Auto eco-compatibili, il ruolo dei semiconduttori

AUTOMOTIVE –

Uno dei principali problemi che i costruttori di automobili si trovano oggi ad affrontare consiste nella necessità di adeguarsi a norme che impongono limiti sempre più bassi per le emissioni di anidride carbonica e per i consumi di carburante.

L'elettronica gioca un ruolo fondamentale nelle innovazioni utilizzabili per raggiungere questi risultati e i grandi produttori di semiconduttori si preparano a cogliere le nuove opportunità non solo con la messa a punto di dispositivi ad hoc, ma anche tramite iniziative di marketing mirate. Un interessante esempio in questo senso proviene da NXP, che presenta oggi ai costruttori di automobili un'offerta organizzata sulla base delle “bill of material” necessarie per realizzare le specifiche soluzioni di riduzione dei consumi e delle emissioni. L'offerta della società di Eindhoven è stata recentemente illustrata alla stampa specializzata da Drue Freeman, vicepresidente marketing e vendite di NXP per il settore automotive a livello mondiale, il quale ha osservato che alcune delle soluzioni proposte hanno una doppia possibilità applicativa: possono servire a ridurre i consumi e le emissioni delle auto con motore a scoppio, ma anche a prolungare l'autonomia dei veicoli elettrici. La lista delle innovazioni prese in esame da NXP comprende i sistemi start-stop, il servosterzo elettronico, le trasmissioni a doppia frizione, il partial networking e la “eco-telematica”.

Sistemi start-stop
I sistemi start-stop sono automatismi che arrestano il motore quando il veicolo si ferma (per esempio ai semafori) e lo riaccendono istantaneamente quando il guidatore rilascia il pedale del freno, preme l'acceleratore o ingrana la marcia. L'offerta NXP per questo tipo di sistemi comprende transceiver Can e FlexRay ad alte prestazioni, oltre a Mosfet di potenza in grado di soddisfare le esigenze specifiche di motore, impianto Abs e unità di controllo del cambio. La società offre inoltre sensori per rilevare la posizione dei pedali e la velocità Abs. Va segnalato che gli amplificatori audio NXP mantengono inalterate le loro prestazioni quando il motore viene spento e riacceso, anche se la tensione scende a 6 volt, e pertanto l'ascolto della musica può proseguire senza interruzioni.
I sistemi start-stop possono essere implementati tramite un sistema integrato di avviamento-generazione  o Isa (Integrated Starter Alternator) che combina l'alternatore e lo starter in un'unità reversibile. Questa soluzione incorpora un potente inverter elettronico per consentire il rapido passaggio da una funzione all'altra. L'uso di un sistema di questo tipo riduce il peso e accresce l'efficienza del veicolo, oltre a consentire l'accumulo di energia in fase di decelerazione. L'inverter Isa richiede switch caratterizzati da una resistenza elettrica estremamente bassa per poter gestire tensioni elevate riducendo la perdita di energia. I requisiti tipici di questo dispositivo prevedono un valore Rds-On di circa 0,5 milliohm e una corrente di oltre 200 ampere. L'offerta NXP comprende anche Mosfet Automotive Power adatti a queste applicazioni, nel formato Kgd (Known Good Die) e/o in contenitore Lfpak (Loss Free Package).

Servosterzo elettronico
Il servosterzo elettronico o Eps (Electric Power Steering) utilizza un motore elettrico per comandare la direzione delle ruote e pertanto consuma meno combustibile di un sistema di sterzatura di tipo idraulico convenzionale, poiché elimina la necessità di una pompa idraulica costantemente in funzione. È stato calcolato che l'uso dell'Eps permette di ridurre di dieci grammi al chilometro le emissioni di anidride carbonica, anche grazie alla riduzione dei pesi. L'offerta di NXP per questo tipo di sistemi comprende sensori angolari magnetoresistivi per rilevare la posizione e la coppia dello sterzo, oltre a Mosfet caratterizzati da valori di Rds-On estremamente bassi e agli immancabili transceiver FlexRay.

Trasmissioni a doppia frizione
Sviluppate inizialmente per le vetture da corsa, le trasmissioni a doppia frizione o Dct (Dual-Clutch Transmission) sono disponibili da diversi anni anche su alcune normali vetture da strada. Questi sistemi consentono di ridurre a soli 200 millisecondi il tempo necessario per cambiare marcia e, evitando le interruzioni nel flusso di potenza erogato dal motore, assicurano una significativa riduzione dei consumi: fino al 10% rispetto alle tradizionali trasmissioni automatiche a cinque marce. L'offerta NXP per la realizzazione di trasmissioni a doppia frizione comprende dispositivi High Performance Mixed Signal, sensori senza contatto magnetoresistivi insensibili alle vibrazioni, oltre agli indispensabili dispositivi Can e FlexRay.

Partial Networking per le reti veicolari
Se è vero che l'elettronica è indispensabile per ridurre i consumi energetici dei veicoli, è vero anche che gli stessi circuiti elettronici consumano energia. Il continuo aumento del numero di centraline o Ecu presenti a bordo impone oggi all'industria automobilistica di prendere in considerazione anche questa voce nel bilancio energetico del veicolo. La soluzione proposta da NXP è il “partial networking”: ciascuna Ecu connessa alla rete viene mantenuta attiva solo quando la funzione da essa svolta è effettivamente utilizzata, mentre per il tempo rimanente viene posta in una speciale modalità “sleep” selettiva. Il risveglio avviene soltanto in presenza di specifici messaggi di attivazione predefiniti. NXP offre vari System Basis Chip basati sul concetto di partial networking che - abbinati ad altri prodotti della società - permettono di ridurre i consumi di corrente in standby a soli 25 microampere per ciascuna Ecu. Poiché alcune delle Ecu sono impiegate di rado (è il caso, ad esempio, della centralina che gestisce la regolazione dei sedili), il risparmio ottenibile in questo modo è significativo e può raggiungere potenzialmente i 70 watt.

Eco-telematica
I sistemi telematici consentono l'implementazione del concetto di “eco-routing”, fornendo al guidatore informazioni riguardanti il percorso migliore e incentivando l'uso delle strade meno congestionate. Questi sistemi possono inoltre essere utilizzati per il Connected Cruise Control (avvisi di velocità individuali trasmessi da un centro di controllo del traffico), un nuovo concetto di viabilità promosso da NXP e da altre importanti aziende e istituzioni accademiche europee. Sui veicoli elettrici, inoltre, i sistemi telematici possono fornire servizi remoti di monitoraggio e diagnostica delle batterie elettriche, per verificare lo stato di salute del veicolo e controllarne il livello di carica. Un'altra possibile applicazione riguarda il cosiddetto “eco-powertrain”: conoscendo la posizione del veicolo e la condizione della strada da percorrere, il sistema telematico può - ad esempio - assicurare che la batteria abbia una carica sufficiente per raggiungere la cima di una montagna, in modo da permetterne poi la ricarica durante la discesa. L'offerta di NXP per i sistemi telematici è imperniata sulla piattaforma Atop (Automotive Onboard Unit Platform), una soluzione compatta dal costo contenuto, certificata secondo le norme di sicurezza per applicazioni Gsm e bancarie. Secondo alcune stime, la riduzione dei consumi e delle emissioni ottenibile tramite i sistemi di eco-routing può giungere fino al 15%.

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