Os fabricantes dos veículos mais modernos, sejam automóveis de passeio ou veículos de transporte comercial, estão implementando sistemas automotivos para aumentar a segurança nas estradas. Esses sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) combinam recursos já conhecidos, como o sistema de freios antibloqueio (ABS), com inteligência embarcada para ampliar as capacidades do condutor, e sua adoção está se tornando cada vez mais comum. Não são mais apenas as marcas de luxo que oferecem controle de cruzeiro adaptativo, alerta de saída de faixa e detecção de pedestres. Esses recursos já chegaram ao mercado de massa.
Os sistemas ADAS também servem como um passo intermediário rumo aos veículos totalmente autônomos, nos quais a segurança continua sendo uma preocupação fundamental. As câmeras são elementos centrais na implementação da tecnologia ADAS. Esses sistemas de visão não apenas capturam imagens; eles fornecem um fluxo contínuo de informações visuais que permite aos sistemas embarcados perceber, compreender e reagir ao ambiente ao redor.
A importância dos sistemas de visão automotiva para a segurança pode ser observada em um cenário simples. Um veículo trafegando a aproximadamente 96,56 quilômetros por hora (60 milhas por hora) aproxima-se de um cruzamento quando um pedestre começa a atravessar a via. Em uma situação ideal, uma câmera frontal detecta esse movimento, o sistema ADAS embarcado recebe os dados da câmera e ativa a lógica de frenagem para evitar um acidente. Em velocidades de rodovia, uma corrupção de dados que dure apenas alguns milissegundos pode se traduzir em metros de distância de frenagem perdidos. Esses poucos metros podem representar a diferença entre parar com segurança e uma colisão trágica.
A possível corrupção de dados nesse cenário não é causada por uma falha da câmera. Em vez disso, a falha ocorre na conexão entre a câmera e o processador. Diversas condições ambientais podem causar essa interrupção na transmissão, desde vibrações e choques mecânicos até interferências eletromagnéticas. O ambiente automotivo é um dos mais severos do mundo, com temperaturas extremas e estresse mecânico constante. Os projetistas precisam desenvolver soluções capazes de operar nessas condições adversas para garantir que nenhum dado seja perdido em momentos críticos, e conectores coaxiais robustos são fundamentais para o sucesso dos projetos de sistemas de visão.
Este blog explora o papel dos conectores coaxiais confiáveis na garantia da segurança dos sistemas de visão automotiva, destacando como uma conectividade robusta sustenta o desempenho dos sistemas ADAS e dos veículos autônomos.
Dados em Escala Sem Precedentes
Os sistemas de visão atuais recebem continuamente volumes imensos de dados. Esse desafio de engenharia torna-se ainda maior devido às tecnologias de câmeras modernas. Uma câmera compacta de 8 megapixels pode operar a até 60 quadros por segundo. Mesmo quando o sinal é comprimido, a saída de uma câmera desse tipo é de aproximadamente 7 gigabits por segundo (Gbps). Esse valor cresce rapidamente, já que veículos modernos podem ser equipados com cerca de dez câmeras desse porte para fornecer visão panorâmica completa.[1] Em alguns casos extremos, esse número pode ser ainda maior. As funções ADAS precisam, portanto, lidar com um fluxo contínuo de dezenas de gigabits por segundo.
As exigências de dados dos protótipos mais recentes de veículos totalmente autônomos são ainda maiores. A visão computacional é combinada com sistemas de radar e LiDAR para criar taxas de dados comparáveis ou até superiores às de redes corporativas de alto desempenho. O Automotive Edge Computing Consortium (AECC) estimou que esses veículos geram entre 0,4 e 5 terabytes de dados de sensores por hora.[2] O aumento das demandas de dados dessas câmeras está moldando tanto a arquitetura interna dos veículos quanto a infraestrutura automotiva mais ampla, à medida que sistemas vehicle-to-everything (V2X) compartilham informações para promover a segurança.
Para funcionar de forma eficaz, os sistemas de percepção dentro do veículo são projetados para operar com latência ultrabaixa e tolerância praticamente nula a erros. A perda ou interrupção de apenas alguns quadros pode comprometer os modelos de reconhecimento de objetos. Como demonstrado no cenário anterior, até mesmo um breve atraso na percepção é inaceitável. Por isso, os engenheiros devem tratar a transmissão de dados dos sistemas de visão não como um problema de TI, mas como uma questão crítica de segurança.
Coaxial: A Espinha Dorsal da Segurança
A conectividade coaxial tornou-se fundamental para as funções de segurança dos sistemas ADAS e dos sistemas de câmeras automotivas. Diferentemente das soluções baseadas em par trançado, os cabos coaxiais podem transmitir de forma confiável taxas de dados de vários gigabits por segundo ao longo de distâncias de vários metros sem a necessidade de repetidores. Essa capacidade é essencial à medida que as câmeras passam a ser instaladas em diferentes pontos do veículo, muitas vezes distantes das unidades centrais de processamento (CPUs).
A tecnologia coaxial também oferece vantagens além da largura de banda. Muitos projetos automotivos estão adotando a alimentação fantasma (phantom powering), na qual tanto os dados de vídeo quanto a alimentação elétrica trafegam pelo mesmo cabo. Como os projetistas de veículos enfrentam constante pressão para adicionar mais funcionalidades, o uso de cabos coaxiais para fornecer energia reduz peso e custo, mantendo o desempenho exigido pelos sistemas de visão. Os cabos coaxiais também oferecem resistência superior à interferência eletromagnética (EMI). Isso se torna ainda mais importante com a introdução de sistemas de propulsão elétrica, conversores DC/DC e antenas de alta frequência, onde correntes elevadas e frequências altas podem gerar efeitos indesejados.
A tecnologia coaxial é uma solução comprovada para sistemas de visão automotiva. Ela combina alta largura de banda com capacidade de alimentação elétrica e resistência à EMI para manter baixa latência e preservar a integridade do sinal. O maior risco, porém, não está nos próprios cabos, mas nos conectores que os terminam.
O Elo Mais Fraco
Um conector mal especificado pode ser a diferença entre uma transmissão de vídeo confiável e dados corrompidos. Os impactos de incompatibilidades de impedância, perda de inserção e reflexões tornam o projeto cuidadoso uma necessidade. O ambiente automotivo é extremamente hostil para equipamentos sensíveis, e conectores com blindagem inadequada representam o ponto fraco por onde interferências podem introduzir erros em fluxos de dados críticos.
O ambiente automotivo também exerce impacto físico direto sobre a operação segura dos conectores. As vibrações contínuas às quais os conectores estão submetidos podem causar danos de longo prazo devido à corrosão por fretting. Esses micro movimentos degradam significativamente o desempenho e, em casos extremos, podem provocar circuitos abertos intermitentes ou até permanentes.
Os esforços mecânicos também afetam o desempenho dos conectores. Conectores automotivos devem suportar temperaturas extremas que variam de –40°C a +125°C, além de oferecer vedação contra poeira, umidade e contaminantes. Mesmo após anos de vibração e ciclos térmicos constantes, os conectores precisam manter seu desempenho. Em conjunto, esses desafios mecânicos, ambientais e eletromagnéticos tornam os conectores o componente mais crítico e vulnerável dos sistemas de visão automotiva.
Conectividade de Câmeras Adequada para Aplicações Automotivas
A TE Connectivity (TE) possui décadas de experiência na solução de problemas de comunicação em ambientes severos. A linha de produtos coaxiais da TE reflete essa ampla experiência técnica. À medida que os veículos avançam para níveis mais elevados de autonomia, o desempenho dos conectores tornou-se ainda mais crítico. Os conectores automotivos da TE são projetados para fornecer a largura de banda necessária enquanto suportam vibração, calor e interferência eletromagnética (EMI) comuns em ambientes automotivos.
Para os sistemas de visão cada vez mais avançados da atualidade, as soluções para câmeras da TE, incluindo FAKRA, MATE-AX e conectores de câmera de alto desempenho, oferecem um portfólio robusto de soluções de conectividade para câmeras.
O conector FAKRA da TE foi amplamente adotado pela indústria devido à sua interface padronizada e robusta, além da capacidade de fornecer desempenho de múltiplos gigabits. O amplo portfólio de conectores FAKRA da TE oferece a blindagem necessária para sistemas de visão críticos para a segurança. Para aplicações que exigem alta largura de banda de dados e soluções de design mais compactas, os conectores coaxiais miniaturizados MATE-AX ampliam essa capacidade. Suportando frequências de até 9 GHz, o MATE-AX foi projetado para oferecer elevada resistência à vibração e pode ser vedado com classificação IP67/IP69K como parte do comprovado sistema de conectores AMPSEAL 16. Com impedância característica de 50 Ohms para compatibilidade com cabos RTK031 e RG174, o sistema de conectores MATE-AX é utilizado em aplicações que vão além de câmeras, incluindo telemetria, antenas, ECUs e sistemas V2X.
Camera Connectivity Fit for Automotive
TE Connectivity (TE) has decades of experience in solving the problems of communicating in tough conditions. TE’s coaxial product range reflects its depth of expertise. As vehicles move to higher levels of autonomy, connector performance has become more critical. TE’s automotive connectors are designed to deliver the necessary bandwidth while withstanding the vibration, heat, and EMI common in automotive environments.
For today’s advancing vision systems, TE camera solutions, including FAKRA, MATE-AX, and high-performance camera connectors, offer a robust portfolio of camera connectivity solutions.
TE’s FAKRA connector has been widely adopted across the industry due to its robust, standardized interface and ability to deliver multi-gigabit performance. TE’s extensive FAKRA portfolio connectors provide the shielding needed for safety-critical vision systems. For applications requiring high data bandwidth and even compacted design solution, the MATE-AX miniaturized coaxial connectors extend this capability. Supporting up to 9GHz, MATE-AX is engineered for high vibration resistance and can be sealed to IP67/IP69K as part of the proven AMPSEAL 16 connector system. With a characteristic impedance of 50 Ohms for compatibility with RTK031 and RG174 cables, the MATE-AX connector system is used in applications beyond cameras, including telemetry, antenna, ECUs and V2X systems.
Conclusão
A visão automotiva é muito mais do que sensores de alta resolução e processadores poderosos. Esses elementos são importantes, mas nenhum deles pode entregar a segurança prometida pelos sistemas ADAS sem uma conexão confiável entre ambos. O ambiente automotivo apresenta uma combinação extremamente exigente de desafios que impõem enorme estresse aos equipamentos e à infraestrutura.
Os cabos coaxiais e os conectores que os interligam são componentes pequenos, mas desempenham um papel gigantesco. Eles determinam se cada pixel capturado pela câmera chegará íntegro e no momento certo ao sistema de processamento. Em uma situação em que milissegundos equivalem a metros, essa confiabilidade pode salvar vidas. Projetar conectores confiáveis é tão importante quanto o desenvolvimento dos sensores, processadores e algoritmos.
Autor
David Pike é amplamente conhecido na indústria de interconexão por sua paixão pelo setor e seu entusiasmo característico pela tecnologia. Seu nome online é Connector Geek.
Artigo escrito por David Pike da TE e publicado no blog da Mouser Electronics: The Blind Spot in Automotive Vision Systems
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
Fontes[1] https://www.edge-ai-vision.com/2020/05/how-many-cameras-do-we-need-29-says-waymo/
[2] https://www.nadimhossain.com/posts/7-hard-things-about-product-management-for-autonomous-vehicles-1/
