Il mercato dei software e dell'elettronica per autoveicoli è destinato a crescere fortemente nel prossimo decennio. Quali sono i trend previsti? Come sarà il futuro della mobilità?
I principali fattori che guidano l'evoluzione dell'elettronica automobilistica sono i sistemi elettronici per la guida autonoma, i veicoli elettrici e la forte domanda di servizi di infotainment da parte dei consumatori.
In qualità di azienda di servizi di produzione elettronica (EMS), operiamo in diversi settori, tra cui quello automobilistico è uno dei nostri pilastri. La nostra esperienza interdisciplinare e il nostro know-how nel settore ci permettono di approcciare da vicino l'innovazione per il futuro dei veicoli.
Leggi l'intero articolo per scoprire le principali applicazioni elettroniche dei veicoli di oggi e le tendenze previste per l'industria automobilistica.
L'elettronica è al centro dell'industria automobilistica e questa tendenza è in costante aumento, soprattutto con la diffusione dei veicoli elettrici. Inoltre, la grande evoluzione della microelettronica, soprattutto di quella ad alta potenza, ha portato a una marcata crescita delle applicazioni di infotainment, illuminazione e sensori che richiedono una progettazione robusta e affidabile. Inoltre, l'industria sta contribuendo attivamente ad aumentare la sicurezza stradale sviluppando tecnologie in grado di limitare gli incidenti, ad esempio attraverso sistemi di controllo della stabilità del veicolo e dello stato di salute del conducente.
In generale, l'evoluzione di tecnologie smart ha visto un interesse verso il GPS e l'intero ecosistema IoT per supportare i veicoli nella ricezione e trasmissione di dati ad alta velocità. Tre fattori principali rendono l'automobile interessante per la tecnologia: la guida autonoma, i veicoli elettrici e la forte domanda di servizi di infotainment da parte dei consumatori. Le auto autonome senza conducente rappresentano la sfida e l'obiettivo del prossimo futuro. L'opportunità di limitare gli incidenti stradali e di evitare situazioni di pericolo è un motivo forte per portare al successo questa sfida attraverso sistemi elettronici programmati.
Vediamo più in dettaglio come l'elettronica ha preso il posto della meccanica:
TECNOLOGIA MEMS
La tecnologia dei sistemi microelettromeccanici (MEMS) utilizza tecniche di microfabbricazione per combinare le capacità della microelettronica con le proprietà meccaniche dei microsensori. I vantaggi di questi approcci sono l'alta efficienza, le dimensioni ridotte e il basso costo. I sistemi elettronici di sicurezza basati sui MEMS possono garantire la conformità agli standard di sicurezza funzionale e consentire ai progettisti di raggiungere i loro obiettivi in modo più efficiente. Le principali tecnologie basate sui MEMS sono i giroscopi e gli accelerometri, utilizzati per applicazioni quali il rilevamento degli incidenti, l'attivazione degli airbag, le sospensioni attive, i sistemi di controllo della stabilità e i sistemi di navigazione GPS.
COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA (EMC)
La comunicazione wireless richiede sistemi elettronici ad alte prestazioni che operano ad alta velocità di trasmissione dei dati e che devono soddisfare alcuni requisiti di compatibilità elettromagnetica. Ad esempio, i produttori dell'industria automobilistica devono sviluppare dispositivi elettronici in grado di mantenere l'integrità del segnale, che non emettano interferenze elettromagnetiche (EMI) o rumori eccessivi, e che siano immuni ai disturbi emessi da altre fonti elettromagnetiche. In questo campo, anche la miniaturizzazione è una caratteristica fondamentale e fa parte degli standard odierni.
RUMORE NEL VEICOLO
Una delle fasi più importanti dei veicoli è la combustione nei cilindri dei motori endotermici. A questo proposito, il rumore nell'abitacolo è un aspetto che gli ingegneri automobilistici hanno sempre cercato di ridurre. Il metodo utilizzato è il controllo acustico attivo, in inglese Active Noise Control (ANC), che consente di ridurre il rumore mediante l'aggiunta di un secondo suono specificamente progettato per annullare il primo. Tale sistema è chiamato noise-canceling, i cui segnali vengono riprodotti dagli altoparlanti nell'abitacolo dell'auto, rendendo meno percepibile il rumore indesiderato.
LUCI LED
Nell'industria automobilistica, i diodi a emissione luminosa (LED) sono ampiamente utilizzati per gli abbaglianti, le luci di posizione e di arresto, gli indicatori di direzione laterali e posteriori. Il livello di luminosità dei LED varia in base alla loro funzione e per questo motivo i circuiti dimmer sono utilizzati per differenziare il livello di luminosità attraverso una tecnica di pilotaggio a modulazione di larghezza di impulso (PWM), che modula la larghezza degli impulsi applicati ai LED. La gestione della potenza fornita dai driver dei circuiti integrati in varie configurazioni è fondamentale per un sistema di controllo dell'illuminazione intelligente, e per generare una luminosità uniforme è necessaria una corrente costante.
RICONOSCIMENTO DEI GESTI
Il riconoscimento dei gesti o gesture detection è la capacità di identificare una serie di movimenti del corpo umano. I dispositivi che supportano tale tecnologia elettronica dispongono di una telecamera in grado di identificare e scansionare la scena in uno scenario 2D o 3D, oppure attraverso soluzioni basate sulla tecnica Time-of-Flight (ToF), che consiste nell'invio di un raggio infrarosso sull'oggetto bersaglio, con una riflessione del segnale elaborata dall'elettronica ricevente. In questi casi i dispositivi elettronici formano una sorta di mappa analizzando il movimento e applicando di conseguenza alcune funzioni di controllo. Un'altra soluzione per il riconoscimento dei gesti è l'utilizzo di segnali a ultrasuoni, come nel caso dei sensori di parcheggio.
LIDAR
I sistemi LiDAR (Light Detection and Ranging) misurano la distanza di un oggetto bersaglio inviando impulsi di luce ad alta frequenza con lunghezze d'onda comprese tra 830 e 940 nm circa. In pratica, la luce rimbalza su un sensore che interpreta il segnale e calcola la distanza percorsa dalla luce misurandone la diffusione. I sistemi LiDAR sono molto simili alla tecnologia radar, in quanto entrambi utilizzano parametri quali velocità, angolo e distanza, ma i radar utilizzano onde radio anziché la luce. Nell'industria automobilistica il LiDAR consente ai veicoli di rilevare automaticamente gli ostacoli o gli altri veicoli.
ELECTRIC VEHICLES
Nell'industria automobilistica i veicoli elettrici sono al centro del futuro della mobilità. Utilizzando l'elettricità per far funzionare il motore, necessitano di convertitori DC/DC per lo scambio di corrente con tensioni diverse, di inverter di trazione DC/AC per l'azionamento dei motori elettrici e la fornitura di potenza alle ruote, e infine anche di convertitori AC/DC per la ricarica delle batterie del veicolo sia durante il recupero dell'energia in frenata, detta "frenata rigenerativa", sia da stazioni di ricarica residenziali o ad alta potenza (per la ricarica rapida). Esistono tre tipi principali di veicoli elettrici: i veicoli elettrici a batteria (BEV), completamente elettrici con batterie ricaricabili senza motore a benzina; i veicoli elettrici ibridi plug-in (PHEV), che possono percorrere lunghe distanze prima dell'accensione del motore a benzina (10-70 km) e possono ricaricare la batteria sia attraverso la frenata rigenerativa sia attraverso una fonte di alimentazione esterna; e i più "standard" veicoli elettrici ibridi (HEV), che possono percorrere una distanza più breve (circa 2-3 km) prima dell'accensione del motore a benzina.
L'elettronica è in continuo aumento nell'industria automobilistica e ciò è determinato da molteplici fattori che ne determineranno lo sviluppo e l'evoluzione futuri. Le norme di sicurezza governative, la crescente domanda di veicoli più sicuri da parte dei consumatori e l'adozione di sistemi remoti in telematica sono i principali driver dell'elettronica automobilistica.
Secondo uno studio sul campo condotto da McKinsey & Company, Inc. nel 2019, il mercato dell'elettronica e dei software per autoveicoli registrerà una forte crescita a livello mondiale fino al 2030. Date un'occhiata alle stime delle vendite previste e della crescita di mercato prevista per segmento elettronico:
Caratteristiche avanzate dei sistemi elettronici sono sempre più richieste per soddisfare le sofisticate funzionalità dei veicoli di nuova generazione. In particolare, le applicazioni principali riguardano la sicurezza, l'ADAS (Advanced Driver-Assistance System), l'infotainment, l'elettronica della carrozzeria e i sistemi di propulsione. Gli esperti del settore stimano che solo le applicazioni per la sicurezza, gli ADAS e l'infotainment rappresenteranno il 60% della domanda.
Nel prossimo futuro, in testa alle tendenze troviamo la guida autonoma, i veicoli connessi, l'elettrificazione della catena cinematica e la mobilità condivisa (chiamate anche tendenze ACES), che determineranno un profondo cambiamento nell'industria automobilistica perché tutte queste tendenze consentiranno di personalizzare i comportamenti degli utenti, di spostare i bacini di valore e le preferenze di mobilità, oltre a potenziare modelli di business innovativi. Il progresso tecnologico è sempre in crescita e questo ha un impatto anche sull'industria automobilistica, offrendo soluzioni sempre più sofisticate.