Costruire auto più intelligenti

CAR-INFOTAINMENT –

Dai sistemi avanzati di assistenza alla guida ai controller per l’infotainment, la navigazione satellitare e la gestione del motore, i semiconduttori rendono le auto più sicure e più efficienti.

L'industria dei semiconduttori ha attraversato un periodo difficile iniziato dalla crisi finanziaria globale del 2008. Un barlume di speranza per la ripresa del mercato è stato il crescente uso delle tecnologie a semiconduttore nel settore automobilistico. Le case europee sono rimaste relativamente forti nonostante la depressione mondiale e, mentre il mercato nel suo complesso si è un po' ristretto, si prevede che la richiesta di semiconduttori per auto salirà del 4% nei prossimi 12 mesi. Gli analisti della Lmc Automotive, agenzia specializzata nelle previsioni relative al mercato dell'autoveicolo,prevedono una produzione mondiale di circa 100 milioni di veicoli nel 2016, mentre i ricercatori di Strategy Analytics prevedono che nello stesso anno verranno prodotti circa 50 milioni di sensori di parcheggio. Tra i principali elementi di traino individuati dalle aziende di semiconduttori come Toshiba vi sono i sistemi che informano e assistono il guidatore, migliorandone il comfort di guida, come ad esempio i controller grafici per display Tft e gli hard disk per auto ad alta capacità. Stanno inoltre prendendo sempre più piede sistemi avanzati di assistenza alla guida o Adas (Advanced Driver Assistance Systems) come sensori ottici, funzioni di riconoscimento immagini e processori grafici che agevolano la guida e migliorano la sicurezza stradale. Sebbene questi sistemi vengano utilizzati principalmente nelle vetture di fascia alta, tali funzioni stanno avendo una ricaduta positiva anche sulle auto più economiche. Considerato l'elevato numero di modelli realizzati su uno stesso telaio e in uno stesso stabilimento, è probabile che questa ricaduta aumenti man mano che le case automobilistiche tenderanno a differenziare i propri modelli adattandoli alle esigenze del guidatore in specifici segmenti di mercato. Anche il crescente interesse nelle auto ecologiche, che prevede sistemi per controllare le emissioni e ridurre i consumi di carburante, contribuisce alla domanda di semiconduttori per auto. Inoltre, molti sistemi che in precedenza venivano realizzati tramite cinghie sono oggi sostituiti da motori elettrici, il che è alla base della domanda di microcontrollori con funzioni integrate di controllo vettoriale.

Sicurezza prima di tutto

I sistemi Adas nuovi ed emergenti offrono di tutto, dalle funzioni di assistenza al parcheggio a sistemi che riconoscono le condizioni del manto stradale, i cartelli stradali e persino la presenza di pedoni. I sistemi Adas richiedono la cattura di immagini in un'ampia varietà di condizioni ambientali. I normali sensori ottici presenti in smartphone, computer portatili e tablet si sono rivelati inadatti per l'autoveicolo, che invece richiede sensori ottici speciali in grado di operare continuativamente e con un ampio range dinamico. Dopo che le immagini sono state catturate devono poi essere elaborate e questi compiti vengono da sempre assegnati a potenti Cpu. Ma con l'aumento della qualità grafica richiesta, la Cpu deve funzionare a frequenze più elevate per gestire i maggiori carichi di lavoro, riducendo l'efficienza energetica e compromettendo il rendimento del carburante. Un approccio più efficiente dal punto di vista energetico è di eseguire le elaborazioni in parallelo su più processori, con estensioni Dsp ottimizzate per il singolo compito, in modo che sia possibile funzionare a frequenze più basse (Toshiba ha intrapreso questo approccio con la gamma Visconti di circuiti integrati di elaborazione immagini per l'autoveicolo).
Tali processori riconoscono se l'automobile sta viaggiando nella corsia corretta, ciò che succede nelle immediate vicinanze (ad es., quando le si avvicinano altri veicoli), le condizioni atmosferiche e, cosa più importante, la presenza di pedoni, sia durante il giorno che nelle ore di buio, o comunque in condizioni di scarsa visibilità. Questi chip possono inoltre monitorare le videocamere poste nell'abitacolo e riconoscere, dal movimento delle palpebre, se il conducente è stanco.

Comfort e infotainment

Sebbene le funzioni Adas possano assistere il veicolo in maniera autonoma, a tutt'oggi occorre che le informazioni vengano visualizzate su uno schermo, così che il guidatore possa reagire e prendere le decisioni migliori più rapidamente. Tali informazioni vengono attualmente visualizzate su schermi Tft, che sono spesso incassati nel quadro strumenti. La richiesta di soluzioni meno costose che ne permettano l'utilizzo nelle auto più economiche è cresciuta in modo esponenziale. Ciò ha portato allo sviluppo di circuiti integrati che controllano non solo i display Tft, ma anche strumenti meccanici come il tachimetro, il contagiri e l'indicatore di livello carburante. Allo stesso tempo, i consumatori richiedono una grafica di qualità elevata, simile a quella degli smartphone. Sono stati quindi sviluppati dei chip (come la serie Capricorn di Toshiba) che producono questa grafica di alto livello e permettono funzioni come il cover flow, animazioni in dissolvenza e ribaltamenti. L'integrazione di moduli di sicurezza conformi alle specifiche She (Secure Hardware Extension) è necessaria per prevenire la manomissione del contachilometri e del tachimetro e per far sì che le icone della libreria non possano essere manipolate. Ad esempio, se una videocamera rileva che il limite di velocità è di 60 km/h, questo modulo fa sì che compaia esclusivamente l'icona di 60 km/h e impedisce la visualizzazione dell'icona di 80 km/h. Oltre alle informazioni Adas, i guidatori richiedono sistemi integrati di navigazione sempre più sofisticati - spesso con una riproduzione in 3D del tipo street-view. Queste mappe in 3D hanno bisogno di sofisticati processori grafici mentre i file di dati delle mappe richiedono un'elevata capacità di memorizzazione. Anche l'esigenza crescente di accedere facilmente a file di musica e video richiede un aumento consistente della capacità di memorizzazione. Nel 2016 si prevede che oltre 55 milioni di persone avranno accesso a Internet dalla propria auto e ciò rappresenta un altro fattore alla base dell'aumento della memoria. In Europa, i dati vengono da sempre memorizzati su hard-disk e questi devono soddisfare determinati criteri per essere adatti all'ambiente dell'autoveicolo. I sistemi automobilistici, ad esempio, devono adattarsi a una più ampia gamma di condizioni ambientali - come la temperatura, l'umidità e la pressione atmosferica - rispetto a un computer fisso o portatile. Essi devono inoltre sopportare continue vibrazioni e urti a cui un normale lettore di hard-disk non è soggetto. Più di 25 milioni di hard-disk per auto sono stati venduti dal 1996 e la tendenza verso dischi a maggiore capacità continua ininterrotta; oggi sono in produzione dispositivi da 320 GB che sopportano temperature da -30 °C a +85 °C, a differenza delle unità presenti nei computer portatili che funzionano invece solitamente tra 0 °C e 60 °C. La tecnologia dei drive allo stato solido a porte Nand sta iniziando a fare la sua comparsa nel mondo dell'autoveicolo, e man mano che il costo per gigabyte si riduce, questa transizione diventa sempre più veloce e sempre più diffusa. Gli Ssd presentano dei vantaggi tecnici per il settore automobilistico dal momento che sono più resistenti agli stress termici, alle vibrazioni e agli urti.

Potenziare l'efficienza e la sicurezza

La crescita del costo del carburante e la tendenza a ridurre le emissioni sono alla base dell'aumento dell'interesse nei confronti del rendimento del carburante. Anche se i sistemi Adas possono aiutare a massimizzare questo rendimento valutando l'ambiente stradale e calcolando la quantità ottimale di spinta necessaria per mantenere una specifica velocità, vi sono altri modi per ridurre il consumo di carburante di origine fossile. Molte nuove auto già utilizzano, in un modo o nell'altro, tecnologie di alimentazione di tipo elettrico: dai sistemi di recupero dell'energia cinetica (Kers) presenti nelle automobili di Formula 1 alle auto interamente elettriche, stiamo oggi assistendo a un cambiamento di paradigma nell'uso della potenza. Le aziende di semiconduttori stanno sviluppando e certificando una gamma di dispositivi di stoccaggio dell'energia per auto, insieme a transistor di potenza, Igbt, Mosfet e circuiti integrati progettati in modo specifico per monitorare batterie per autoveicoli. Sono in produzione anche amplificatori di potenza integrati, studiati per generare suoni che riproducono il rumore delle automobili a benzina, così che pedoni e ciclisti non vengano colti di sorpresa quando si avvicina un'auto elettrica. Anche i microcontrollori per auto hanno ricevuto molto interesse, a prescindere dal fatto che siano stati progettati per controllare i motori elettrici che fanno girare le ruote nei veicoli elettrici e ibridi o per controllare sistemi come il servosterzo elettrico. I microcontrollori vengo anche utilizzati per funzioni di sicurezza, ad esempio facendo intervenire gli airbag in caso di impatto. Molti di essi devono operare alle alte temperature presenti nel vano motore delle auto alimentate con carburante di natura fossile. Di certo, la sicurezza funzionale è un problema molto importante e la conformità alla norna Iso26262 è fondamentale. Per garantire la sicurezza del sistema, occorre qualificare l'intero sistema, non solo i singoli componenti, e le aziende produttrici di semiconduttori stanno collaborando con le agenzie di certificazione per sviluppare sistemi certificati completi.

2014 e oltre

Non vi sono dubbi che, a partire dal 2014, l'industria dell'autoveicolo si dovrà appoggiare sempre di più ad aziende di semiconduttori che siano in grado di contribuire a realizzare auto sicure ed efficienti, conformi ai requisiti sulle emissioni e dotate di comfort e funzioni di intrattenimento. Man mano che i sistemi di controllo diventano più complessi, le case automobilistiche dovranno scegliere i propri partner ancora più attentamente così da progettare e certificare interi sistemi, piuttosto che singoli componenti.

Pubblica i tuoi commenti