Raggiungere la destinazione in modo sicuro, efficiente e confortevole

L'auto connessa sta arrivando. All'inizio, soprattutto nelle megalopoli cinesi. Ma parallelamente all'introduzione delle comunicazioni mobili 5G, lo standard C-V2X per la connettività dei veicoli che ne deriva si affermerà presto anche in Europa e negli Stati Uniti. I principali protagonisti si affidano alle soluzioni di misura e collaudo di Rohde & Schwarz per mettere su strada i veicoli autonomi in modo sicuro ed efficiente.

L'auto connessa sta arrivando. All'inizio, soprattutto nelle megalopoli cinesi. Ma parallelamente all'introduzione delle comunicazioni mobili 5G, lo standard C-V2X per la connettività dei veicoli che ne deriva si affermerà presto anche in Europa e negli Stati Uniti. I principali protagonisti si affidano alle soluzioni di misura e collaudo di Rohde & Schwarz per mettere su strada i veicoli autonomi in modo sicuro ed efficiente.

Shanghai all'ora di punta. Restringimento della carreggiata? Qui il motto è: suona il clacson e premi l’acceleratore! Se devi frenare, rispondi al clacson, fatto. Fare retromarcia nel mezzo di un incrocio per cambiare direzione alla fine? Questo succede. E per non schiantarsi contro uno degli innumerevoli e-scooter che scivolano silenziosamente attraverso tutte i pertugi occorre affidarsi solo alla fortuna. I conducenti di scooter e furgoni elettrici usano spudoratamente i marciapiedi. "Le strade", dice Julian Schneider, consulente di gestione con sede a Monaco e laureato all'Università di Shanghai in Economia e Finanza, "sono semplicemente troppo insicure per loro” Afferma che si tratta di una situazione particolarmente infida: se i pedoni vogliono attraversare un incrocio con le auto che suonano continuamente il clacson, non sono sicuri nemmeno quando la luce delle strisce è verde. Questo perché chi gira a destra è autorizzato ad attraversare anche quando il semaforo è rosso (come lo è, fra l'altro, in Canada, Australia e Stati Uniti). Le conseguenze? Più vittime del traffico che in qualsiasi altra parte del mondo. È un dato confermato dai più recenti dati disponibili dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) del 2018.

Le megalopoli cinesi: laboratori ribollenti della rivoluzione automobilistica

Ma il governo cinese ha dichiarato guerra a queste condizioni. Alla ricerca di una soluzione, è particolarmente favorevole alle misure che rafforzano la competenza tecnologica del Paese. La città intelligente, per esempio, che nei Paesi occidentali esiste solo sul tavolo da disegno, qui sta prendendo piede. Già menzionato nel 2011 nel 12° piano quinquennale cinese, il concetto è stato sostanzialmente rafforzato nel successivo periodo di pianificazione con il termine Nuova città intelligente. Dal 2015 è in vigore la dottrina "Made in China 2025", con la quale il Paese si sforza di raggiungere la leadership globale nelle aree di innovazione della robotica, dell'intelligenza artificiale e dell'elettromobilità.

E il traffico autonomo collegato si inserisce perfettamente in questi piani. Le start-up cinesi sono tra i pionieri della gestione del traffico automobilistico del futuro. Le condizioni caotiche delle loro grandi città fanno effettivamente il loro gioco. James Peng, CEO di Pony.ai, un'azienda di robotaxi fondata nel 2016 ma già protagonista del settore, ritiene che le sfide in Cina siano particolarmente difficili. Afferma che l'esperienza con condizioni locali imprevedibili è più preziosa e i dati più significativi che negli Stati Uniti, pionieri della guida autonoma. Pony.ai sta già eseguendo una prova sul campo su larga scala di auto a guida autonoma su strade pubbliche nel sud della Cina. Altri protagonisti locali, come Baidu, AutoX e DiDi Xungking, stanno facendo lo stesso. Gli addetti ai lavori si aspettano una svolta verso un business di massa tra il 2023 e il 2025. Entro il 2030, ci dovrebbe essere già un esercito di milioni di robotaxi sulla strada nel più grande mercato del mondo. Lo sviluppo è favorito dal fatto che solo un cinese su quattro ha una patente di guida, e la maggior parte non sarà in grado di permettersi una propria auto nel prossimo futuro.

Gli Stati Uniti sono i pionieri

Naturalmente, la rivoluzione automobilistica è iniziata negli Stati Uniti. A partire dal 2014, le coccolose "uova" autonome di Google hanno mostrato la direzione del viaggio. Nel 2015, ciò ha portato alla prima corsa senza conducente sulle strade pubbliche. Google, o la sua società sorella Waymo, fondata nel 2017, è ancora considerata il punto di riferimento per la guida autonoma, con il maggior numero di chilometri di prova e il software più sofisticato. Ma più di una dozzina di altre aziende statunitensi, così come diverse aziende cinesi, stanno approfittando delle condizioni normative favorevoli - soprattutto in California - per effettuare i loro test su strada. Non solo l'uso commerciale dei robotaxi è già regolato lì, ma alcuni operatori hanno persino fatto approvare le loro attività senza conducenti di sicurezza. Qualsiasi problema sulla strada viene corretto tramite telecomando da un centro di controllo.

In Europa è un'altra storia

In Europa mancano iniziative di start-up paragonabili a quelle degli Stati Uniti e della Cina. Qui ci si affida ai servizi di sviluppo dell'industria automobilistica stessa, a collaborazioni con i grandi protagonisti dell'IT, o anche, in Germania per esempio, a progetti locali con navette automatizzate o people mover che vengono utilizzati nel primo o ultimo miglio del trasporto pubblico. Dopo tutto, la Germania è stato il primo Paese ad approvare una legge nazionale sulla guida autonoma fino al livello 4 nel luglio 2021. Questo permetterà alle flotte di taxi automatizzati di operare anche sulle strade tedesche. La società di noleggio auto Sixt ha prontamente annunciato la sua intenzione di lanciare robotaxi a Monaco di Baviera già nel 2022; questi navigheranno utilizzando la tecnologia di Mobileye, sussidiaria di Intel. Tuttavia, un conducente di sicurezza dovrà comunque essere a bordo.

La completa autonomia è subottimale

In tutti i rapporti sul traffico automobilistico dei giorni futuri, si sentono le parole d'ordine elettromobilità e guida autonoma. Ma mentre questi grandi blocchi costruttivi tecnologici sono all'ordine del giorno nello stesso momento, in realtà sono abbastanza indipendenti l'uno dall'altro. L'industria automobilistica si trova di fronte al mastodontico compito di affrontare entrambi allo stesso tempo, che è anche un’importante sfida per i più grandi produttori.

Mentre i nuovi arrivati dall'esterno del settore, come Waymo, Argo AI o Baidu, stanno mettendo sotto pressione gli OEM storici del settore auto con i loro sistemi di navigazione, questi ultimi devono contrastare questa invasione di campo per evitare di diventare dipendenti, gestendo allo stesso tempo il passaggio alle piattaforme elettriche. Inoltre, l'elettronica assorbe una quota in rapida crescita delle attività necessarie allo sviluppo di nuovi veicoli. Sistemi di assistenza alla guida sempre più sofisticati stanno migliorando la sicurezza e aumentando il livello di autonomia. Allo stesso tempo, la completa autonomia (livello 5) - sebbene diverrà possibile a un certo punto - non è affatto l'obiettivo reale. Invece, il quadro generale si sta evolvendo verso soluzioni chiamate C-ITS: sistemi di trasporto intelligenti cooperativi.

Questa visione guarda il traffico da un punto di vista più alto, con l'intenzione di massimizzare sia la sicurezza del traffico ("Vision Zero": quasi nessuna vittima del traffico nel 2050) sia l'efficienza del traffico con mezzi tecnici. Ma questo sarà possibile solo se i veicoli comunicheranno tra loro e con l'infrastruttura circostante e un centro di controllo del traffico. Le comunicazioni mobili 5G costituiranno la base per raggiungere tale obiettivo.

L'auto come cellula in un ecosistema mobile

Come è tipico dei nuovi temi tecnologici, la narrazione sull'auto comunicante è inondata di frasi ad effetto. V2X per "vehicle to everything" (dal veicolo a tutto) forma la sovrastruttura concettuale, sotto la quale ricadono V2V (... al veicolo), V2I (... all'infrastruttura), V2N (... alla rete), e V2P (... al pedone). L'auto del futuro si impegnerà in comunicazioni vivaci con queste controparti per portarla da A a B nel modo più sicuro, veloce e confortevole possibile. Fino a quando non sarà in funzione, ci sarà ancora un bel po' di lavoro da fare in termini di sviluppo, coordinamento e investimento. Ma con il 5G, il prerequisito più importante - un sistema wireless adatto - è già presente. Ora la tecnologia deve essere installata nell'auto.

Il miglior conducente

Gli esseri umani sono ottimi conducenti, considerando quanto complesso e imprevedibile possa essere il traffico. Ma la tecnologia ora fa alcune cose meglio. Nei modelli futuri, ha i suoi occhi ovunque tramite telecamere, radar e sensori lidar, conosce il percorso, è più reattiva, sempre attenta e non si stanca mai. Se entrano in gioco anche le comunicazioni wireless, allora le informazioni sulle situazioni remote possono essere incorporate nella guida del veicolo, che non è accessibile al conducente senza assistenza.

Quando tutto funziona: un modello di guida

Da un giorno all’altro, la nostra auto è stata aggiornata all'ultimo stato del software tramite comunicazioni mobili ed è pronta per la sua prossima escursione, ora con nuove caratteristiche. Il nostro modello di guida automatica inizia con l'inserimento della destinazione nel computer di bordo, che prima recupera dalla rete informazioni aggiornate sulla mappa e sul traffico. Beethoven Street è bloccata a causa di un incidente appena avvenuto, che i veicoli coinvolti hanno segnalato automaticamente, e viene aggirata. Il traffico attraverso il centro della città scorre senza grossi ingorghi perché il centro di controllo ha una visione d'insieme dell'intera situazione del traffico e ottimizza i cicli semaforici. La ripartenza delle auto quando una luce rossa diventa verde è orchestrata a distanza. Il semaforo ("unità a bordo strada") segnala in modalità wireless il passaggio al verde.

Il primo veicolo ("capofila") prende il controllo e avvia una catena wireless V2V lungo la linea del traffico fermo, che prende velocità in modo controllato. Due strade più avanti, si verifica un incidente critico: un pedone entra improvvisamente nella corsia, costringendo un'auto ad effettuare un arresto di emergenza automatico. Un segnale V2V inviato simultaneamente dall'auto al traffico dietro di essa, compreso il nostro veicolo, provoca la stessa reazione ovunque in pochi millisecondi, quindi l'incidente non ha effetti negativi sul traffico. Prendiamo la rampa di accesso alla trafficata autostrada cittadina. Il nostro computer di bordo informa i veicoli successivi che vogliamo accedervi e utilizza lo spazio che creano. Poco dopo, una corsia di salvataggio si crea come per magia, perché un veicolo di emergenza si sta avvicinando. Questo perché il centro di controllo del traffico aveva avvisato tutti i veicoli lungo il percorso tramite comunicazioni mobili.

A destinazione, abbiamo bisogno di un posto nel parcheggio e lasciamo tutta la procedura al sistema di gestione del garage, che indirizza la nostra auto al prossimo spazio libero, dove si parcheggia da sola. Un segnale di chiamata la renderà poi di nuovo disponibile all'uscita.

Uno sguardo sotto il cofano della tecnologia

Il modello di guida rende chiaro che un sistema di mobilità basato sulla rete wireless e sull'autonomia del veicolo (C-ITS: cooperative intelligent transport system, sistema di trasporto intelligente cooperativo) richiede meccanismi automatici per una varietà di situazioni di traffico (casi d'uso). Questi devono essere standardizzati in modo indipendente dal produttore. Organizzazioni come la 5G Automotive Association (5GAA) stanno lavorando su questo. La 5GAA comprende rappresentanti di tutti i principali protagonisti dell'industria automobilistica e delle comunicazioni, tra cui Rohde & Schwarz, e, come suggerisce il nome, si concentra sulle comunicazioni mobili 5G.

L'industria automobilistica è stata coinvolta nel processo di standardizzazione del 5G sin dall'inizio, per assicurarsi che le sue necessità fossero prese in considerazione. Le caratteristiche intrinseche del 5G: alta velocità di trasmissione, disponibilità, affidabilità e breve tempo di propagazione del segnale (latenza), lo hanno reso un candidato ideale per il networking del traffico fin dall'inizio. Tuttavia, le comunicazioni mobili cellulari - il traffico radio attraverso le stazioni base di commutazione - possono coprire solo una parte delle attività di comunicazione. Nei punti morti o in situazioni ad hoc, i veicoli devono essere in grado di parlare direttamente tra loro. Un'interfaccia di collegamento laterale ("PC5"), o sidelink, era già prevista a questo scopo nel precedente standard LTE, ed è stata integrata di nuovo nello standard 5G. A seconda del caso d'uso, le comunicazioni avverranno o attraverso la rete (Cellular-VTX, C-VTX, Uu) o tramite il collegamento laterale PC5.

Una tecnologia alternativa di collegamento laterale basata su WLAN (variante 802.11p) è stata ora accantonata, dopo che i grandi mercati di USA e Cina, così come praticamente tutti i produttori europei, si sono espressi a favore del 5G-PC5.

Sipario

Per essere in grado di attuare questi piani visionari, le prossime generazioni di veicoli devono essere pronte per il 5G. La capacità generale di comunicazione mobile è già standard da anni grazie al sistema obbligatorio di chiamata d'emergenza eCall per tutti i nuovi veicoli. Tuttavia, il 5G è significativamente più esigente degli standard precedenti in termini di ruolo centrale che giocherà nei futuri scenari di traffico. Gli errori di connessione non sono un'opzione nelle applicazioni in tempo reale critiche per la sicurezza. Pertanto, i produttori delle unità telematiche responsabili delle comunicazioni dei veicoli, così come le stesse case automobilistiche, hanno bisogno del supporto di esperti in comunicazioni mobili come Rohde & Schwarz.

Un'intera gamma di apparecchiature di prova specializzate fornisce agli sviluppatori e agli integratori di sistemi i mezzi per integrare in modo efficiente ogni tipo di sistema wireless - non solo le comunicazioni mobili, ma anche Bluetooth, WLAN e GNSS. I tester per radio mobili come gli strumenti R&S®CMW500 o R&S®CMX500 simulano una rete di comunicazioni mobili in tutte le sue funzioni, misurano e valutano le prestazioni dei dispositivi connessi e consentono di verificare in laboratorio qualsiasi applicazione 5G, come i casi di utilizzo per la guida autonoma. Un'attenzione particolare è rivolta anche alle interfacce radio dei veicoli: le antenne. I sistemi di misurazione chiavi in mano automatizzano i test necessari e sollevano i produttori da procedure lunghe e soggette a errori che richiedono competenze speciali (ad esempio, il test dell'antenna del veicolo completo o FVAT).

Oltre alle apparecchiature di prova per la radio (mobile), Rohde & Schwarz offre ai produttori e ai fornitori del settore automobilistico tutte le apparecchiature di prova di cui hanno bisogno per sviluppare e collaudare i componenti elettrici ed elettronici del veicolo, che si tratti di eCall, apparecchiature multimediali, bus dati del veicolo, sensori radar o azionamenti elettrici. Il portafoglio prodotti include anche strumenti e attrezzature per verificare la compatibilità elettromagnetica. Conclusione: il risultato finale è che la strumentazione di misura e collaudo di Rohde & Schwarz sta facendo muovere l'auto del futuro.