Conducción virtual: Comprobación de servicios telemáticos en redes celulares

Admitámoslo: los vehículos modernos se han transformado en móviles inteligentes sobre ruedas. Todos y cada uno de los servicios proporcionados por móviles inteligentes han sido trasladados o bien conectados a los sistemas de infotainment ofrecidos a bordo del vehículo. A lo largo de los últimos años, la industria ha ido alén de los móviles y ha comenzado a desarrollar aplicaciones y servicios a la propia medida de la industria de automoción. Normalmente se les llama “servicios telemáticos”.

Hasta hoy, los automóviles han usado aplicaciones para intercambiar los datos con la nube mediante una red de radio móvil, compartiendo su situación y consiguiendo información valiosa como avisos de riesgo, información viaria y espacios de parking gratis. Esto deja un empleo novedoso de los vehículos, como los servicios de “car sharing” o bien “live carpooling”, o sea, el empleo compartido de automóviles.

La próxima generación de estas aplicaciones dará a los automóviles las actualizaciones de software más avanzadas, como datos en mapas de alta definición, actualizados y precisos para conducción autónoma en tiempo real. Las aplicaciones ahora están integradas más de manera estrecha con el vehículo y presentan grandes demandas por lo que respecta a velocidad de transmisión de datos, latencia y confiabilidad de la interfaz de radio móvil.

Los servicios telemáticos asisten al conductor en su toma de resoluciones, como a los algoritmos que rigen el vehículo autónomo, como los sistemas ADAS. Los sistemas avanzados de asistencia a la conducción (Advanced driver-assistance systems, ADAS) recurren a múltiples sensores con la intención de tomar resoluciones de manera segura. Los sistemas ADAS comenzaron a usar sensores como radares para detección de distancia y objetos. Para progresar su representación del planeta, los ADAS comenzaron a conjuntar la información suministrada, por servirnos de un ejemplo de vídeo y lidar. Esto deja edificar un modelo 3D del ambiente del vehículo. No obstante, una restricción esencial es su incapacidad de ver alén de la línea de visión. Es acá donde las redes inalámbricas pueden ser de ayuda puesto que dejan la comunicación con la infraestructura viaria o bien entre turismos. La conectividad del turismo se está transformando en un factor principal para la seguridad y la experiencia del usuario.

Comprobación en carretera y comprobación virtual

Una forma de revisar los ADAS y los servicios telemáticos es llevarlos a la carretera. La comprobación en carretera demanda recorrer millones de quilómetros para validar las soluciones, si bien no resulte posible encontrarse con todas y cada una de las situaciones posibles. Resulta bastante difícil reproducir una situación determinada y revisarla para una comunicación inalámbrica específicamente. La red celular puede variar en dependencia de las condiciones meteorológicas, el tráfico y la disponibilidad de la red requerida (LTE, 5G …).

La simulación del ambiente real en un laboratorio es una solución para conseguir resultados reproducibles. Asimismo reduce el costo y el tiempo precisos para validar versiones ya antes de salir a la calle. La comprobación en carretera es esencial mas ahora se considera el último paso del proceso de validación.

Nudo abierto en frente de nudo cerrado

Los turismos conectados se han comprobado de forma tradicional en los laboratorios del mismo modo que un smartphone: basándose en un conjunto de casos de prueba “test cases” predefinidos que se puedan reproducir de forma secuencial, proveer una entrada famosa y asegurar que los resultados caigan en el rango previsto o bien prosigan el comportamiento aguardado. Esto se llama comprobación en nudo abierto.

Sin embargo, se ha probado que no es suficiente con valorar la vida útil y la demanda en concepto de confiabilidad, seguridad y longevidad. Se precisa una mejor representación del planeta real que vaya alén de pruebas y situaciones anteriormente definidas.

De ahí que la conducción virtual se está transformando en una herramienta esencial para la validación anterior. En un escenario virtual hay la necesidad de reproducir exactamente las mismas condiciones iniciales, mas la resolución tomada por el vehículo influiría sobre las entradas en tiempo real. Esto se llama comprobación en nudo cerrado.

Software en el nudo y hardware en el nudo

Esta metodología del planeta de la automoción lleva por nombre Software en el nudo (Software in the Loop, SiL) o bien Hardware en el nudo (Hardware in the Loop, HiL). En los dos casos se produce un planeta 3D y se emplean diferentes situaciones.

SiL solo da un modo de revisar el algoritmo del sensor en una simulación.

HiL va un paso alén de la simulación en tanto que provee un estímulo emulado a la plataforma hardware de los sensores sobre la que se ejecuta el algoritmo.

Actualmente, SiL representa el noventa y cinco por ciento de la conducción virtual para los turismos autónomos y solo el cinco por ciento se efectúa a través de HiL. La tendencia en la industria de test señala que se requieren más validaciones cuando se emplea hardware.

Comprobación de la conectividad telemática con la nube en HiL

El procedimiento de nudo cerrado para comprobación telemática propuesto en el presente artículo es nuevo para la industria.

Este procedimiento consiste en agregar al HiL un emulador de la red de radio móvil que dé una red de prueba realista, formada por estaciones base (red de acceso de radio) y una red troncal de radio móvil. La simulación HIL se puede usar para validar toda la cadena de efectos, desde la aplicación en el vehículo a la comunicación con el servicio en la nube. Este artículo presenta un caso de cooperación entre 2 líderes de la industria: dSPACE para el sistema HiL y Anritsu para el simulador (2G/3G/LTE/5G).

El emulador de Anritsu se puede conectar de forma directa a Internet o bien al servidor de back-end y también intercambia datos entre el servicio en la nube y la aplicación bajo prueba en el vehículo. Los cables o bien las antenas pueden conectar el emulador a la unidad de comunicación. En el caso de emplear antenas, las señales de radio han de ser apropiadamente apantalladas.

Es posible supervisar el emulador de la red móvil con el simulador HIL usando un conjunto de bloques de Simulink. Deja reconfigurar la red móvil para manipular la velocidad de transmisión y la latencia de los datos, por poner un ejemplo. Asimismo acepta escenarios de movilidad como el handover (el cambio de una estación celular a otra). A lo largo de una prueba de conducción virtual, el link de radio se trasfiere de una estación base a la próxima sin perder el link a los datos. Otra prueba efectuada con cierta frecuencia es la pérdida de señal, esto es, cuando la señal de radio se desgasta o bien aun desaparece por completo al conducir. El sistema es compatible con el comprobador de señalización MD8475B de Anritsu (2G/3G/LTE) y está dispuesto para 5G así como el comprobador de comunicación 5G (Anritsu MT8000A).

La conducción virtual facilita la homologación

La comunidad de conducción virtual está definiendo activamente los escenarios precisos para validar los turismos autónomos. Reducir el infinito número de situaciones que pueden generarse en la carretera a un subconjunto esencial es una labor de máxima relevancia. Este subconjunto va a facilitar a los legisladores el desarrollo de un marco para validar la seguridad de los sistemas ADAS y los automóviles autónomos. De momento, las situaciones se centran en las condiciones del ambiente que podrían afectar a las entradas del sensor, como radar/vídeo/lidar.

No obstante, se prevé que las telecomunicaciones desempeñarán un papel cada vez más esencial en la toma de resoluciones de los vehículos autónomos en el futuro. Puesto que la evolución de la comunicación inalámbrica en 5G se amolda a las necesidades de la automoción, funciones poco a poco más numerosas como las de comunicación “Vehicle-to-Everything” (C-V2X) van a ser principales para la seguridad. Las condiciones del medio, como la cobertura radio, van a ser claves para la definición de estos escenarios.

Una de las aplicaciones más interesantes del 5G es la de la compartición de sensores y la conducción recóndita. Un sistema HiL con conectividad celular es el banco de pruebas idóneo para la investigación, el desarrollo de prototipos y la validación de funciones 5G.

Francois Ortolan – Anritsu EMEA Ltd