuirá dicha información a todas las unidades informáticas distribuidas por el coche. Es aquí donde Automotive Ethernet entra en juego.

Ethernet puede servir como el sistema nervioso para los fabricantes de automóviles porque las tecnologías que han ido surgiendo ya han sido probadas allí. Satisfacen las necesidades del sector de la automoción en lo que se refiere a velocidades de transmisión, tolerancia al fallo y, sobre todo, seguridad. Además, Ethernet se considera un estándar a prueba de futuro, una característica vital para la conducción autónoma.

Automotive Ethernet permitirá alcanzar elevadas velocidades de datos en el coche. Por el momento, las redes de datos para automóviles consiguen unas velocidades de hasta 10 Gbps. El ancho de banda y la rapidez en el procesamiento de señales resultan esenciales para la conducción autónoma.

Además, Ethernet debe ser a prueba de fallos (fail-safe) y fiable. Para hacer que esto suceda, los coches estarán equipados con mazos de cableado redundantes que pueden compensar un fallo parcial y facilitar la operación continua de todo el sistema.

Otro modo de aumentar la fiabilidad de Ethernet es el uso de una disposición en forma de anillo de los cables. Con este sistema, los componentes individuales pueden seguir comunicando con otro miembro si se produce un fallo completo en un punto del anillo.

Un trabajo de importancia crítica que Ethernet llevará a cabo es el suministro rápido y fiable de los datos relativos a la seguridad, que los sensores del vehículo envían a las unidades informáticas. Esto permitirá que el vehículo opere de manera autónoma en el tráfico urbano. Y también se necesitarán otros muchos datos para la conducción autónoma, en particular a la hora de mejorar la comodidad de la conducción.

Las antenas ya son un componente clave de la conducción conectada. Se utilizan para suministrar las señales recibidas desde otros vehículos o la infraestructura vía Ethernet y, a al mismo tiempo, una plataforma de conectividad a los cerebros informáticos del coche.

Este sistema de sensor de preprocesamiento es algo como la voz del vehículo conectado, con la que se comunica con su entorno y puede enviar y recibir señales. Las señales recibidas están destinadas a incrementar el confort en el interior.

Tal escenario podría ocurrir cuando el vehículo frena antes de lo esperado y, por lo tanto, más suavemente porque el automóvil que circula delante ha informado de forma inalámbrica de una maniobra de frenado. Así pues, una ambulancia podría anunciar su presencia también de manera inalámbrica al resto de coches y estos, a su vez, podrían formar un pasillo a tiempo.

Hasta ahora, los datos de los sensores se transmiten en un estado muy preprocesado debido a la falta de ancho de banda. El ancho de banda actualmente disponible por vehículo asciende a unos pocos cientos de kilobits. Esto servirá por ahora, pero es insuficiente para la conducción autónoma. Los vehículos tendrán que ser capaces de recibir más datos de los sensores, algunos de ellos sin procesar. Tales requisitos hacen que sea inevitable contar con un mayor ancho de banda.

La visión ideal es que un vehículo pueda recibir datos de sensores sin procesar en una cantidad igual a sus propios datos ya disponibles. Otros escenarios en los que se transmiten unas grandes cantidades de datos también resultan muy importantes para la conducción autónoma. Aquí se incluye la descarga de mapas actualizados de alta resolución que muestran ‘zonas de obras’ y ‘obstáculos’ ante los que el vehículo tendrá que reaccionar a tiempo.

Para poder ofrecer ese ancho de banda, las antenas tendrán que cubrir un mayor rango de frecuencia. Esto requerirá un nuevo estándar, que ya se encuentra en fase de desarrollo por parte de varios grupos. Este estándar — 5G V2X — debe proporcionar varios cientos de Mbit, preferiblemente varios Gigabits por segundo de ancho de banda.

Como resultado, los vehículos serían capaces de recibir y enviar cantidades de datos relevantes con la finalidad de mejorar el confort. Dado que los grupos de estandarización ya se están reuniendo para definir los casos de aplicación, los expertos estiman que los primeros productos llegarán al mercado al comienzo de la próxima década y soportarán en parte o en su totalidad la conducción autónoma alrededor de 2025.

Una pregunta importante que todavía debe contestarse abarca el rango de frecuencia que debe utilizarse para 5G V2X. Después de todo, no se encuentra disponible un rango de frecuencia gratuito por debajo de 60 GHz en todo el mundo que pueda transportar esta cantidad de datos.

También existe un problema físico en el área de los 60 GHz, un aspecto que implica la frecuencia resonante de la molécula de oxígeno. Si esta molécula comienza a oscilar, dejará energía de las ondas de radio y restringirá su alcance a unos pocos metros. Como consecuencia, aplicaciones como las comunicaciones entre los vehículos y la infraestructura serían imposibles.

La tecnología de antena ofrece una manera de resolver este problema: en lugar de usar una antena omnidireccional que manda ondas de radio en una forma en anillo, se podrían emplear varias antenas direccionales, que pueden transmitir continuamente sus ondas en una dirección e incrementar el alcance durante el camino. Serán necesarias a la hora de recibir las señales de otros vehículos en la carretera y enviar sus propias señales. También tienen que estar conectadas entre sí y con los ordenadores del vehículo. Esto, en cambio, requerirá que Automotive Ethernet transmita rápidamente los datos.

Los fabricantes de automóviles ya están probando los coches automatizados en ensayos de campo. Los resultados iniciales muestran que los conductores aceptan este tipo de vehículo y están dispuestos a ‘ceder el control’. Los vehículos autónomos actúan como un ser humano: los sensores reciben una señal, la transmiten mediante el sistema de nervioso y los sistemas de comunicación al cerebro y se comunican a través de antenas (direccionales) con el resto de los vehículos en la carretera.

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