Gli odierni veicoli connessi e autonomi sono ricchissimi di elettronica e potenza di calcolo per eseguire funzioni di assistenza alla guida. Tali dispositivi non solo consumano una grande quantità di energia, ma aggiungono anche peso significativo all'auto.
Nel 2005, "Standley", azienda vincitrice dell'originale sfida Darpa per i veicoli autonomi, disponeva di cinque unità Sick AG LIDAR montate sul tettuccio, un sistema di guida interno che utilizzava giroscopi e accelerometri, una videocamera utilizzata per osservare le condizioni di guida fino a otto metri (oltre il raggio del LIDAR) e sei computer Intel Pentium M nel bagagliaio. Tutta questa attrezzatura ha consentito a Standley la navigazione autonoma di una rotta prestabilita di 150 attraverso il deserto del Mojave.
Una versione modificata dell'European Volkswagen Touareg; l'auto aveva un motore diesel. Se si fosse trattato di un'auto elettrica dotata delle moderne batterie, non sarebbe stata in grado di procedere per più di qualche miglio; i sistemi di bordo avrebbero scaricato le batterie in pochi minuti.
Oggi, a distanza di 17 anni, un veicolo connesso a un sistema Advanced Driver-Assistance System (ADAS) di livello 2, che esegue poche attività autonome come l'avviso del cambio di corsia, la frenata di emergenza e l'assistenza al parcheggio, dispone di 100 volte la potenza di elaborazione e delle capacità di sensore e utilizza solo una frazione della corrente.
L'arrivo di veicoli completamente elettrici costituisce un'ulteriore sfida per il settore dell'elettronica. A differenza delle controparti a motore a combustione interna, i veicoli elettrici utilizzano l'energia accumulata nelle loro batterie per tutto, e l'elettronica di bordo, oltre al motorino elettrico, consuma una quantità sostanziale di energia che, a sua volta, riduce l'autonomia del veicolo.
Inoltre, le case costruttrici di automobili migliorano costantemente i loro veicoli elettrici con altre funzionalità, tra cui funzionalità ADAS, attrezzature per l'infotainment e ulteriore comfort che, di nuovo, aumentano il consumo di corrente.
Da sola, la connettività rappresenta una delle fonti di consumo di energia più significative. Un'auto connessa, senza funzionalità autonome, potrebbe inviare e ricevere diversi gigabyte di dati ogni giorno mediante le reti cellulari. Secondo le stime, un'auto ADAS base di livello 1 può scambiare oltre 100 terabyte in meno di cinque anni, principalmente per aggiornare mappe e inviare dati ai sensori. Tramite le reti 5G e la comunicazione C-V2X, un veicolo completamente autonomo trasmetterà oltre cinque terabyte in 24 ore di funzionamento.
Ridurre le capacità del veicolo non rappresenta la soluzione
L'investimento in dispositivi elettronici più piccoli e nel calcolo a bassa potenza è necessario per ridurre le esigenze in termini di corrente. Inoltre, il calcolo efficiente dei limiti dovrebbe ridurre la necessità di caricare quantità enormi di dati nel cloud, riducendo l'uso della connettività cellulare che richiede un grande dispendio di corrente.
Gli odierni veicoli elettrici connessi sono dotati di un esercito di sensori per conoscere l'ambiente e di altre comunicazioni per il collegamento ad altri veicoli (V2V) e all'infrastruttura stradale (V2X). Anche i modelli più semplici sono dotati di sensori di prossimità che aiutano il conducente a parcheggiare e a spostarsi in spazi ristretti. I modelli avanzati dispongono, inoltre, di diverse fotocamere per rilevare altri veicoli e infrastrutture intorno a loro, e le auto con funzionalità ADAS sofisticate hanno anche altri sensori come Radar e LiDAR.
Fortunatamente, questi sistemi elettronici secondari sono migliorati molto più rapidamente del veicolo stesso. Un'unità LiDAR attuale di Velodyne è in grado di acquisire milioni di punti dati al secondo, creando un'immagine precisa della strada antistante. In confronto a quella utilizzata per la sfida Darpa, una Velarray H800 può stare senza problemi dietro il parabrezza di un camion o di un'auto e utilizzare meno del 5% di corrente.
Dispositivi elettronici e processori di bordo progrediscono alla velocità dei computer
Aziende come Nvidia, Arm, NXP, Infineon, Qualcomm e molte altre stanno facendo grossi investimenti nel settore dell'automotive. Dato che le auto diventano sempre più come dei computer su ruote, ottimizzare e ridurre le loro CPU migliorando al contempo le prestazioni è necessario per ridurre il consumo di corrente.
Di recente, Arm ha presentato la sua architettura SOAFEE (Scalable Open Architecture for Embedded Edge), un ambiente di calcolo eterogeneo ottimizzato per l'automotive, in una finestra di prestazioni in termini di alimentazione richiesta per ADAS livello 4 e livello 5, tutto all'interno di un SoC che richiede un raffreddamento quasi nullo. Lo scorso anno, Nvidia ha annunciato la sua Atlan Autonomous Vehicle Platform, un SoC di ultima generazione in grado di fornire 1.000 trilioni di operazioni al secondo su un solo chip.
Questi sono solo alcuni esempi della velocità con cui avanza l'elaborazione dei computer nel settore dell'automotive. Questo nuovo livello di alimentazione per computer, che può stare facilmente sotto il cruscotto, consente l'elaborazione a bordo di tutti i sensori e altri sottosistemi del veicolo, riducendo la necessità di caricare informazioni sul cloud.
I veicoli autonomi attuali e futuri saranno in grado di funzionare senza assistenza esterna, tranne che per la loro comunicazione locale con altri veicoli e infrastrutture stradali.
La ricarica CC può ridurre ulteriormente i dispositivi elettronici di bordo e consentire la ricarica rapida
Per coloro che caricano le loro auto elettriche a casa, la soluzione più comune è una stazione di ricarica CA a parete. Purtroppo, collegare un veicolo elettrico a una stazione di ricarica CA significa che la conversione da CA a CC necessaria per caricare le batterie si verifica all'interno del veicolo.
Un veicolo elettrico deve connettersi a una stazione di ricarica rapida che utilizza corrente CC per consentire la ricarica rapida. Oggi, l'infrastruttura per le stazioni di ricarica rapida, quelle che si trovano nelle aree di parcheggio delle aziende, nelle strade delle città, sulle autostrade e in alcune stazioni di servizio tradizionali dispongono di diversi connettori, tra cui la corrente CA e CC.
Sarebbe una vera e propria svolta se i produttori di veicoli elettrici potessero rimuovere trasformatori CA e anche i proprietari dei veicoli elettrici potessero utilizzare la ricarica CC a casa.
Aziende come Wallbox ora vendono una soluzione domestica per la ricarica CC. Grazie a un connettore CHAdeMO, il caricabatterie domestico di Wallbox Quasar 2 dispone di ricarica CC fino a 11,5 kW, consentendo alla batteria dell'auto di coprire il fabbisogno elettrico dell'abitazione persino durante un'interruzione di corrente. Ad esempio, un'auto elettrica completamente carica con una capacità di 75 kWh può coprire il fabbisogno elettrico essenziale di una abitazione per più di una settimana. Per ulteriori informazioni sulla ricarica degli EV, leggi l'articolo sul modo in cui i sistemi OBC, i caricabatterie CC rapidi consentono di superare l'ansia da autonomia nei veicoli elettrici.
I produttori di veicoli elettrici devono iniziare a pensare come le aziende di computer
I veicoli con motore a combustione interna stanno assistendo a una progressiva eliminazione in tutto il mondo. I produttori di veicoli elettrici devono lavorare a stretto contatto con le aziende tecnologiche che realizzano dispositivi elettronici di bordo, infrastrutture di comunicazione cellulare, stazioni di ricarica e servizi cloud per sfruttare questa tendenza.
Ottimizzare i dispositivi elettronici esistenti non è sufficiente. I produttori di automobili devono adattare le loro linee di produzione in termini di flessibilità del design dell'elettronica. Potranno così sfruttare le tecnologie più recenti rapidamente e gestire meglio le carenze nella catena di fornitura in caso di difficoltà di reperimento di alcuni componenti. L'odierno veicolo elettrico è più un computer con batterie su ruote che un puro e semplice sistema di trasporto. I produttori automobilistici devono pensare al di fuori degli schemi e concretizzare questa realtà inarrestabile.
