Soluzioni per Adas e veicoli autonomi

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Mentre molti considerano il veicolo autonomo un'idea relativamente recente, il concetto in realtà è stato presentato a New York nel 1939 e da allora sono intervenuti molti sviluppi importanti. Da molti decenni infatti è possibile costruire un veicolo autonomo al 90% partendo da componenti standard, ma renderlo autonomo al 99% è 10 volte più difficile e autonomo al 99,9% sarebbe 10 volte ancora più difficile. In altre parole, realizzare un veicolo completamente autonomo con un livello accettabile di sicurezza per la guida sulle nostre strade affollate è molto, molto più difficile che creare un veicolo con alcune caratteristiche Adas (Advanced Driver Assistance Systems) ma che in sostanza si affida ancora all'intervento umano. Mentre gli sviluppi hardware, in particolare i miglioramenti della potenza di elaborazione dei semiconduttori e le tecnologie dei sensori, sono stati cruciali per la fattibilità dei sistemi Adas, il vero ingrediente segreto è il software di sistema in cui i progressi dell'intelligenza artificiale determinano il modo in cui i veicoli elaborano e reagiscono ai segnali ricevuti dai propri sistemi elettronici, dagli altri veicoli e dall'ambiente circostante.


Adas, dagli aerei alle automobili
Gli aerei volano in modo autonomo da molto tempo, dimostrazione di quanto sia più sicuro spostarsi nei cieli anziché sulle nostre strade, soprattutto perché nell'aria c'è molto più spazio. E nel cielo è nata gran parte della tecnologia alla base degli odierni sistemi Adas per i veicoli. Vediamo qualche esempio. La tecnologia elettronica fly-by-wire è stata introdotta in un aereo di serie nel 1958 (l'Avro Canada CF-105 Arrow), il suo sistema di stabilizzazione basato sui giroscopi, le cui versioni in miniatura sono utilizzate negli odierni sistemi Adas. I display sospesi degli aerei sono stati ottenuti da una tecnologia ottica senza parallasse chiamata “reflector sight”, sviluppata nel 1937. I primi display sospesi delle auto sono stati installati nella Oldsmobile Cutlass Supreme di General Motors nel 1988, seguiti dalla Nissan 240SX, nel 1989. Lo sviluppo Adas per i veicoli è focalizzato sulle tecnologie adattive e predittive che rendono la guida un'esperienza migliore e più sicura. Con questi sistemi installati e attivati, la guida diventa davvero un'attività sinergica tra Adas e il conducente. I sistemi forniscono segnalazioni e avviano le azioni ma è il conducente ad avere ancora la responsabilità complessiva del veicolo. In futuro i sistemi saranno così avanzati da prendere decisioni più rapide e migliori di quanto potrebbe fare l'essere umano - aspetto che solleva alcune interessanti questioni etiche su dove risieda la responsabilità del processo decisionale.

Componenti e soluzioni per i sistemi Adas
Il numero di circuiti elettronici presenti nei veicoli è ormai elevato e cresce di giorno in giorno. Un aspetto fondamentale della tecnologia Adas comporta l'elaborazione di dati provenienti da telecamere, radar e ultrasuoni o da altri sensori, per avvisare i conducenti dell'esistenza di potenziali problemi o assisterli, magari nella disciplina di guida, evitando di avvicinarsi troppo al veicolo che precede e automatizzando le operazioni di parcheggio. Questi sistemi di solito includono la gestione dell'alimentazione, una varietà di interfacce di comunicazione, driver video e alimentatori, microcontrollori, sia per uso generico che di sicurezza. Ecco alcuni esempi dei componenti attualmente in uso nei sistemi Adas che saranno alla base dello sviluppo dei veicoli autonomi in futuro.

Sensoristica a ultrasuoni
I sensori a ultrasuoni vengono utilizzati per calcolare le distanze di parcheggio e rilevare la presenza di oggetti. Texas Instruments produce il PGA450-Q1, un'interfaccia di condizionamento del segnale conforme a Aec Q-100 per i segnali a ultrasuoni. Il dispositivo elabora i segnali di eco per calcolare la distanza tra un trasduttore ultrasonico e un oggetto, trasmettendo i dati risultanti su una rete Lin 2.1. Utilizzati a coppie, questi dispositivi possono misurare distanze che partono da meno di 1 metro e arrivano fino a 7 metri con precisione di 1 cm, a seconda della coppia trasduttore-trasformatore scelta. Ciascun dispositivo integra regolatori di tensione, un convertitore analogico-digitale, un microcontrollore a 8 bit (basato su 8051), un oscillatore, un'interfaccia fisica Lin 2.1 e un protocollo di comunicazione. L'Mcu e la memoria del programma consentono di configurare il PGA450-Q1 per le applicazioni finali.

Soluzioni a Led per l’illuminazione
Ma ci sono innovazioni anche nell'illuminazione dei veicoli. Un esempio sono i ballast di potenza e doppio driver Led NCV78763 di ON Semiconductor. Si tratta di un convertitore Dc-Dc boost-buck a doppia uscita per il pilotaggio di due stringhe di Led fino a 60 V. Utilizzato nei fari abbaglianti e anabbaglianti, luci di marcia diurne, indicatori di direzione e fendinebbia, è dotato di diagnostica on-chip per il monitoraggio di sicurezza, che consente di liberare le risorse di sistema togliendo questo compito al microcontrollore. Inoltre, il dispositivo è dotato di booster di tensione in current mode che semplifica la progettazione del filtro di ingresso e riduce la distinta dei materiali. Molti dei chip conformi ad Aec possono essere combinati e poi configurati tramite un'interfaccia Spi per fornire una piattaforma flessibile per una varietà di configurazioni di illuminazione a Led.

Sensoristica per gli pneumatici
Il monitoraggio della pressione degli pneumatici è un'importante caratteristica di sicurezza ormai presente su molti veicoli. NXP offre l'FXTH8715, un dispositivo sensore cablato o wireless (in origine componente Freescale prima dell'acquisizione della società da parte di NXP), progettato specificamente per questa applicazione. In un package Qfn di 7 x 7 x 2,2 mm, combina sensori di pressione e temperatura, doppio asse XZ o accelerometro dell'asse Z, ricevitore LF da 125 KHz e trasmettitore Rf da 315/434 MHz con microcontrollore a 8 bit. Il dispositivo consente misurazioni precise della pressione a partire da 100-1500 kPa e può essere utilizzato anche su automezzi pesanti come camion, autobus e veicoli per i cantieri edili.

Un ruolo anche per i passivi
Anche i produttori di componenti passivi stanno sviluppando prodotti pensando alle applicazioni per il settore automotive. Varistori all'ossido di metallo - o resistenze dipendenti dalla tensione - sono dispositivi importanti utilizzati per la protezione contro sovratensioni momentanee che potrebbero danneggiare i circuiti elettronici. Due delle famiglie di varistori AVX sono particolarmente adatte per le applicazioni automotive, sia nel controllo motore ad alta affidabilità, sia per l'ambiente più favorevole dell'elettronica di bordo. I varistori multistrato serie VC e VG Transguard sono componenti all'ossido di zinco conformi a Aec-Q200 che offrono protezione bi-direzionale. Sono disponibili con tensioni da 5,8 a 85 V in corrente continua, energia di sovratensione da 0,05 a 7,3 Joule e corrente di sovratensione di picco fino a 2000 amp. Rispondono alle sovratensioni momentanee in meno di un nanosecondo, fornendo la protezione vitale necessaria nei sistemi Adas odierni e che avrà un'importanza forse ancora maggiore nei veicoli autonomi del futuro.

Connessione, un punto debole
Naturalmente, in qualsiasi sistema elettronico i connettori sono un potenziale punto debole quando si tratta di affidabilità. Delphi Connection Systems è attiva da più di 100 anni ed è diventata uno dei più noti fornitori di connettori per sistemi di distribuzione elettrica ed elettronica del veicolo. Tornando all'applicazione nei fari discussa in precedenza, i connettori Delphi APEX HIR2 si accoppiano con lampade alogene a raggi infrarossi, molto diffuse nei fari a fascio di luce e negli anabbaglianti per via del loro rendimento ad alta intensità. Ma alto rendimento significa alta potenza di funzionamento e una significativa generazione di calore, per cui questi connettori sono progettati per temperature di esercizio della lampadina fino a 190°C e connettori e terminali sono testati a 150°C. L'argentatura viene utilizzata per massimizzare la conducibilità termica sui terminali e la guarnizione perimetrale dei connettori viene trattenuta per impedire l'ingresso di umidità o altri contaminanti.

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