Tendências, desafios e soluções de conectividade de dados automotivos

A sigla ACES está ganhando força como o apelido que resume as quatro principais tendências em mobilidade.  Automatizado.  Conectado.  Eletrificado.  Mobilidade compartilhada.  Muito tem sido escrito sobre esses assuntos, e desenvolvimentos técnicos emocionantes estão progredindo a uma velocidade vertiginosa. 
 

• A tendência automatizada ou assistida é toda sobre o equilíbrio de tomada de decisão e controle entre o motorista e seu automóvel.  O aumento da disponibilidade e da potência de processamento de dados em um veículo permite recursos avançados de assistência ao motorista (ADAS), incluindo freios antitravamento (ABS), alerta de colisão, manutenção de faixa, detecção de pedestres e estacionamento paralelo automático.  Recursos adicionais de ADAS estão sendo continuamente introduzidos. O controle de altura da carroceria adaptativa, por exemplo, utiliza sensores de movimento laterais para detectar uma colisão lateral iminente e aumentar a altura da carroceria em até 10 cm ou mais. Mais assistência do veículo significa funcionalidade mais automatizada à medida que viajamos na estrada para, potencialmente, 100% de assistência (condução autônoma completa).
  
  
• A tendência conectada está relacionada ao desejo cada vez maior da sociedade de permanecer engajada.  Dado os recentes eventos mundiais, espera-se que as viagens pessoais e de negócios de automóveis subam à medida que os indivíduos se sintam mais confortáveis e no controle de seu espaço pessoal.  Os consumidores esperam a capacidade de transmitir conteúdo de infoentretenimento (música, filmes), fazer compras on-line, navegar em viagens e conduzir negócios (profissionais e pessoais) diretamente de seus carros. Foram-se os dias em que se deve estar em casa ou no escritório para ter uma conexão ideal.
  
  
• A tendência de eletrificação é a migração de motores de combustão interna para motores elétricos (e-motors) como o principal método de propulsão.  Essa tendência é impulsionada pelo desejo de reduzir a dependência de combustíveis fósseis, reduzir (até mesmo eliminar) as emissões de escapamento e melhorar a eficiência do uso de energia.  Conjuntos de sensores e algoritmos de controle complexos são empregados para otimizar o desempenho do e-motor, reduzir os custos de manutenção, carregar baterias com segurança e maximizar a distância percorrida por carga. Junto com a introdução do veículo elétrico da bateria (BEV) vem a necessidade de pensar sobre quando e onde carregar o carro durante uma viagem.  Ao processar automaticamente as informações de alcance, localização e rota, os carros estão abordando essa faixa de ansiedade de frente porque eles podem navegar para estações de carregamento convenientemente localizadas.
  
  
• A tendência de mobilidade compartilhada é impulsionada pela demanda por serviços de transporte compartilhado e pelo potencial de reduzir a propriedade de veículos pessoais em troca de fácil acesso aos veículos. A experiência do veículo precisa ser personalizada para cada usuário. Eventualmente, cada veículo compartilhado terá a capacidade de ser personalizado para o motorista ou piloto, assim como o telefone, o tablet, o pc e a televisão doméstica oferecem experiências personalizadas.  Seja um serviço de entrega como Uber ou Lyft, ou um aluguel de veículos de compartilhamento de carros como ZipCar ou Turo, acesso prontamente disponível a aplicativos de mobilidade (apps), bem como dados da nuvem torna tudo isso possível.

A conectividade de dados está rapidamente se tornando a mais importante facilitadora de tecnologia da indústria automotiva. Tudo começou com a conexão das unidades de controle dentro do veículo. Em seguida, os smartphones foram conectados ao veículo. Hoje, muitos carros são capazes de coletar informações de forma autônoma da web. O próximo passo lógico será conectar carros entre si e o ambiente, usando a tecnologia V2X (veículo para tudo). A conectividade de dados para aplicações automotivas é multifacetada, servindo uma infinidade de aplicações através de redes de dados compartilhadas.  As aplicações normalmente se encaixam em uma das três categorias funcionais distintas: segurança e proteção, conveniência, eficiência.  A conectividade de dados automotivos é geralmente pensada ao longo de três categorias físicas: veículo para mundo; no veículo; veículo para ocupante. As informações podem ser geradas e extraídas de qualquer um dos caminhos de conectividade de dados físicos e utilizadas por qualquer uma das aplicações funcionais.
 

• Conexões do veículo com o mundo. Durante anos, as comunicações sem fio para transporte foram principalmente caminhos unidirecionais para transmissões de rádio. Hoje, os veículos se tornaram essencialmente sensores altamente móveis e plataformas de computadores em evolução. As comunicações bidirecionais entre o veículo e o resto do mundo são uma função que permite aplicações seguras, com proteção, convenientes e eficientes que se encaixam dentro das tendências ACES. Alguns exemplos desses caminhos de comunicação sem fio, utilizando antenas para conectar o carro ao mundo, incluem:
• AM/FM/DAB/TV
• LTE/5G
• GPS/GNSS
• V2X
   

V2X é abreviação de "veículo para tudo". O termo descreve a comunicação de um veículo com usuários e estruturas de estradas ao redor ou interagindo que incluem outros veículos (V2V), infraestrutura de estradas (V2I), pedestres (V2P) e assim por diante. A tendência de confiar em informações entrando e saindo de um veículo significa, mais do que nunca, que os dados devem ser recebidos com perfeição e de uma fonte confiável.
 

• Conexões no veículo. A rede de carros tem feito parte das arquiteturas dos veículos nos últimos 40 anos. Exemplos de algumas das redes com fio mais comumente empregadas encontradas em veículos incluem:
• CAN
• LIN
• Flexray
• MOST
• Vídeo câmeras
• Ethernet automotiva      

Com a evolução para sistemas avançados de segurança de assistência ao motorista e o maior número de funções de condução automatizada dentro do veículo, as faixas de transmissão de dados de alta velocidade nos veículos estão se tornando cada vez mais relevantes para a segurança do veículo.  Isso significa que novos recursos de design para componentes do veículo são necessários e que os OEMs do veículo devem considerar as limitações das propriedades do canal físico durante a definição da arquitetura e a seleção do protocolo de comunicação.
 

• Conexões do veículo com o ocupante.  Uma conexão importante a considerar é a conexão entre o homem e a máquina. Seja fornecendo informações ao motorista, entretenimento a um passageiro ou integração perfeita com dispositivos pessoais, a conexão entre os ocupantes e o próprio veículo está se tornando essencial. Através do cockpit digital do futuro, motoristas e ocupantes terão experiências especificamente adaptadas para eles. Configurações de assento e espelho, predefinições de música, configurações de navegação e informações do catálogo de endereços, por exemplo, podem seguir automaticamente o motorista de um veículo para o outro. Para passageiros, contas de serviços de streaming e configurações wi-fi podem estar prontas de carro para carro. Alguns exemplos de conexões entre veículos incluem:
•  WLAN
• Bluetooth
• USB
• Wi-Fi
• Visores    

As especificações e requisitos de conectividade de dados em evolução são desafiadores, e os OEMs e fornecedores automotivos estão trabalhando juntos para enfrentar esses desafios de veículos.

• Há uma alta variedade de estratégias de mensagens de dados (camada funcional) e protocolos de transmissão (camada física) não apenas entre os fabricantes de veículos, mas mesmo em um único veículo. Conexões sem fio (antenas) vêm em muitas variedades dependendo da frequência e protocolo da interface. As conexões com fio podem ser um par diferenciado, coaxial, blindado, não blindado etc.  Elas podem até ser ópticas.
  
  
• As conexões devem ser rápidas.  As arquiteturas de comunicação no veículo estão dirigindo em direção a velocidades de até 12 GB por segundo. Os aplicativos orientados pelo ACES, com suas velocidades de computação cada vez maiores necessárias para a tomada de decisões críticas, estão exigindo alta largura de banda, alto volume e canais de comunicação de baixa latência.
  
  
• As conexões devem ser robustas e confiáveis.  A comunicação de dados deve ser impecável, mesmo em um ambiente totalmente elétrico de alta potência. As conexões de dados devem atender a rigorosos requisitos de compatibilidade eletromagnética (EMC), garantindo que elas não irradiem inadvertidamente emissões indesejadas nem sejam suscetíveis a campos eletromagnéticos inadvertidos. Os canais de comunicação veiculares serão submetidos a extremos de temperatura e vibração.
  
  
• As conexões devem ser pequenas e se encaixar na arquitetura de comunicações.  Elas devem apoiar abordagens de miniaturização e leveza impulsionadas por fabricantes de automóveis e fornecedores de sistemas. À medida que os componentes eletrônicos continuam a encolher enquanto a funcionalidade cresce, os conectores não podem e não devem ditar o tamanho do acondicionamento dos componentes eletrônicos. Seja para uma abordagem de arquitetura distribuída ou para uma centralizada, a solução de conectividade deve se adequar à abordagem.  Novas arquiteturas que incorporam clusters de computação de alta velocidade que suportam o processamento de sinal para aplicações baseadas em fusão de sensores terão cada vez mais requisitos desafiadores para comunicações de alta velocidade de dados dentro dos veículos.

A TE Connectivity é um fornecedor de componentes de conectividade de dados especializado em sistemas com arquitetura eletrônica e conhecimento em integração física; portanto, conhecemos a linguagem técnica de nossos clientes.  Trabalhamos com os clientes fornecendo suporte às aplicações para otimizar seus sistemas e fornecendo soluções otimizadas de componentes integrados. À medida que nossos clientes desenvolvem arquiteturas de veículos novas e aprimoradas, estamos nos unindo para fornecer design otimizado de subsistemas e componentes escalonáveis para eles. A partir do ponto em que as informações são digitalizadas até o ponto em que são recebidas, a TE trabalha em colaboração com seus clientes para desenvolver e fornecer soluções personalizadas para atender aos seus requisitos de conectividade de dados. Apoiamos nossos clientes com um portfólio abrangente de produtos, conhecimento técnico em design e know-how, habilidades de fabricação e ferramentas de aplicações e aproveitando o poder da TE - a profundidade e a amplitude dos setores e mercados atendidos pelos nossos engenheiros, cientistas e presença global.
 

• Portfólio de produtos.  Como líder global em soluções de conectividade, colaboramos com nossos clientes e outros líderes de tecnologia do setor para criar soluções projetadas que abordem esses desafios de conectividade automotiva física e sem fio do futuro alimentado por dados. Com base em todas as principais tecnologias de mídia (diferencial, coaxial e óptica) e de transmissão, nosso portfólio abrangente de poderosas soluções de conectividade de dados oferece produtos de interconexão de dados de alta velocidade desenvolvidos para atender às crescentes demandas de desempenho de conexões automotivas de veículos para o mundo, dentro do veículo e do veículo para o ocupante.
   

Fornecemos modelos de simulação para nossos componentes calcularem o desempenho do canal com base nos requisitos de conexão, ao mesmo tempo em que suportamos projetos miniaturizados e modulares que permitem a integração ideal em arquiteturas legados e de última geração. Por exemplo, o sistema de conectores coaxiais miniaturizados da TE (MATE-AX) pode reduzir a pegada do conector em uma placa de circuito impresso em até 75% em comparação com um componente FAKRA tradicional, ao mesmo tempo em que oferece maior largura de banda. O sistema de conectores de ethernet automotiva miniaturizados da TE (MATEnet) aborda a necessidade de soluções eficientes de cabeamento para tecnologias de conexão física que podem ser perfeitamente integradas às interfaces ECU existentes em arquiteturas de rede de dados de alta velocidade mais complexas. Além disso, nosso portfólio de antenas e tecnologias de conectividade sem fio, oferecem soluções de comunicação externa para serviços de telemática de transmissão, celular, de última geração e V2X. Aqui, também estamos desenvolvendo soluções integradas que combinam antenas e transceptores para reduzir a complexidade e o espaço e o desempenho.
 

Nosso portfólio alcança alto desempenho de canal alinhado com especificações de camada física de vários fabricantes de chips.  Isso inclui nossa nova solução para conectores ethernet multi-gigabit que suportam velocidades de até 10 Gbps e, com outros protocolos, acima de 20 Gbps,  atendendo às necessidades de segurança de última geração e aplicações de condução autônoma.  Além disso, os produtos de conectividade de dados da TE foram projetados especificamente para atender aos requisitos de ambientes automotivos adversos e estão em conformidade com padrões como LV214 e USCAR, atendendo aos mais rigorosos requisitos ambientais. Eles também são testados para as especificações mais rigorosas de integridade de sinal e compatibilidade eletromagnética, como o comitê técnico da aliança One-Pair Ethernet (OPEN).
 

• Especialização técnica em design e know-how. Com mais de 75 anos de experiência em sistemas de conexão física, a equipe de engenheiros, físicos de contato e cientistas de materiais da TE Connectivity trabalha em estreita colaboração com os clientes para desenvolver soluções otimizadas para as demandas e os desafios cada vez maiores de conectividade. Com centros de design em todo o mundo, toda a simulação, modelagem, prototipagem e testes podem ser feitos perto dos locais de nossos clientes. A capacidade técnica adicional inclui: design de RF e expertise em EMC; experiência em design, fabricação e ferramentas de aplicações em tecnologia de interconexão miniaturizada e compatível, permitindo embalagens pequenas e robustas; integração eletrônica perfeita; sistemas de antenas sob medida para recepção e transmissão otimizadas de sinais; interfaces conectoras robustas para transmissão de dados no veículo; análise do canal PHY para PHY, incluindo especificações de limite de componentes e desempenho completo doa conexão.
  
  
• Profundidade e amplitude dos setores atendidos e presença global. A TE Connectivity atende a uma ampla variedade de clientes que representam diversos setores e mercados, incluindo eletrônicos de consumo, aeroespacial e defesa, industrial, eletrodomésticos, transporte, para citar alguns.  Com vínculos e aproveitamento em toda a nossa empresa, nossos engenheiros focados no setor automotivo podem recorrer ao conhecimento e experiência de colegas em todo o mundo para resolver os desafios do setor automotivo. Participamos de diversos comitês de padrões e consórcios do setor, o que nos permite formular soluções aos problemas no início do processo. Investimos extensivamente em P&D antecipadamente, buscando colaborar na resolução de desafios difíceis do setor antes que se tornem problemas para nossos clientes.
  
  
• Ferramentas de fabricação e aplicação. Como um fabricante global de soluções de conectividade, com uma unidade de negócios interna de ferramentas de aplicações, não apenas praticamos processos de fabricação de classe mundial para nossos produtos, mas também confirmamos que os designs de nossos produtos estão alinhados com os métodos e práticas de fabricação de clientes específicos. Temos as ferramentas e equipamentos para otimizar projetos às necessidades do ambiente operacional dos clientes, que estão em constante evolução. Trabalhamos com toda a cadeia de suprimentos, desde máquinas de fabricar chip até módulos e fornecedores de sistemas, para fornecer um desempenho otimizado no nível do sistema para integridade de dados e qualidade de sinal. Fornecemos a solução de conectividade de dados certa para a aplicação e as necessidade específicas.

1. V2X – Um importante bloco de construção em sistemas de transporte inteligente cooperativos (C-ITS), Thomas Adam, Swen Kopp, Steffen Lang, Andreas Winkelmann, White Paper da TE Connectivity,
2. Compatibilidade Eletromagnética em Veículos Conectados e Eletrificados, Jens Wulfing, White Paper da TE Connectivity,
3. Soluções robustas de conectividade para redes de dados automotivos de última geração, Christian Rusch, Bert Bergner, White Paper da TE Connectivity
4. ACES: Enquadramento do Futuro da Mobilidade Automotiva, 17 de fevereiro de 2020  —  Pontos de vista, Por Chet Babla, Vice-presidente Automotivo, Arm
5. O que o ACES Mobility Significa para o Transporte?, Por Hilary Davidson (https://www.act-news.com/author/hilary-davidson/), 30 de maio de 2019, Novidades Tecnológicas Transparentes e Avançadas
6. Exibição pirotécnica sobre ACES como acrônimo-chave para o futuro da mobilidade e carros autônomos, Dr. Lance B. Eliot, https://www.forbes.com/sites/lanceeliot/2019/07/04/fireworks-about-aces-as-key-acronym-for-the-future-of-mobility-and-self-driving-cars/#1cb789c654ec
7. Futuro autônomo da Mobilidade, Kersten Heineke e Philipp Kampshoff, McKinsey & Company

Conectividade: Turbinando o novo ecossistema de mobilidade, Michele Bertoncello, Gianluca Camplone e Asad Husain, McKinsey & Company

8. Compartilhamento de viagens e a grande mudança urbana, Troy Baltic, Russell Hensley, e Jeff Salazar, McKinsey & Company