Latest News

אתגרים של כלי רכב אוטונומיים: כיצד Ethernet במכוניות יכול להתגבר על בעיות רוחב פס ברכבים המיועדים לנהיגה עצמית.

חברות רבות בעולם וביניהן חברות ישראליות רבות שוקדות על פיתוח מגוון פתרונות ומוצרים לדבר הבא בעולם הרכב, הרכב האוטונומי. ישראל היא כר פעולה נרחב לחדשנות בתחום זה, ואם חברת מובילאיי מוכרת לכולם כפורצת דרך וסמן להצלחה, אנו רואים התעוררות ופריחה של חברות ישראליות רבות נוספות השוקדות על פתרונות ומוצרים יצירתיים לתחום זה.

נהגים כבר מתרגלים למה שהיה פעם “תכונות חדשות מגניבות” ושהפכו עתה ל “לא יכול לחיות בלי”. טכנולוגיות כגון מצלמת גיבוי, זיהוי שטחים מתים, מערכות התרעה וסיוע לנהג בחניה. בכל אחת מהטכנולוגיות האלה זורם בתוך המכונית מידע, או נתונים, וככל שטכנולוגיית הרכב מתקדמת, יותר ויותר תכונות יתווספו.

אבל כשמדובר ברכב אוטונומי, כמות הטכנולוגיה והזרימה של המידע או הנתונים שנכנסים למכונית כדי להיות מעובדים גדל באופן אקספוננציאלי. כלי רכב אוטונומיים אוספים מספר רב של זרמי מידע/נתונים מחיישנים, מכ”ם, מכשירי רדיו, חיישנים IR ומצלמות. זה הרבה מעבר למערכות סיוע לנהג (ADAS) או מערכות הבידור (IVI) הקיימות בתוך הרכב העכשווי. הרכב האוטונומי יהיה מודע לסביבתו ויריץ אלגוריתמים מתוחכמים אשר יקבלו החלטות על מנת לנהוג ברכב.

עם זאת, מכוניות אוטונומיות יבצעו גם עיבוד ותקשורת נתונים בין רכבים (V2V), כמו גם חיבור להתקנים חיצוניים אשר יותקנו על הכביש המהיר של העתיד, ככל שתשתיות התקשורת לרכב יתפתחו. כל התכונות והתהליכים האלה דורשים רוחב פס – וזה כולל: התנעה של המכונית, נהיגה, פניה, זיהוי אור אדום ברמזור, עצירה, בלימה עם זיהוי הולך רגל במסלול הנסיעה ועוד פעולות רבות.

בתלות כזו במידע, זה יהיה מאוד בעייתי עבור רשתות התקשורת הפנימיות ברכב להגיע למגבלות של רוחב פס.
אם נוסיף לפונקציות הנהיגה את זרמי הנתונים הסימולטניים ממערכת הבידור עבור כל נוסע ואת רוחב הפס של 100mbps בתקן 100BASE-T1 הקיים היום בשוק הרכב, יהיה קל לראות שרוב הפס הזה מנוצל עד הקצה. זו סלילת הדרך עבור התקן הבא עבור ,GbE 1000BASE-T1 לתעשיית הרכב.

 ה- Ethernet משמש כבר זמן רב כ”סוס עבודה” שמהווה נפח כלכלי עם מיליוני קילומטרים של כבלים בבניינים ברחבי העולם. לכן, קבוצת העבודה של IEEE 802.3 Ethernet תמכה ב iGbE כתקן רוחב הפס הבא ברשת הרכב.

איור 1: דיאגרמת בלוקים של משדר
מקלט בטכנולוגיית
1000BASE-T

מגניבת רכבים לפריצת סייבר – אבטחה קריטית

גורם מרכזי נוסף עבור רשת הרכב הוא אבטחה. בנוסף לתכונות הטכנולוגיות הרבות ולתהליכים הדרושים לנהיגה ובידור, נושא האבטחה היא דאגה גדולה עבור מכוניות בכלל ומכוניות אוטונומיות בפרט. סרטי מדע בדיוני, שבהם מכוניות נפרצות מרחוק ומתבצעת השתלטות על הנהיגה ברכב ללא יכולת של הנהג להתערב מפחידים מספיק, אבל בחיים האמתיים, זה יכול להיות הרבה מעבר לסיוט. אבטחת כלי רכב כדי למנוע הפעלה של תוכנות ריגול, בין אם נשתלו ממכונאי נוכל או פורץ מחשבים מזדמן, ידרשו לאימות חזק כדי להגן על הפרטיות ובטיחות הנוסעים. מכוניות העתיד יוכלו לזהות ולדחות כל התקן נוסף שאינו מאומת, כמו גם כל חדירה חיצונית דרך ערוצי התקשורת הפתוחים של הרכב.

זו הסיבה שחברות כמו מארוול, לקחו תפקידי מפתח בשיתוף פעולה עם ארגונים כמו IEEE כדי לעזור ליצור סטנדרטים פתוחים, כגון GbE עבור הרכב, על מנת להמשיך ולדחוף את טכנולוגיות הרכב קדימה.

טכנולוגית ה Ethernet עבור הדור הבא של כלי רכב

טכנולוגית ה Ethernet של חברת Marvell מסוגלת לקחת את מה שהיו אמורים להיות תחומים נפרדים במכונית – מערכת בידור, סיוע לנהג, אלקטרוניקה של המרכב – וחיבורם יחד כדי לספק עמוד שדרה של נתונים המבוסס על תקני רוחב פס גבוהים עבור הרכב.

לדוגמה, ה- 88Q2112 של מארוול הוא מקלט/משדר ה- Ethernet PHY הראשון של התעשייה, בתקן IEEE 802.3bp 1000BASE-T1. ה- 88Q2112 תומך ברוחב הפס הגבוה ביותר של קישוריות לרכב, והוא נועד לענות על דרישות ה- EMI הקפדניות של מערכת הרכב. תקן 1000BASE-T1 מאפשר מהירות נתונים דו כיוונית גבוהה בתוך הרכב, העברת זרם נתונים לא דחוס ברזולוציה 720p30 ממספר מצלמת וידאו במקביל, כולל ברזולוציה 4K, על זוג חוטים בעלות נמוכה.

קיים גם מקלט/משדר ה- Ethernet PHY  88Q1010 של  מארוול בעל צריכת הספק נמוכה תומך ב- 100BASE-T1 ומאפשר העברה של נתונים עבור מערכות מידע ווידאו דחוס ברזולוציה של 1080p60 ממערכת הבידור וממצלמות.

לבסוף כדי לעטוף את פתרונות הרשת שלה לשוק הרכב, מארוול מציעה גם סדרה של מתגי Ethernet  עם 7 פורטים.

שילוב בין עלות נמוכה ורוחב פס גבוה של Ethernet מביא יתרונות רבים לארכיטקטורת הדור הבא של הרכב, כולל גמישות להוסיף יישומים חדשים אשר עדיין לא חשבו עליהם.

התפתחות טכנולוגית ה Wireless עבור שוק הרכב

תקשורת Bluetooth היא דוגמה מצוינת לאופן שבו טכנולוגיית RF יכולה לתמוך ביישומים רבים ושונים ועם פוטנציאל רב לשימושים עתידיים. באמצעות שימוש באביזר מתאים במכונית תקשורת Bluetooth מספקת גם את האמצעים שבהם ניתן לשלוח מידע מתוך מערכות הרכב ליישומים שונים בטלפון החכם. השימוש בטכנולוגיה זו כממשק נוסף מביא לשיפור הבטיחות הכללית של הרכב והתחבורה.

לאחרונה תקשורת Wi-Fi הופכת לנפוצה ותופסת מקום במערכות שונות ברכב כמו ה – Bluetooth. היא מסוגלת לספק אפיק נתונים רחב ומהיר יותר, ובכך לאפשר יישומים עשירים יותר ואינטגרציה הדוקה יותר עם מכשירי טלפון חכמים. כדוגמא לשימוש שנועד לשנות את חוויית המשתמש היא הופעתה של טכנולוגיות הקרנת מסך. באמצעות שימוש במנגנונים כאלה ניתן יהיה ליצור מעבר חלק מהטלפונים החכמים של הנהגים למכוניותיהם. וזה לא בהכרח חייבת להיות המכונית שלהם, זו יכולה להיות כל מכונית שהם יכולים לשכור מכל מקום בעולם.

אחת מטכנולוגיות המפתח עבור כלי רכב לנהיגה עצמית היא תקשורת. זה יכול לכלול קישורים בין כלי רכב (V2V), מעבר הודעות בין כלי רכב לתשתיות שונות (V2I) באמצעות טכנולוגיות כגון Bluetooth ו- Wi-Fi, או קישור של הרכב אל כל דבר (V2X).

V2V מספק את היכולת לכלי רכב על הכביש לסמן את כוונותיהם לאחרים ולהזהיר מפני סיכונים ע”י שליחת הודעות אלחוטיות לכלי רכב סמוכים כדי ליידע אותם על המצב. בהתאם למסר המתקבל כלי רכב אחרים יכולים לבצע פעולה מונעת בהתאם.

איור 2: ארכיטקטורה של
AUTOMOTIVE ETHERNET SWITCH

הטכנולוגיה המובילה עבור תקשורת V2V עושה שימוש בפרוטוקול Wi-Fi IEEE 802.11, אשר תוכנן מחדש כדי לאפשר מעבר נתונים עם השהייה נמוכה בהרבה ובאמינות טובה יותר. הטכנולוגיה       IEEE 802.11p עבור תקשורת אלחוטית בסביבות רכב (WAVE) פועלת באזור ה-  5.9GHz של ספקטרום ה- RF, ומסוגלת לתמוך בקצב נתונים של עד 27Mbit/s. אחת התכונות המשמעותיות שנוספו עבור התחבורה היא תמיכה בתזמון כדי לאפשר לרכב לשתף גישה לערוצים אלחוטיים על בסיס זמן. זמן אוניברסלי מתואם (UTC), המסופק בדרך כלל על-ידי מקלט ה- GPS שנמצא ברכב, כדי להבטיח שכל המשדרים/מקלטים הסמוכים יסונכרנו לאותו לוח זמנים.

טכנולוגיית V2I מאפשרת לבקרים וחיישנים בצדי הדרך לעדכן את כלי רכב על מצבם. רמזורים לדוגמא, יכולים לאפשר לכלי רכב לדעת מתי הם צפויים לשנות את המצב. כלי רכב היוצאים מהצומת יכולים להעביר את הנתונים למכוניות מתקרבות, אשר בתגובה יכולות להאט את נסיעתן. על ידי האטה, הן נמנעות מהצורך לעצור באדום – ולחצות בדיוק כשהרמזור הופך לירוק. ההשפעה הכוללת היא חיסכון משמעותי בדלק, כמו גם פחות בלאי על הבלמים. בעתיד, תקשורת זו המופעלת אלחוטית תאפשר לשפר את זרימת כלי רכב אוטונומיים במידה ניכרת. התמרורים יפקחו על הצומת כדי לבדוק אם התנאים בטוחים ויאפשרו חציה של הרכב האוטונומי לצד השני בבטחה.

למרות שיישומי V2X רבים נועדו לשימוש עם פרוטוקול RF ייעודים, כגון WAVE למשל, יש עדיין מקום עבור תקשורת Bluetooth, וככל הנראה גם לסטנדרטים אלחוטיים אחרים כמו Wi-Fi קונבנציונאלי. הולכי רגל ורוכבי אופניים עשויים לסמן את נוכחותם על הכביש בעזרת הטלפונים החכמים שלהם. את המסרים שיאספו על ידי כלי רכב חולפים ניתן יהיה להעביר באמצעות תקשורת V2V מעל WAVE להרחיב את טווח האזהרות. משדרים בצד הדרך יכולים להעביר מידע על נקודות עניין מקומיות באמצעות טכנולוגיית Bluetooth – וזה יכול לספק לנוסעים ברכב אפשרות לחפש פרטים נוספים באינטרנט באמצעות נקודה חמה המובנית ברכב.

דבר אחד ברור, העולם של תעשיית הרכב יהיה בנוי מסביבת RF הטרוגנית שלוקחת טכנולוגיית Wi-Fi מסורתית ומשלבת אותה יחד עם WAVE, Bluetooth ו- GPS. יהיה זה ברור הגיוני לשלב את קבוצה זו של טכנולוגיות על גבי שבבים יחיד, ובכך להקל על תהליך האינטגרציה וגם להבטיח ביצועים אופטימליים.

זה לא יהיה רק מועיל עבור תכנון מערכות של כלי רכב חדשים, אלא גם להקל על מוצרים ל- V2X עבור  ה- Aftermarket. בדרך זו,  גם מכוניות קיימות יוכלו להיות חלק מאוטוסטרדת המידע המתפתחת.

ולסיכום, אמנם רכב העתיד מתוכנן לנהוג את עצמו, אך מובילי הטכנולוגיה בהווה טורחים רבות לסלול לו את הדרך הבטוחה ביותר לשם כך.

 

לירון חומסקי, אבנט רכיבים

תגובות סגורות