Il punto della situazione da un’analisi di scenario della e-mobility, alle soluzioni applicative dei dispositivi MEMS 3D
Nel settore della mobilità, c'è un mix senza precedenti di opportunità e ostacoli: mai prima d'ora il mercato è stato così dinamico. I veicoli elettrici (EV) si sono innegabilmente affermati e hanno dimostrato cifre di vendita notevoli negli ultimi cinque anni. Il numero totale di EV sulle strade ha ormai raggiunto oltre 40 milioni, con immatricolazioni di quasi 14 milioni di nuove auto nel 2023.
Ma il settore è tutt'altro che lineare. La gerarchia tradizionale si deve confrontare con una serie di nuovi produttori, tra cui Tesla, i primi pionieri degli EV, che numerosi OEM cinesi emergenti. Si sono verificate anche altre innovazioni nel settore dei trasporti a causa dell'elettrificazione e dell'emergere di nuove forme di mobilità, tra cui e-bike, e-scooter e persino il trasporto aereo personale.
Allo stesso modo, in alcune regioni, le vendite di EV sono state influenzate da una combinazione di persistenti difficoltà economiche e consumatori meno convinti.
In quanto settore che rappresenta oltre il 15% delle emissioni inquinanti globali, è fondamentale che l'elettrificazione del settore della mobilità abbia successo per la sostenibilità futura.
Per aumentare l'elettrificazione del mercato dei trasporti, c'è la sfida di innovare riducendo al contempo i costi, al fine di raggiungere più consumatori. L'aumento dell'efficienza della trasmissione elettrica e dei sistemi di ricarica sono un'area di sviluppo ovvia, ma lo è anche quella della sicurezza. Con le strade che diventano più trafficate, sempre più utenti cercano veicoli con maggiore intelligenza, autonomia e sicurezza. Di conseguenza, mentre il campo della mobilità elettrica continua a evolversi, dare priorità alla sicurezza e implementare soluzioni di ricarica efficienti sono due aree chiave su cui i mercati della mobilità devono concentrarsi per progredire.
La tecnologia all’avanguardia di Murata comprende elettronica passiva, sensori e componenti di potenza; l’azienda sta lavorando per far progredire i progetti di mobilità in queste aree cruciali, aiutando gli OEM a raggiungere con successo i loro obiettivi.
L'impulso principale dietro i veicoli elettrici risiede negli sforzi globali per la sostenibilità e nell'allontanamento dai motori a combustione interna troppo inquinanti. Tuttavia, ci sono altri fattori in gioco sul mercato che devono essere affrontati per incoraggiare l'adozione di EV da parte dei consumatori.
Richieste dei consumatori e rimozione degli ostacoli
Per promuovere con successo la mobilità elettrica, è essenziale avere una profonda comprensione delle esigenze e delle preferenze dei consumatori. Attraverso miglioramenti mirati nella progettazione dei prodotti e nell'infrastruttura di ricarica, sarà possibile elevare le soluzioni esistenti e creare una gamma diversificata di soluzioni elettriche che si adattino meglio alla società moderna.
EV100 è un'iniziativa mondiale volta ad assistere le aziende nella transizione delle loro flotte di proprietà e in appalto verso veicoli elettrici entro il 2030. Secondo il Progress and Insight Report del membro del 2021, un ostacolo significativo all'adozione di veicoli elettrici è stato identificato dal 67% degli intervistati come l'infrastruttura di ricarica insufficiente, con un ulteriore 54% ha indicato i tempi di ricarica come un altro problema significativo.
I costi dei veicoli, assieme ai tempi di ricarica, rientrano tra le prime cinque preoccupazioni, spingendo ulteriormente la necessità di innovazione verso la riduzione dei costi e dei tempi di ricarica. Temi simili sono emersi per le soluzioni di micromobilità.
Affinché il settore aumenti il tasso di adozione di EV e di micromobilità elettrica (commerciale e di consumo), i costi devono diminuire, le prestazioni devono aumentare e la copertura infrastrutturale deve crescere.
La richiesta di sicurezza nell'e-mobility
Con la spinta all'elettrificazione dei veicoli è arrivata anche una spinta simultanea del settore per funzioni potenziate di sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS), nonché una spinta per la futura guida autonoma. La natura elettronica e digitale dei veicoli elettrici si presta bene al funzionamento by-wire, rinunciando a parti meccaniche nei sistemi di accelerazione, sterzo e frenata.
Questo progresso facilita al meglio le prestazioni ADAS e la guida autonoma, consentendo il controllo elettronico diretto del veicolo.
Anche i progressi nelle unità microcontrollore, intelligenza artificiale e sensori (di immagine, inerziali, LiDAR e ToF) hanno contribuito a questo sviluppo, consentendo un funzionamento più preciso e intelligente a un prezzo del veicolo inferiore.
Sebbene la sicurezza del veicolo possa non essere la preoccupazione principale per molti acquirenti, rimane tuttavia un aspetto cruciale da considerare nello sviluppo di opzioni di trasporto più sicure; è un obiettivo che tutte le parti interessate, produttori e consumatori, possono condividere. Secondo un sondaggio di YouGov, un significativo 77% degli intervistati ha espresso il desiderio che tutte le funzionalità di sicurezza disponibili fossero installate sulla propria auto. Comprendere la domanda di sicurezza del consumatore può essere complesso, poiché non sempre è in linea con le tendenze del settore. Mentre i veicoli autonomi sono un'area chiave di sviluppo per molti OEM automobilistici in questo momento, molti consumatori sono ancora scettici e danno la priorità a funzioni ADAS più avanzate, come telecamere per la retromarcia, rilevamento degli angoli ciechi e frenata di emergenza automatica (AEB). In un sondaggio di S&P Global, la guida autonoma completa è risultata essere la funzione di sicurezza del veicolo meno desiderata, classificandosi dietro funzioni semiautonome come la guida automatizzata in autostrada e il parcheggio remoto.
Tecnologie dei veicoli in evoluzione
ADAS, un tempo un lontano acronimo associato a tecnologie lontane dalle decisioni di acquisto dei consumatori, si è ora evoluto per includere una vasta gamma di funzioni che sono punti di forza essenziali per i veicoli moderni. I progressi nell'intelligenza automobilistica hanno portato allo sviluppo di varie funzionalità che possono migliorare la sicurezza del veicolo sia per gli occupanti che per i pedoni, oltre ad alleviare le sfide della guida.
Gli ultimi progetti di mobilità incorporano un'ampia gamma di funzioni di sicurezza interne ed esterne, specificamente progettate per migliorarle e per lavorare congiuntamente ad altre funzioni, al fine di garantire un miglioramento generale della sicurezza.
Molte di queste caratteristiche sono progressi di precedenti componenti di sicurezza. Ad esempio, ACC è una versione più avanzata del normale cruise control, che utilizza un’elaborazione e una fusione di sensori aggiuntiva per fornire prestazioni di alto livello. Il funzionamento autonomo porta questo principio oltre, combinando interi sistemi di sicurezza per consentire a un veicolo di eseguire varie attività senza l’intervento umano. Il passaggio da ADAS di base a veicoli completamente autonomi comprende più fasi di avanzamento tecnologico, comunemente classificate in cinque livelli dalla Society of Automotive Engineers (SAE):
- Livello 0 (Nessuna automazione): Il conducente ha la completa responsabilità della guida del veicolo.
- Livello 1 (Assistenza alla guida): Include singoli sistemi automatizzati come il cruise control o l'assistenza alla corsia.
- Livello 2 (Automazione parziale): Combina almeno due funzioni ADAS, come ACC e LKA, ma il conducente deve rimanere impegnato alla guida.
- Livello 3 (Automazione condizionale): Il veicolo può gestire la guida in condizioni specifiche, ma il conducente deve essere pronto a subentrare quando necessario.
- Livello 4 (Alta automazione): Il veicolo può gestire autonomamente la maggior parte delle attività di guida senza la necessità dell'intervento del conducente, ma il conducente può subentrare se necessario.
- Livello 5 (Automazione completa): Il veicolo può gestire tutte le attività di guida in qualsiasi condizione senza il coinvolgimento umano.
Attualmente, molti OEM offrono veicoli di Livello 2, con Mercedes e BMW come unici produttori a offrire un veicolo di Livello 3 in tutta Europa. In circostanze specifiche, tra cui tempo sereno, luminosità diurna, velocità inferiori a 40 miglia orarie e traffico congestionato, la tecnologia Drive Pilot di Mercedes, in dotazione alle berline EQS del 2024 e ai modelli Classe S, consente ai conducenti di disimpegnarsi dallo sterzare e dall'attenzione visiva. La prossima versione di Drive Pilot, le cui vendite dovrebbero iniziare entro il 2025, aumenterà la velocità in autostrada fino a 95 km/h.
Nel frattempo, BMW è diventata il primo produttore al mondo a ricevere l'approvazione per un sistema di assistenza alla guida combinato di Livello 2 e Livello 3 a velocità fino a 60 km/h (37 mph) consentendo di distogliere lo sguardo dalla strada.
Queste funzionalità saranno combinate nella nuova BMW Serie 7, offrendo un maggiore comfort nei viaggi autostradali brevi e lunghi. Si prevede che i veicoli di Livello 4 saranno accessibili nei prossimi dieci anni in Europa, ma nel frattempo, la funzionalità ADAS e altri sistemi di sicurezza nei veicoli stanno costantemente migliorando per aumentare la sicurezza e la soddisfazione dell'utente. Nel complesso, la tendenza nel settore è quella di allontanarsi dalle definizioni SAE per convergere verso vantaggi e funzionalità per il cliente più basati sui casi d'uso: esempi sono i piloti autostradali e cittadini che estendono il SAE Livello 2 al Livello 2+ o al Livello 2++.
Soluzioni di sicurezza per l'e-mobility di Murata
Per supportare i requisiti in continua evoluzione della sicurezza per la mobilità, i produttori richiedono soluzioni che possano contribuire ad aumentare la funzionalità senza aggiungere costi eccessivi, peso o complessità di sistema. Murata è un attore chiave nel mercato automobilistico e della mobilità emergente e, mentre ci avviamo verso l'era elettrificata, l'importanza delle sue soluzioni non può che crescere avendo un'ampia gamma di prodotti su misura progettati per aiutare gli OEM a migliorare la sicurezza e l'intelligenza delle loro soluzioni.
La famiglia Murata di sensori (giroscopio e accelerometro) con 6 gradi di libertà per il mercato automotive (e dell'e-mobility)
Il posizionamento è fondamentale per un funzionamento intelligente: che si tratti di un veicolo autonomo che viaggia lungo le strade di campagna o di uno scooter elettrico che rispetta i limiti di velocità delle ZTL, il posizionamento accurato è in ogni caso essenziale per un funzionamento sicuro. Murata è ampiamente riconosciuta per la sua competenza nei giroscopi e negli accelerometri MEMS e la sua precedente soluzione MEMS a 6 gradi di libertà (6DoF) ha già dimostrato un notevole successo, consentendo oltre il 90% di tutti i chilometri percorsi dai veicoli autonomi in California.
Il nuovo SCH1633-D01 si basa su questo successo ed è progettato per soddisfare le esigenze dei più recenti sistemi per l'automotive e la mobilità.
Murata ha recentemente ampliato la propria gamma di dispositivi con 6 DoF (Degree of Freedom) con l'introduzione di SCH1633-D01. Questo sensore basato sulla tecnologia MEMS fissa un nuovo punto di riferimento in termini di prestazioni, integrazione a livello di sistema e ottimizzazione dei costi. È stato progettato per l'utilizzo in svariate applicazioni in campo automotive, tra cui guida autonoma (AD – Autonomous Driving), sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS - Advanced Driver Assistance System), navigazione inerziale, controllo della stabilità del veicolo e allineamento delle telecamere o dei fari.
L'aumento dei livelli di autonomia e di sicurezza dei veicoli ha contribuito all'incremento della richiesta di sensori estremamente accurati che devono includere un'ampia gamma di funzionalità di sicurezza ed essere contraddistinti da un elevato grado di integrazione. Nel contempo, per garantire la conformità a normative tecniche come, ad esempio, quelle relative al livellamento dei fari anteriori redatte da UNECE, sono richieste soluzioni estremamente accurate e ottimizzate in termini di costi: il nuovo sensore SCH1633 rappresenta la soluzione ideale per questo tipo di applicazione.
SCH1633-D01 è una soluzione ospitata in un singolo package, ottimizzato per la nuova architettura a zone dove tutti i sottosistemi necessari, come l'integrazione del GNSS, il controllo dello chassis e il rilevamento dell'assetto del veicolo (allineamento delle telecamere e dei fari) possono utilizzare le sue misure. Destinato all'impiego nell'unita di misura inerziale (IMU – Inertial Measuring Unit) principale del veicolo, il sensore fornisce un segnale di elevata qualità a tutti i sottosistemi presenti all'interno del veicolo anche nelle condizioni operative più gravose. Un livello di integrazione così spinto da un lato contribuisce a ridurre la complessità del sistema e dall'altro offre l'opportunità di ottimizzare i costi.
Caratteristiche principali di SCH1633-D01
Il sensore SCH1633-D01 è disponibile in package SOIC a 24 pin e utilizza l'interfaccia SafeSPI 2.0 in grado di trasferire data frame (messaggi) fino a 20 bit per rendere disponibile un'uscita uniforme e ad alta risoluzione. Il supporto di diverse funzionalità di sincronizzazione temporale a livello di sistema permette di gestire l'uscita di SCH1633-D01 in maniera molto semplice in tutto il veicolo. Le numerose funzioni di auto-diagnostica, inoltre, utilizzano oltre 200 segnali di monitoraggio per assicurare in ogni momento l'affidabilità dell'uscita.
Il sensore SCH1633-D01 è stato espressamente progettato per fornire un'uscita di elevato livello qualitativo anche in presenza di temperature estreme. La qualifica AEC-Q100 (Grade 1) garantisce l'affidabilità di utilizzo nell'arco dell'intera vita operativa del componente, mentre la conformità al livello ASIL-B + dello standard ISO 26262 (con possibilità di garantire la conformità fino al livello ASIL-D attraverso l'integrazione a livello di sistema) assicura un eccellente livello di sicurezza.
SCH16T sensore inerziale a 6 gradi di libertà per macchine agricole e di movimento terra
Forte della sua esperienza in ambito MEMS, Murata ha annunciato l'introduzione di un nuovo accelerometro/giroscopio inerziale a tre assi (XYZ) con 6 gradi di libertà da utilizzare in applicazioni di posizionamento e controllo di macchine che richiedono un'elevata precisione. Denominato SCH16T-K01, questo dispositivo è il capostipite della nuova famiglia SCH16T di Murata, che sarà progressivamente ampliata con l'aggiunta di nuove versioni.
Per la realizzazione della famiglia di prodotti SCH16T Murata ha aggiornato e migliorato il proprio collaudato processo utilizzato per la realizzazione di MEMS 3D. Questo nuovo sensore è stato progettato per soddisfare la richiesta di soluzioni in grado di fornire un posizionamento molto accurato e garantire prestazioni all'avanguardia, supportate dall'introduzione di un gran numero di nuove funzionalità di sincronizzazione.
SCH16T-K01 integra un sofisticato giroscopio caratterizzato da alta stabilità (0,5 dph) e bassa densità di rumore (0,3 mdps√Hz). Il range dinamico dell'accelerometro, che può arrivare a 26 g, assicura un'elevata resistenza contro fenomeni di saturazione e vibrazioni. Complessivamente, il dispositivo è contraddistinto da eccellenti caratteristiche di linearità e di stabilità dell'offset in tutto l'intervallo di temperatura operativa
La compensazione interna incrociata dell'uscita del componente evita calibrazioni dispendiose in produzione; SCH16T-K01 è in grado di eseguire misure estremamente accurate in applicazioni di guida e controllo di macchine senza richiedere ulteriori calibrazioni sul campo.
Ideale per l'uso in ambito industriale, SCH16T-K01 può essere utilizzato in applicazioni quali macchine agricole e per l'edilizia, apparecchiature per la movimentazione dei materiali e strumentazione marina.
