Chegar ao seu destino com segurança, eficiência e conforto

Os veículos conectados estão chegando. Primeiro, principalmente em megalópoles chinesas. Mas paralelamente à introdução das comunicações móveis 5G, o padrão C-V2X para conectividade de veículos que deriva destas comunicações móveis logo estará estabelecido na Europa e nos EUA. As maiores empresas responsáveis por estas conquistas contam com as soluções de teste e medição da Rohde & Schwarz para levar os veículos autônomos com segurança e eficiência para as estradas.

Os veículos conectados estão chegando. Primeiro, principalmente em megalópoles chinesas. Mas paralelamente à introdução das comunicações móveis 5G, o padrão C-V2X para conectividade de veículos que deriva destas comunicações móveis logo estará estabelecido na Europa e nos EUA. As maiores empresas responsáveis por estas conquistas contam com as soluções de teste e medição da Rohde & Schwarz para levar os veículos autônomos com segurança e eficiência para as estradas.

Xangai na hora do rush. Esperar que outros motoristas abram espaço em confluências? Não, o que funciona lá é buzinar e acelerar! E se for você quem precisa frear, buzine de volta, e pronto. Ter que retornar com o carro no meio de um cruzamento? Acontece. E, não colidir com um dos incontáveis motociclistas que de repente aparecem fazendo curvas nos espaços vazios é uma questão de sorte. Motoristas de motos elétricas, ou até mesmo motoristas de vans elétricas invadem as calçadas sem culpa. "As ruas," afirma Julian Schneider, o consultor de gerenciamento que mora em Munique e se graduou pela Universidade de Economia e Finanças de Xangai, "são perigosas demais para todos." Uma situação especialmente perigosa: quando pedestres precisam atravessar um cruzamento com carros buzinando continuamente; eles não estão em segurança nem mesmo quando o sinal para pedestres está verde, afirma ele. Isso por que lá é permitido que os veículos que vão virar à direita façam a conversão mesmo com o sinal vermelho (como também ocorre no Canadá, na Austrália e nos EUA). Quais são as consequências disso? Mais acidentes fatais no trânsito do que em qualquer outro lugar do mundo. Isso pode ser visto nos dados mais recentes disponibilizados pela Organização Mundial da Saúde, em 2018.

Megalópoles na China – movimentados laboratórios para a revolução automotiva

Mas o governo chinês quer acabar com essas condições. Nesta tarefa, o governo está aberto principalmente às medidas que fortalecem as competências tecnológicas do país. As cidades inteligentes, por exemplo, que em países ocidentais só existem nos planos de projetistas, estão ganhando espaço por lá. Já mencionadas desde 2011, no 12º planejamento chinês para um período de cinco anos, o conceito foi substancialmente aprimorado nos períodos de planejamento subsequentes sob a denominação de New Smart City. O princípio "Made in China 2025" está em vigor desde 2015 impulsionando o país para a liderança global em áreas de inovação como robótica, inteligência artificial e eletromobilidade.

E o trânsito autônomo conectado se encaixa perfeitamente nesse planejamento. Start-ups chinesas estão entre as empresas pioneiras no desenvolvimento dos veículos do futuro. As condições caóticas de suas maiores cidades são, na verdade, um aspecto favorável para elas. James Peng, CEO da Pony.ai, uma empresa de robotáxi fundada em 2016 que já tem grande importância no setor, acredita que os desafios na China são especialmente altos. Experiências nas imprevisíveis condições locais são mais valiosas do que nos EUA, um país pioneiro em direção autônoma, afirma ele. A Pony.ai já colocou no trânsito um ensaio de campo de grande escala com veículos de direção autônoma em estradas públicas na parte sul da China. Outras importantes empresas locais, tais como Baidu, AutoX e DiDi Xungking, estão no mesmo caminho. Especialistas estimam um crescimento massivo desta área de negócios entre 2023 e 2025. Em 2030, já deve haver uma extensa frota de milhões de robotáxis em trânsito no maior mercado do mundo. O desenvolvimento é favorecido pelo fato de que somente uma a cada quatro pessoas na China possui habilitação para dirigir, e a maioria das pessoas não terá condições para arcar com os custos de um veículo particular em breve.

Os EUA são o país pioneiro

A revolução automotiva começou nos EUA. Já em 2014, os pequenos veículos autônomos da Google em forma de "ovos" indicaram o caminho. Em 2015, esse experimento resultou na primeira direção autônoma em vias públicas. A Google, ou sua empresa afiliada Waymo, fundada em 2017, ainda é considerada referência na área de direção autônoma, com a maior quantidade de milhas percorridas em teste e o mais sofisticado software. Mas mais de uma dúzia de outras empresas dos EUA, bem como diversas empresas chinesas, estão aproveitando as condições favoráveis das regulamentações – principalmente na Califórnia – para conduzir seus próprios ensaios de campo. Lá, não somente a utilização de robotáxis é regulamentada como também algumas operadoras até já tiveram até mesmo operações aprovadas sem motoristas treinados para supervisionar a direção autônoma. Quaisquer problemas na via são corrigidos por controle remoto, a partir de uma central de controle.

Na Europa, a situação é bem diferente

A Europa tem poucas iniciativas de start-up em comparação com os EUA e a China. Lá, as pessoas contam com serviços de desenvolvimento da própria indústria automotiva em empreendimentos conjuntos com as maiores empresas de TI, ou mesmo, projetos locais com meios de transporte automatizados ou transporte hectométrico utilizados em pequenos trechos iniciais ou finais de transportes públicos na Alemanha, por exemplo. Afinal, a Alemanha foi o primeiro país a sancionar uma lei nacional sobre direção autônoma até o nível 4, em julho de 2021. Essa lei permitirá que frotas de táxi automático operem também nas vias alemãs. A empresa de aluguel de veículos Sixt anunciou prontamente sua intenção de lançar robotáxis em Munique ainda em 2022. A navegação destes veículos será efetuada utilizando tecnologias da Mobileye, uma empresa filial da Intel. Entretanto, ainda é necessário que haja a bordo um motorista para supervisionar o veículo.

A autonomia completa é imperfeita

Todos os relatórios sobre trânsito de veículos no futuro giram em torno dos conceitos de "eletromobilidade" e "direção autônoma". Apesar desses conceitos tecnológicos estarem incluídos simultaneamente nos planejamentos, na verdade, eles são independentes. A indústria automotiva enfrenta a tarefa imensamente complexa de lidar, ao mesmo tempo com ambos os conceitos, um desafio considerável mesmo para os maiores fabricantes.

Enquanto novas empresas como Waymo, Argo AI ou Baidu pressionam os tradicionais fabricantes de equipamentos de origem de veículos com seus sistemas de navegação, esses tradicionais fabricantes precisam ceder cuidadosamente para evitar tornarem-se dependentes enquanto trabalham na transição para plataformas elétricas. Além disso, os dispositivos eletrônicos estão assumindo um papel crescente no desenvolvimento de veículos. Sistemas de assistência à condução cada vez mais sofisticados aprimoram a segurança e aumentam o nível de autonomia. Ao mesmo tempo, a autonomia completa (nível 5) ainda não é o objetivo – apesar de provavelmente se tornar possível, no futuro. Ao invés disso, uma visão está tomando forma sob o conceito de C-ITS: sistemas cooperativos de transporte inteligente.

Essa visão considera o trânsito a partir de uma perspectiva mais ampla, com o objetivo de maximizar tanto a segurança no trânsito ("Visão Zero": praticamente nenhum acidente de trânsito fatal em 2050) e eficiência do trânsito através de recursos técnicos. Mas tudo isso só se tornará possível se os veículos se comunicaram uns com os outros, bem como com a infraestrutura a seu redor e uma central de controle de trânsito. As comunicações móveis 5G constituirão a base para possibilitar isso.

Como se os veículos fossem células em um ecossistema de comunicações móveis

Como tipicamente ocorre em tópicos tecnológicos, as discussões sobre veículos que se comunicam sempre estão inundadas com expressões de efeito. V2X para "veículo para tudo" é a superestrutura conceitual que abriga V2V (veículo para veículo), V2I (veículo para infraestrutura), V2N (veículo para rede), e V2P (veículo para pedestre). Os veículos do futuro vão se comunicar de maneira vívida com outros veículos para chegar aos seus destinos com a maior segurança, a maior rapidez e o maior conforto possíveis. Para que tudo funcione perfeitamente, ainda é preciso trabalhar mais alguns aspectos de desenvolvimento, coordenação e investimentos. Mas com o 5G, o mais importante pré-requisito já está disponível – um sistema apropriado de comunicações sem fio. Agora, a tecnologia deve ser instalada nos veículos.

Melhores motoristas

Seres humanos são motoristas realmente bons se levarmos em consideração como as condições de trânsito podem ser complexas e imprevisíveis. Mas a tecnologia agora é capar de dar conta de algumas tarefas com eficiência ainda maior. Os modelos do futuro, com "olhos" em todas as partes através de câmeras e sensores de radar e lidar, conhecerão as rotas, serão mais dinâmicos, sempre alertas e incansáveis. Se as comunicações sem fio também entrarem em jogo, as informações sobre situações remotas poderão ser incorporadas à condução do veículo, algo impossível para os motoristas sem sistemas de assistência.

Quando tudo funciona: uma condução modelo

Durante a noite, nosso veículo recebeu atualizações para a mais recente versão de software através de comunicações móveis e está pronto utilizar os novos recursos em sua próxima condução. Nossa condução modelo automatizada começa ao inserirmos o destino no computador de bordo, que busca o mapa atualizado a cada minuto com informações de trânsito diretamente da rede. A Rua Beethoven está bloqueada devido a um acidente que acabou de ocorrer, o acidente foi informado pelos acidentes e, portanto, essa rua é ignorada. O trânsito pela cidade flui sem maiores dificuldades, pois a central de controle tem uma visão geral da situação completa do trânsito e otimiza as fases de semáforos. A partida do veículo quando um semáforo passa de vermelho para verde é orquestrada remotamente. O semáforo (como unidade ao lado da estrada, ou "roadside unit") sinaliza por comunicações sem fio a alteração para verde.

O primeiro veículo (veículo "host") assume e inicia uma cadeia de comunicações sem fio V2V ao longo do trecho de trânsito parado que acelera de forma controlada. Duas ruas a diante, um incidente decisivo ocorreu: um pedestre entrou de repente na pista, fazendo com que um veículo fizesse uma frenagem de emergência automática. Um sinal V2V enviado simultaneamente pelo veículo para o trânsito atrás dele, incluindo nosso veículo, causa a mesma reação em apenas milissegundos, de modo que o incidente não afeta negativamente o trânsito. Entramos no viaduto a caminho de uma movimentada via expressa urbana. Nosso computador de bordo informa aos veículos próximos sobre a chegada de nosso veículo ao ponto de confluência com a via expressa e eles abrem espaço para nosso veículo na via. Pouco depois, um corredor de emergência é aberto em um passe de mágica para dar passagem a uma ambulância que está se aproximando. Isso ocorreu porque a central de controle alertou os veículos ao longo da rota através de comunicações móveis.

Em nosso destino, precisamos encontrar uma vaga na garagem de estacionamento e o sistema de gerenciamento da garagem assume todo o procedimento, dirigindo nosso veículo para a próxima vaga livre, onde ele estaciona automaticamente. Um sinal de chamada notificará que ela está novamente disponível na saída.

Um olhar nos bastidores da tecnologia

A condução modelo deixa claro que um sistema de mobilidade baseado em redes de comunicações sem fio e autonomia veicular (C-ITS: sistema cooperativo de transporte inteligente) requer mecanismos automáticos para diversas situações de trânsito (casos de uso). Eles precisam ser padronizados, de maneira independente dos fabricantes. Organizações como a 5G Automotive Association (5GAA) estão trabalhando nisso. A 5GAA inclui representantes de todas as maiores empresas nos setores automotivo e de comunicações, incluindo a Rohde & Schwarz, e, como o próprio nome já sugere, a organização concentra seu foco nas comunicações móveis 5G.

O setor automotivo iniciou o processo de padronização 5G antecipadamente para assegurar que suas demandas sejam levadas em consideração. As características intrínsecas do 5G, como alta velocidade de transmissão, disponibilidade, confiabilidade e breve tempo de propagação de sinais (latência) faz dele o candidato ideal para o estabelecimento das redes de trânsito desde sua implementação. Contudo, as comunicações móveis sem fio – rádio para trânsito através de estações rádio-base em comutação – somente podem cobrir parcialmente as tarefas de comunicação. Em pontos cegos ou situações ad hoc, os veículos devem ser capazes de se comunicar diretamente uns com os outros. Uma interface de link secundário ("PC5") já era fornecida para este propósito pelo LTE, predecessor do 5G, e foi integrada novamente no 5G. Em função do caso de uso, as comunicações ocorrerão através da rede (comunicações móveis VTX, C-VTX, Uu) ou da interface de link secundário PC5.

Uma tecnologia alternativa de link secundário com base em WLAN (variante 802.11p) agora é a atividade secundária conforme os grandes mercados dos EUA e da China; assim como praticamente todos os fabricantes europeus declaram seu posicionamento favorável em relação ao PC5 5G.

Hora do show

Para poder implementar esse planejamento visionário, as próximas gerações de veículos precisam estar preparadas para o 5G. A capacidade geral de comunicações móveis já é padrão há anos devido ao sistema obrigatório de chamadas de emergência eCall para todos os novos veículos. Contudo, o 5G é significativamente mais exigente do que os padrões anteriores em termos do papel central que ele desempenhará nos cenários de trânsito do futuro. Falhas de conexão não podem ocorrer nas aplicações em tempo real decisivas para a segurança. Por isso, os fabricantes de unidades telemáticas responsáveis por comunicações nos veículos, assim como os fabricantes de automóveis, precisam do apoio de especialistas em comunicações móveis como a Rohde & Schwarz.

Toda a linha de equipamentos de teste especializados oferece aos desenvolvedores e integradores de sistemas os recursos para integrar de maneira eficiente todos os tipos de sistemas de comunicações sem fio – não somente as comunicações móveis, mas também Bluetooth, WLAN e GNSS. Testadores de comunicações móveis, tais como o R&S®CMW500 e o R&S®CMX500 simulam todas as funções de uma rede de comunicações móveis, medem e avaliam o desempenho de dispositivos conectados e possibilitam testar em laboratório todas as aplicações de 5G, como nos casos de uso para direção autônoma. Também é dedicada atenção especial às interfaces aéreas de veículos: as antenas. Sistemas turnkey de medição automatizam os testes necessários e facilitam que os fabricantes realizem procedimentos demorados, com alto risco de erros e que requeiram conhecimentos especializados especiais (como testes de antena no veículo completo, ou FVAT, por exemplo).

Além de equipamentos de teste de rádio (para comunicações móveis), a Rohde & Schwarz oferece aos fornecedores e fabricantes do setor automotivo todos os equipamentos de teste que precisam para desenvolver e testar componentes de veículos elétricos e eletrônicos; seja em eCall, equipamentos multimídia, barramentos de dados em veículos, sensores de radar ou unidades elétricas. O portfólio também inclui equipamentos para testes de compatibilidade eletromagnética. Conclusão: como resultado, os equipamentos de teste e medição da Rohde & Schwarz agora estão contribuindo para colocar os veículos do futuro em funcionamento.