Verkkoyhteyden lisääminen autoihin on keskeistä niiden kehityksessä kohti robottiautojen aikaa. Uusimmat langattomat tekniikat tuovat hyödynnettäviksi autojen väliset V2V- ja auton ja verkon väliset V2I-yhteydet.
| Artikkelin ovat kirjoittaneet Marvellin Jeff James ja Avinash Ghirnikar. Jeff James toimii yhtiössä liiketoiminnan kehityksestä vastaavana johtajana. Marvellin palveluksessa hän on ollut kesäkuusta 2006 lähtien. Sitä ennen hän teki pitkän uran Hewlett-Packardilla. Avinash Ghirnikar toimii järjestelmien ja ohjelmistojen johtajana. Hänkin on tullut Marvellin palvelukseen vuonna 2006. |
Uusiin ajoneuvoihin tuodaan nyt kasvavalla vauhdilla uusia ominaisuuksia ja toimintoja. Tämä tarkoittaa, että niiden polttoainetehokkuudessa, mukavuudessa ja turvallisuudessa otetaan isoja kehitysaskelia. Perinteiset mekaaniset järjestelmät ovat korvautumassa täysin elektronisilla järjestelmillä. Nämä auttavat vähentämään autojen valmistuskustannuksia ja kokonaispainoa, ja pienentävät myös niiden polttoaineenkulutusta. Laajasti yleistyneiden ADAS-järjestelmien (advanced driver assistance system) on pian mahdollista eliminoida inhimillinen virhe ajamisesta, mikä johtaa onnettomuuksien määrän vähenemiseen.
Liitettävyyden (connectivity) lisääminen autoissa on keskeistä niiden kehityksessä kohti robottiautojen aikaa. Uusimmat langattomat tekniikat – joita laajakaistainen Ethernet-pohjainen langallinen liitäntä tukee – tuovat hyödynnettäviksi autojen väliset V2V- ja auton ja verkon väliset V2I-yhteydet. Älykkäiden liikennejärjestelmien (ITS, intelligent transportation system) palvelujen kehittäminen tarkoittaa, että ajoneuvot pystyvät viestimään nopeutensa, sijaintinsa, kulkusuuntansa, jne. V2I- ja V2V-yhteyksissä tämä tarkoittaa, että autojen välillä voidaan vaihtaa arvokasta informaatiota, minkä ansiosta esimerkiksi liikenneruuhkista ja muista häiriöistä voidaan saada ennakkovaroituksia. Tämä sujuvoittaa liikennettä. Ajoneuvot voivat vastaanottaa informaatiota muista lähellä olevista autoista, joten ne tulevat tietoiseksi edellä tapahtuvista mahdollisista vaaroista.
Tällaisten järjestelmien ensimmäinen vaihe on perusviestit, jotka on määritelty Pohjois-Amerikan DSRC-standardissa (dedicated short range communication). DSRC:n avulla ajoneuvot voivat myös vaikuttaa liikennevaloihin, joten ADAS-järjestelmä voi päättää onko syytä hidastaa niin, että saapuu liikennevaloihin juuri niiden vaihtuessa vihreäksi. Näin polttoainetta ei tuhlata turhaan viime hetken jarruttamiseen ja sitä seuraavaan kiihdyttämiseen.
Yksi monista langattomista tietoliikenneprotokollista, joita autoissa yleisesti käytetään, on Wi-Fi. Vaikka Wi-Fi-protokollat kehittyvät koko ajan, autoissa käytetään eniten 802.11ac-tekniikkaa, joka vaikuttaa lähinnä 5 gigahertsin taajuusalueeseen ja pystyy siirtämään dataa satojen megabittien sekuntinopeudella. Sen avulla älypuhelimet ja muut mobiililaitteet voivat liittyä ajoneuvon navigointi- ja viihdejärjestelmiin. Lisäksi se sallii mobiiliyhteyden jakamisen – käytännössä Wi-Fi-yhdyspisteen tuomisen autoon ja sen ympärille – matkustajien kesken. Edelleen Wi-Fi-yhteyttä voidaan käyttää ilmateitse tapahtuviin firmware-päivityksiin, mikä on jo erittäin hyödyllistä autonvalmistajien kannalta. Tämän ansiosta ajoneuvoihin voidaan lisätä uusia toimintoja myynnin jälkeen, eikä autoa tarvitse sen takia ajaa huoltoon.
Lähitulevaisuudessa odotetaan 802.11p-tekniikan yleistyvän vahvasti ajoneuvoissa. Tämä protokolla on sukua Wi-Fille ja toimii 5,9 gigahertsin taajuuskaistalla. Se on erityisesti tarkoitettu autokäyttöön ja tuottaa V2V- ja V2I-tietoliikenteen edellyttämän ultraluotettavan alhaisen latenssin verkkoliitännän. Siinä on yhteensä 7 viestintäkanavaa (jokainen niistä 10 megahertsin levyinen). Kuusi näistä on palvelukanavia ja yksi on varattu ohjaistehtäviin. Tekniikkaa on testattu lähes vuosikymmenen ajan ja nyt se on valmis V2V- ja V2I-käyttöön.
Wi-Fin rinnalla Bluetooth 5 näyttelee tärkeää osaa verkottuneiden autojen nopeassa yleistymisessä. BT5 tuo neljä kertaa edeltäjäänsä eli Bluetooth 4.0:aa pidemmän kantaman ja tukee myös suurempia datanopeuksia. Sen lisäksi että se mahdollistaa matkustajille pääsyn musiikkiin ja vapauttaa kuljettajan kädet handsfreellä, BT5 mahdollistaa monia muitakin käyttötapoja. Kehittyneempien ominaisuuksiensa ansiosta Bluetooth 5 mahdollistaa ajoneuvojen liittymisen V2I-majakoihin teiden varrella. Näitä voidaan käyttää esimerkiksi ruuhkien helpottamiseen, tiemaksujen maksamiseen tai onnettomuuksissa nopeaan yhteydenottoon hätäkeskukseen.
Johtavat autonvalmistajat, heidän ykkösluokan järjestelmätoimittajansa sekä puolijohdevalmistajat ovat kaikki oivaltaneet, että verkottuneiden autojen jatkuva kehitys riippuu suuresti pitkälle integroitujen langattomien ratkaisujen kehityksestä. Näiden ratkaisujen pitää kyetä tukemaan useita protokollia pienissä laiteformaateissa, jotka kestävät autojen äärimmäisiä olosuhteita. Tämä on saanut Marvellin tuomaan markkinoille AEC-Q100-kvalifioidun langattomien 88W8987xA-yhdistelmäpiirien perheen, jotka ensimmäisenä tukevat niin Bluetooth 5-, 802.11ac- (Wave 2) ja 802.11p-tekniikoita. Ne tuovat suunnittelijan käyttöön kaiken tarvittavan seuraavan polven verkottuneiden ajoneuvojen suunnitteluun.
Perhe koostuu kolmesta kooltaan yhtenevästä SoC-piiristä, jotka tarjoavat 802.11ac:n Bluetooth 5:n kanssa, 802.11p:n Bluetoothin kanssa sekä version, joka tukee Bluetooth 5 -tekniikkaa sekä 802.11ac- tai 802.11p-tekniikkaa valinnan mukaan. Suunnittelija voi valita eri versioita niin, että edullisimpiin autoihin tuodaan vain perustoiminnot, kun luksusmalleissa on hienostuneemmat verkkoyhteysmahdollisuudet. Näitä järjestelmäpiirejä voidaan piirikortilla vaihtaa ilman muutoksia itse piirikortin suunnitteluun, joten toimintovalikoimaa voidaan helposti päivittää tukemaan toista automallia.
88W8987xA-piirin lohkokaavio.
Ylläkuvattujen langattomien tekniikoiden yleistymisen myötä pääsemme yhä lähemmäksi maantiellä liikkuvien täysin verkottuneiden autojen tavoitettamme. Bluetooth 5:n pidempi kantama voi yhdessä 802.11ac:n suuremman datanopeuden kanssa sekä 802.11p:n toimintavarmuuden ja alhaisen latenssin myötä tuoda suunnittelijoiden käyttöön juuri tarvittavat rakennuspalikat.
Humanoidirobottien servokäyttöjen on ohjattava nivelten liikkeitä tarkasti ja nopeasti. Samalla niiden mikro-ohjaimilta vaaditaan yhä enemmän tiedonsiirtoa, diagnostiikkaa ja muita järjestelmätason toimintoja. Ratkaisuna on erottaa aikakriittinen moottorinsäätö muista prosessorin tehtävistä ja siirtää se erillisen laitteiston hoidettavaksi.