"Siamo a un punto di svolta": gli esperti parlano di elettronica automotive

I cambiamenti nel settore automotive sono un tema scottante. I progressi tecnologici stanno determinando molte nuove tendenze nei veicoli, sia su larga scala come nel caso delle auto a emissioni zero e l'autonomia, sia di nicchia come la miniaturizzazione, i metodi di immagazzinaggio dell'energia e altro ancora.

Oggi i veicoli sono dotati di più componenti elettronici che mai. Sia i consumatori che i professionisti dei trasporti richiedono maggiori funzionalità dai loro veicoli, come funzionalità avanzate, opzioni di infotainment, sicurezza potenziata e facilità e comfort per i passeggeri.

I componenti di alimentazione e interconnessione sono fondamentali per il progresso dei veicoli e di molte altre modalità di trasporto. Tre esperti di componenti automotive di due aziende elettroniche leader del settore, Shawn Luke, responsabile marketing tecnico presso DigiKey, e Matt McWhinney e Kirk Ulery, responsabili di sviluppo aziendale presso Molex, hanno recentemente discusso i fattori trainanti dell'attuale progettazione nel settore automotive.

Mentre le case automobilistiche si affrettano a rendere le automobili più intelligenti e connesse, il numero di componenti elettronici necessari per alimentarle continuerà ad aumentare. Infatti, secondo Statista, si prevede che l'elettronica rappresenterà il 50% del costo di una nuova auto entro il 2030.

"L'esplosione delle funzionalità elettroniche nei veicoli è un campo ancora inesplorato", afferma Ulery. "Nella spinta verso l'elettrificazione dei veicoli e di altri sistemi di propulsione, l'elettronica sarà di gran lunga uno dei componenti più importanti per i veicoli del futuro".

L'elettrificazione promuove l'innovazione

L'elettrificazione delle automobili ha aperto la strada a nuovi progetti innovativi. Senza la necessità di ospitare un tradizionale motore a combustione interna, i produttori di automobili hanno maggiore flessibilità su dove collocare le batterie e le porte di ricarica, aumentando la quantità di spazio disponibile per i passeggeri o le merci.

In fase di progettazione, possono esservi numerose opzioni per le posizioni delle porte di ricarica dei veicoli elettrici. (Immagine per gentile concessione di Molex)

Ciò ha portato a un aumento del numero di nuovi produttori di veicoli elettrici nel mercato, offrendo un'ampia varietà di marche e modelli. A questo punto, molti sono ancora costosi e mancano di standardizzazione. Tuttavia, questa maggiore varietà offre ai consumatori più opzioni di stile e personalizzazione, e il costo dei veicoli probabilmente diminuirà con l'avanzamento della tecnologia e l'aumento della produzione.

"Ci vorrà ancora del tempo prima di definire un sistema comune per la progettazione dei veicoli elettrici, perché al momento è una corsa di cavalli verso nuove tecnologie e innovazioni", sostiene McWhinney. "I progetti nel settore automotive tendono a essere molto robusti, affidabili e ben collaudati, ma in questo periodo di rapidi cambiamenti molte piattaforme sono ancora nella loro fase iniziale – essenzialmente prototipi molto costosi".

Indipendentemente dal produttore, dalla marca o dal modello, tutti i veicoli elettrici richiedono una trasmissione di potenza affidabile e una trasmissione di dati ad alta velocità per offrire al conducente un processo decisionale guidato dal software in tempo reale.

Anche il progresso dei microprocessori ha portato a un cambiamento epocale nella progettazione automotive, con l'introduzione di una piattaforma definita dal software che gestisce la funzionalità e il comportamento dei sistemi del veicolo. Una minore dipendenza dall'hardware comporta una maggiore modularità, flessibilità e connettività: sono necessari meno componenti e cavi per gestire un sistema estremamente complesso.

"Siamo a un punto di svolta in cui non possiamo davvero aggiungere ulteriori cavi ai veicoli", spiega Ulery. "Il settore automotive ha iniziato a prendere in prestito dai computer, in quanto ora disponiamo di uno standard Ethernet a due fili che può funzionare nell'intervallo dei gigahertz, quindi siamo in grado di ridurre la quantità di cavi nel veicolo.

"Il [sistema elettrico] a 48 V è un altro esempio: ora si possono utilizzare cavi più piccoli e con le architetture zonali nel veicolo definito dal software, controller e dispositivi sono tutti sullo stesso bus con un singolo cavo che li collega. Vedremo un minor numero di connettori in rame, ma i veicoli saranno progettati meglio e saranno più capaci di soddisfare i requisiti di velocità maggiori in futuro".

È elettrico (o ibrido)

Sebbene le case automobilistiche stiano concentrando gli sforzi sulla produzione di veicoli elettrici a batteria, i consumatori statunitensi stanno adottando un approccio più cauto, in attesa che l'infrastruttura di ricarica e l'autonomia dei veicoli raggiungano livelli adeguati. Nel 2023, l'Associated Press ha riferito che negli Stati Uniti gli acquisti di veicoli ibridi sono aumentati del 76%, mentre si è arrestata la crescita delle vendite di veicoli elettrici.

"L'elettrificazione in Nord America finora è stato un processo discontinuo", ha dichiarato Ulery. "Se si percorrono più di 150 km, si sa che l'infrastruttura di ricarica non ha ancora una distribuzione così capillare sul territorio e questo problema deve essere affrontato".

"Su molte piattaforme, la cosa più ambita è semplicemente acquistare un veicolo ibrido", ha aggiunto McWhinney. "L'economia, e forse anche le amministrazioni politiche, avranno un impatto sull'adozione dei veicoli elettrici".

Tuttavia, l'adozione delle opzioni elettriche sta crescendo oltre i veicoli per il mercato consumer. Mentre le flotte commerciali puntano alla sostenibilità, alcuni dei veicoli utilizzati per le consegne dell'ultimo miglio, il trasporto pubblico e i veicoli leggeri e medi utilizzati nei piazzali di sosta dei camion si stanno rivolgendo all'elettrico a batteria, all'elettrico plug-in e ai carburanti alternativi come l'idrogeno.

"Alla Work Truck Week 2024 di Indianapolis, praticamente tutti i veicoli più piccoli di un semirimorchio erano disponibili con un motore elettrico e moltissimi sistemi erano alimentati a idrogeno, che dal punto di vista ambientale sono a emissioni zero", ha aggiunto Ulery.

Specificare i componenti automotive

Le moderne autovetture contengono in media 80 sensori, 100 unità elettroniche e una moltitudine di cavi. Ciascuno di questi componenti deve soddisfare una serie rigorosa di standard per funzionare al meglio negli ambienti difficili di un'auto: condizioni atmosferiche e umidità, condizioni stradali variabili, temperature elevate, vibrazioni e altro ancora.

Per funzionare nell'esigente ambiente EV, l'elettronica intelligente deve soddisfare standard ancor più rigorosi. (Immagine per gentile concessione di Molex)

"La robustezza e l'affidabilità sono fondamentali per i trasporti", continua Luke. "Alcuni componenti veicolari devono durare decenni. Con tempi così lunghi, potrebbe essere necessario molto tempo per preparare una flotta ai cambiamenti che stanno avvenendo nei componenti, ad esempio ormai i consumatori si aspettano di trovare porte di ricarica USB-C quando viaggiano in auto o in aereo".

Esistono diversi organismi di certificazione che stabiliscono gli standard per i componenti utilizzati dai produttori di automobili, inclusi l'Automotive Electronic Council e lo US Council for Automotive Research (USCAR). Queste organizzazioni definiscono i requisiti prestazionali ed esaminano e certificano attentamente i componenti approvati per l'uso in ambito automotive.

Riconosciuti a livello globale, i componenti qualificati AEC (AECQ) sono in genere di alta qualità, robusti e affidabili e possono sopportare le condizioni stradali senza degradare le prestazioni. Alcune considerazioni aggiuntive per la selezione dei componenti per la progettazione automotive includono:

• Modularità: il componente è facile da sostituire da parte del proprietario o di un'officina di riparazione, se necessario?
• Geometrie di contatto: quante volte si può collegare e scollegare il componente? In breve, il connettore fa il suo lavoro?
• Efficienza: il componente utilizza l'energia in modo oculato o dissipa potenza eccessiva?
• Caso d'uso: il componente è costruito secondo le specifiche per soddisfare il suo impiego previsto? I componenti sottoqualificati potrebbero solo sopravvivere anziché funzionare, mentre quelli troppo qualificati potrebbero limitare la flessibilità della progettazione.
• Comodità di montaggio: la catena di montaggio sarà in grado di installare ripetutamente il componente su scala in base alla sua posizione nel veicolo?
• Sicurezza: se il componente si guasta mentre il veicolo è in movimento, esiste un mezzo per prevenire un incidente?

"La valutazione del rischio e le specifiche per i componenti automotive sono due facce della stessa medaglia", afferma McWhinney. "Con l'avvento non solo della sopravvivenza, ma anche della funzionalità, a volte le specifiche devono essere ridefinite o migliorate. Per contro, una specifica può anche essere eccessiva e far lievitare i costi integrati oppure limitare la flessibilità di progettazione. La precisione delle specifiche è sempre più importante più le architetture si evolvono".

"L'aspetto fantastico dello spazio di interconnessione è che si possono creare pezzi modulari scambiabili tra loro", aggiunge Luke. "L'importanza dell'interconnessione nella progettazione automotive non è da sottovalutare".

Tutti gli esperti concordano sul fatto che nella progettazione automotive la sicurezza deve avere la massima priorità.

"Non ci stancheremo mai di sottolineare l'aspetto legato alla sicurezza", continua Ulery. "Quando un computer non funziona, basta riavviarlo. Questo non è possibile alla guida di un'auto, quando uno dei bus informatici stalla e si sta viaggiando ad alta velocità. A questo livello, dobbiamo prendere in considerazione in tutto ciò che facciamo.

"Siamo sempre alla ricerca delle ultime novità in fatto di componenti: come aggiungere nuove funzionalità per ottenere le migliori prestazioni e farlo rapidamente, ma abbiamo a che fare con la vita delle persone, quindi dobbiamo assicurare che l'affidabilità sia al massimo livello".

Guardare al futuro

In un'ottica proiettata al futuro, i consumatori continueranno probabilmente a richiedere funzionalità sempre più avanzate per la sicurezza e il comfort, ma anche veicoli elettrici e altre modalità di trasporto che riducano la dipendenza dai combustibili fossili.

"In poche parole, l'elettrificazione non si fermerà", dichiara McWhinney. "Anzi, probabilmente sta registrando un'impennata".

In tutto questo, secondo McWhinney, la tendenza verso componenti elettronici miniaturizzati per le auto continuerà.

"Il progresso della microelettronica ha portato all'installazione di un numero maggiore di microprocessori nei veicoli e ci stiamo avvicinando alla piattaforma per veicoli definiti dal software", continua. "Ciò non significa che ogni elemento dei veicoli sarà controllato in modo dinamico direttamente dal software, ma la ridefinizione dell'architettura dei sistemi di controllo in quella direzione ha vaste implicazioni".

Un maggior numero di microprocessori nei veicoli potrebbe alimentare molte innovazioni che fanno molto affidamento sull'elaborazione dei dati incredibilmente veloce all'edge, inclusa l'autonomia. Anche se mancano ancora diversi anni, i veicoli autonomi potrebbero diventare comuni già nel 2030. La maggior parte di noi ha già familiarità e si sente a proprio agio nell'utilizzo di funzionalità semi-autonome come il controllo di crociera delle auto o il "pilota automatico" degli aerei. Negli anni futuri, probabilmente l'autista o il pilota dovranno rimanere comunque coinvolti nella guida.

I settori dei trasporti e delle automobili continueranno a guidare l'innovazione per molti anni a venire e fornitori come Molex e DigiKey continueranno a fornire i componenti e i servizi necessari per accelerare il progresso.