E' uscito il secondo numero di Firmware 2.0. Il focus di questo mese è dedicato al settore Automotive. All'interno troverete articoli tecnici su car hacking, guida autonoma, e-mobility, supercapacitor, progettazione layout per PCB, sistemi di ricarica veloce, standard Ethernet per applicazioni automotive, bobine per il settore automobilistico, articoli di scienza e tecnologia e molto altro. Il download è disponibile nei formati PDF, ePub e mobi.
On the Road
Il settore automotive è in continua evoluzione. Molti, infatti, sono i risultati raggiunti e ancora tante le sfide da vincere. Stiamo assistendo ad un progressivo cambiamento del comparto automobilistico, il numero di componenti elettronici a bordo veicolo è aumentato esponenzialmente e ciò ha comportato un riassetto anche a livello della supply chain dominata solo in parte dalle aziende produttrici di veicoli e nella quale i produttori e fornitori di moduli elettronici di potenza acquisiscono un ruolo sempre più centrale. I componenti elettronici hanno raggiunto un altissimo livello di miniaturizzazione grazie ad un package compatto, ed alte prestazioni anche se sottoposti a condizioni ambientali critiche o a sollecitazioni meccaniche. Ad essere cambiata è anche la stessa "architettura" del sistema veicolo, diventata nel tempo sempre più modulare, costituita da sistemi e sottosistemi, raggiungendo de facto un altissimo livello di integrazione tra meccanica ed elettronica, un'elettronica sempre più legata al controllo della gestione del veicolo. I sistemi automobilistici messi a punto nelle auto di ultima generazione richiedono elevati livelli prestazionali sia per quanto concerne il controllo elettronico di molte funzionalità implementate a bordo, che si concretizza con la presenza di Electronic Control Units (ECU) interoperabili che comunicano tra loro tramite bus, sia in termini di connettività e larghezza di banda dell'infrastruttura di rete. Funzionalità avanzate, variabili anche in base alla fascia dell'autoveicolo, richiedono alti livelli di data rate per grandi volumi di dati da acquisire, elaborare e trasferire, pensiamo ad esempio ai sistemi di localizzazione e di infotainment ed alle tecnologie di assistenza alla guida. Per questa ragione la larghezza di banda dell'infrastruttura di rete automotive è diventata un parametro critico sul quale le case automobilistiche devono concentrare gran parte delle loro risorse, al fine di superare i limiti operativi intrinseci di vecchi protocolli di rete e standard di comunicazione ormai non più performanti, unitamente al garantire maggiore sicurezza dai potenziali attacchi di hacking che rappresentano una minaccia concreta. I sistemi automobilistici moderni sono sempre più complessi e richiedono anche maggiore reattività, ciò induce a dover ripensare i protocolli delle reti automotive del futuro all'interno del veicolo per far fronte all'elevata intensità di dati. In uno scenario in continuo mutamento, Ethernet sembra affermarsi tra le soluzioni migliori per la capacità di trasporto dati in termini di velocità di trasmissione, bassa latenza, stabilità e integrità del segnale; ciò è dovuto anche alla necessità di attuare gli standard automotive dettati dall'IEEE. Tutto questo ha portato anche alla messa a punto di circuiti integrati Ethernet per i veicoli. Il protocollo di comunicazione Ethernet è stato introdotto nelle reti automotive per abilitare comunicazioni con elevata velocità di trasferimento dati ed allo stesso tempo efficienti, risultando idoneo per funzioni come lo streaming audio e video o la fotocamera posteriore.
La crescente esigenza di connettività e velocità di flusso di dati è dettata anche dalla progressiva, seppur ancora in fase sperimentale, adozione dei sistemi a guida autonoma; la Society of Automotive Engineers (SAE) ha stabilito a tal proposito sei livelli di guida autonoma sulla base delle funzionalità e del livello di interazione del pilota automatico. Se volessimo esaminare le origini della guida autonoma e le ragioni del perché sia così richiesta, diremmo con assoluta certezza che il motivo principale risiede nell'elevato livello di sicurezza che garantisce, sia per passeggeri e guidatori che per pedoni e ciclisti, prevenendo incidenti automobilistici e collisioni. I diversi sistemi di assistenza alla guida ADAS (acronimo di Advanced Driver Assistance Systems) implementati nelle moderne automobili, includono, solo per citarne alcuni, la frenata automatica di emergenza, la regolazione intelligente della velocità ed il sistema di mantenimento della corsia di marcia. Gli ADAS vengono opportunamente testati per valutare la risposta del sistema veicolo in diversi scenari, testando la capacità di reazione dell'autovettura in situazioni di potenziale pericolo anche in contesti mutevoli più simili a quelli reali. Per aumentare il livello di sicurezza funzionale, il settore automotive può fare affidamento su una serie di soluzioni basate sui sensori Micro Electro Mechanical Systems accrescendo così il livello di affidabilità e le prestazioni del sistema, un esempio noto a tutti è il sensore di crash per controllare l'airbag. Combinando opportunamente componenti elettrici e meccanici si ottengono sistemi di dimensioni estremamente ridotte, questo è senza dubbio uno dei punti vincenti dei sistemi microelettromeccanici, rendendoli di fatto la soluzione ottimale anche dal punto di vista del design.
Il focus automotive ha una connotazione trasversale nel modo in cui viene svolta la trattazione degli aspetti progettuali di un autoveicolo, che vengono approfonditi nei nostri articoli tecnici in più settori ed a più livelli, grazie alla presenza nel nostro magazine di una makers zone appositamente dedicata, quindi più affine al making ed al "learning-by-doing" senza soluzione di continuità con i topics mensili con i quali è perfettamente integrata, definendo così la linea editoriale di Firmware 2.0 per il 2020, una rivista oltre la rivista che, come preannunciato nel precedente numero IoT, si configura come un ebook monotematico. La scelta degli articoli tecnici inseriti nel focus automotive è conseguenza diretta di una valutazione a monte dei più importanti aspetti progettuali innovativi verso i quali è rivolta la ricerca automobilistica, dando rilievo alle tematiche più sentite ma anche più critiche per la mobilità del futuro.
La progettazione dell'elettronica di un autoveicolo deve far fronte anche alle minacce di interferenze elettromagnetiche, comunemente definite EMI, che influiscono negativamente sui ricetrasmettitori di bordo, fino a potenziali scenari ben più gravi, come la perdita di controllo del veicolo, condizioni che inducono ad ottimizzare anche la progettazione del PCB con i software più adatti e versatili, anche la scelta del corretto materiale di un PCB influenza molto il processo di progettazione automobilistica. Un PCB robusto consente di gestire al massimo livello di efficienza i sistemi di ECU che controllano i motori ed i sistemi di navigazione, per tale ragione i PCB automobilistici devono essere affidabili e di lunga durata. La scelta del layout di un PCB è quindi fondamentale.
Verrebbe da chiedersi a questo punto: "Is it all here?". La risposta è no. Per quale ragione? La direzione di crescita del settore automobilistico non può ridursi all'esclusiva ricerca di funzionalità ottimali per garantire comfort e sicurezza nella guida. Lo scenario nel quale si inserisce la ricerca in ambito automotive è molto più ampio e articolato e necessita di essere analizzato da ogni angolazione, dando la giusta importanza ad una visione proattiva e sostenibile a lungo termine. Il nostro pianeta è costantemente minacciato dai cambiamenti climatici causati in primis dall'inquinamento atmosferico da gas serra, soprattutto da parte dei paesi più industrializzati. L'utilizzo di veicoli alimentati da combustibili fossili incide notevolmente sulle emissioni di CO2 in atmosfera, con l'inevitabile conseguenza dell'aumento della temperatura media (global warming). Allo stesso tempo anche la diffusione di una corretta cultura della sostenibilità può avere un impatto determinante sull'ambiente, e questo può concretizzarsi anche facendo uso dei potenti mezzi di informazione dell'era digitale, che fungono da canali di comunicazione dando il giusto risalto ad importanti iniziative globali in favore dell'ambiente come il noto Fridays for Future. In aggiunta all'adozione di comportamenti virtuosi ad opera di ciascun individuo, lo schema dell'elettromobilità che si realizza con l'adozione di veicoli a propulsione elettrica ed ibrida, se diffuso su larga scala, potrebbe davvero dare un contributo significativo alla lotta ai cambiamenti climatici ed al contrasto dell'inquinamento globale.
Per Tesla, il top brand elettrico guidato dal CEO Elon Musk e leader mondiale nel panorama della mobilità elettrificata, si prevede a partire dal 2020, una quota di 500.000 veicoli consegnati all'anno. Nel global market del full electric, Tesla vola ad una valore di mercato con quota pari a circa 160 miliardi di dollari, scenario questo che potrebbe intensificarsi con l'abbattimento dei costi dei modelli Tesla di fascia alta, che comporterebbe una ulteriore penetrazione del brand nel mercato, senza contare il crescente interesse di investitori ed analisti per il titolo della società elettrica. Il punto di forza della vision di Elon Musk è l'idea di una nuova generazione di veicoli sostenibili interamente alimentati con energia pulita, un vero e proprio game over per l'era dei combustibili fossili. Tesla è stato anche il primo produttore di veicoli elettrici a mettere a punto una rete di stazioni di ricarica rapida, il Tesla Supercharger, in continuo sviluppo ed aggiornamento. Si tratta di stazioni di ricarica veloce DC che attualmente, nella versione V3, possono erogare fino a 250 kW di potenza massima di picco nominale e destinate a ricaricare in modo rapido i veicoli a marchio Tesla. Negli USA è attualmente in corso di sperimentazione la ricarica con alta capacità di energia, di ben 350 kW, tuttavia questo tipo di ricarica ad alta erogazione di potenza sembra non essere tollerata dalle batterie attualmente in uso.
I progettisti del settore automotive devono far fronte anche alle criticità legate alla ricarica delle batterie per EV ed HEV, alla autonomia ed alla gestione termica del pacco batterie, che allo stato attuale rappresentano ancora fattori deterrenti per la diffusione su larga scala di un'elettrificazione automobilistica a livello globale. Un importante contributo nella gestione dell'efficienza energetica dei veicoli elettrificati è dato dall'elettronica di potenza che attualmente rappresenta circa un quarto del costo totale del sistema powertrain e verso la quale si concentra l'attenzione dei colossi automobilistici, offrendo concrete soluzioni ottimali per la risoluzione delle problematiche legate all'interferenza elettromagnetica ed alla gestione termica, a costi notevolmente ridotti. I microchip realizzati in carburo di silicio offrono, ad esempio, caratteristiche più performanti rispetto al silicio in termini di potenza ed autonomia. Un trend che sicuramente sta dettando la tabella di marcia della ricerca automobilistica è la richiesta esponenziale da parte dei consumatori di servizi legati alla mobilità, piuttosto che del solo autoveicolo in sé, un segnale importante che dà l'idea di un cambio radicale del paradigma della mobilità così come finora percepita e interpretata e che inevitabilmente inciderà sul design thinking dei progettisti. In definitiva il settore automotive conferma la sua centralità in quanto a innovazione e implementazione di tecnologie avanzate, riuscendo ad interconnettere altri importanti ambiti come l'IoT, l'Intelligenza Artificiale e la sensoristica, inaugurando così l'era delle connected cars e della smart mobility. Gli analisti di mercato prevedono per l'automotive ottime prospettive di crescita, un obiettivo che diviene raggiungibile solo mediante adeguati investimenti in ricerca, sviluppo e formazione nell'ottica di un miglioramento continuo, giacchè, come sosteneva il Drake Enzo Ferrari: "La migliore macchina che sia mai stata costruita è la prossima".
Il sommario di Firmware 2.0 #01:
Telecamera per impieghi automotive: note di progettazione
Lo standard Ethernet nelle applicazioni automotive
Controllo del moto di una smart car con Arduino
Funzionalità e scenari per il Car Hacking. Un esempio di case study
Car hacking etico via interfaccia OBD-II
Sistemi di ricarica veloce per veicoli elettrici
L’elettronica di potenza nei veicoli elettrici e ibridi
Applicazioni dei supercapacitor nei veicoli elettrici e ibridi
Usiamo le nostre balance board in sicurezza
Effetto serra: l'anidride carbonica diventa roccia per salvaguardare l'ambiente
Il futuro dei trasporti è negli Autonomous Driving Vehicles
Veicoli a guida autonoma: la sfida futura per la e-mobility
Metodo della funzione descrittiva per lo studio di un Ring Oscillator
I migliori tools gratuiti per realizzare il layout di un PCB
L'amplificatore operazionale nel design di circuiti elettronici
FINFET, il transistor con le pinne
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Salve scorrendo il numero 2 sull’automotive ho notato 2 inprecisioni:
UTP sta per unshielded twisted pair cioè cavo a coppie intrecciate ma non schermato a differenza di FTP che é anche schermato.
La foto del connettore sae é solo la parte di ricarica modo 2 AC.
Manca la parte DC.
Che è sovrapposta con due contatti di dimensione notevole.
Una foto corretta può essere vista su
https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:Iec-type2-ccs-combo2-and-iec-type2-charging-connectors-side-by-side.jpg.
Saluti
Salve Luigi, ti suggerisco di inserire le tue osservazioni direttamente sotto gli articoli ai quali fai riferimento in modo da poter dare anche all’autore la possibilità di rispondere. Grazie!
Grazie.