La guida diventa intelligente

Un nuovo studio condotto da Grand View Research prevede che il mercato mondiale dell’elettronica automobilistica raggiungerà la ragguardevole cifra di 279.960 milioni di dollari entro il 2020. La crescente domanda di sistemi avanzati di assistenza alla guida, di sistemi di controllo per la trasmissione e di sistemi audio di categoria premium è uno dei fattori che dovrebbe stimolare il mercato nel periodo di previsione. L’esplosione del numero di componenti elettronici utilizzati dai produttori di automobili ha messo in luce nuove opportunità per i fornitori di chip e di sistemi, quali Continental, Bosch, Denso, Delphi e Trw. Accanto ai sistemi già consolidati, stanno emergendo altre applicazioni suscettibili di stimolare ulteriormente la crescita. Tra questi, secondo la ricerca Grand View, spiccano le nuove soluzioni rivolte alla sicurezza, come i blocchi anti-alcool che impediscono l’accensione della vettura se il conducente è al di fuori dei limiti alcoolemici, i sistemi di chiamata di emergenza in caso di incidente e i dispositivi per la registrazione delle collisioni. Molti di questi saranno presto oggetto di obblighi normativi e nel tempo andranno ad equipaggiare di serie qualsiasi vettura. Per Radiant Insights i sistemi di sicurezza concentrano una quota significativa del mercato dell’elettronica automotive, con una previsione per il 2020 di 79,70 miliardi di dollari. L’area Adas (Advanced driver assistance systems) nello stesso anno dovrebbe toccare i 41,34 miliardi di dollari, con una crescita favorita delle norme e dall’installazione degli equipaggiamenti di guida assistita anche nelle vetture di fascia bassa. Di contro, l’alto livello di complessità e la mancanza di consapevolezza e di comprensione globale dei sottosistemi possono frenare la crescita del mercato. Per soddisfare le crescenti problematiche di complessità, gli Oem stanno concentrandosi sull’innovazione di prodotto passando attraverso semplificazione e contenimento delle varianti funzionali. Secondo Cadlog, il più grande distributore di software per la progettazione e la produzione elettronica dell’Europa meridionale, l’impiego di componenti elettronici e l’impegno diretto dei big dell’elettronica consumer e dell’informatica sono segni della centralità e della carica di innovazione tecnologica legata al settore. Questi aspetti non hanno eguali in nessun’altra industria. Palestra di applicazioni Big Data (come Google Traffic, che si basa sul rilevamento della densità degli smartphone Android in una determinata area) e Internet of Things, l’elettronica automotive è anche un importante motore di nuovi modelli di comportamento a livello sociale. Secondo Mentor, l’evoluzione del settore automotive è guidata da tre variabili chiave, tutte indissolubilmente alimentate dall’elettronica: domanda dei consumatori, guida senza conducente e veicoli elettrici. Sul fronte dei consumatori, l’esigenza degli utenti si è ormai spostata dall’acquisto del veicolo all’acquisto di mobilità. Piuttosto che la meccanica o le prestazioni, ciò comporta un crescente interesse verso i servizi che ruotano intorno all’auto, alle possibilità di intrattenimento, all’impatto ambientale e alla sicurezza. La guida senza conducente, un mercato che secondo uno studio di Kpmv potrebbe valere 900 miliardi di sterline nel 2025, vede la tecnologia evolvere più rapidamente delle aspettative. Un esempio è Waymo (ex progetto Google driverless car), società di Alphabet che utilizza la tecnologia per creare autovetture autonome. Il progetto è attualmente guidato dall’ingegner Sebastian Thrun, direttore del Laboratorio di Intelligenza Artificiale Stanford e co-inventore di Google Street View. Google sta lavorando a questo progetto dal 2009, e i suoi prototipi hanno all’attivo milioni di chilometri percorsi senza incidenti significativi. Progetti analoghi sono portati avanti anche da altre aziende californiane, tra cui Apple. Nel maggio del 2016 Google ha siglato un accordo con il gruppo Fca secondo il quale il van Chrysler Pacifica, dopo una prima fase di test, sarà il primo modello commerciale di auto a guida autonoma marcata Google acquistabile negli Stati Uniti. Un’ultima grande variabile è l’auto elettrica, mezzo di mobilità sostenibile e a emissioni zero ma anche complemento virtuoso alle smart city del futuro.

I sistemi di assistenza alla guida

Qualunque sia il tipo di propulsione dell’auto del futuro, la parola d’ordine dell’elettronica automotive è sicuramente Ads. Con questo termine si intende l’insieme dei sistemi avanzati di assistenza alla guida sviluppati per automatizzare/adattare e migliorare la sicurezza e migliorare l’esperienza del conducente. Le caratteristiche di sicurezza sono concepite per prevenire collisioni e incidenti attraverso tecnologie che permettono di avvisare il conducente o di adottare delle contromisure assumendo il controllo del veicolo. Le funzioni adattive e migliorative permettono di automatizzare elementi di guida quali l’illuminazione, la velocità di marcia o la frenata, di integrare gli avvisi di traffico/rotta, di connettersi ai dispositivi personali, di mantenere la vettura nella corsia corretta o di rilevare la presenza di oggetti e persone nei punti ciechi. Vi sono molte forme di Ads disponibili; alcune funzionalità sono integrate direttamente nell’auto altre sono disponibili sotto forma di pacchetto aggiuntivo o di soluzione aftermarket. I sistemi Ads si basano sugli input da molteplici fonti di dati, tra cui sensori, sistemi di imaging, Lidar (noti anche come Ladar, cioè sistemi di sorveglianza che misurano la distanza di un target “illuminandolo” con una luce laser), radar, sistemi di visione artificiale e collegamenti interni ed esterni alla vettura, ad esempio con altri veicoli (comunicazioni veicolo-veicolo, o V2V) o con infrastrutture quali la rete di telefonia cellulare o la rete dati Wi-Fi (V2X). I sistemi Adas rappresentano l’area più dinamica del settore automobilistico e manifestano un costante aumento dei tassi di adozione di standard specifici di settore, come ad esempio quelli concernenti la sicurezza veicolare (Iso 26262), quelli dedicati alla qualità dei sensori d’immagine (Ieee 2020) o quelli relativi ai protocolli di comunicazione, come la Vehicle Information Api. Secondo gli esperti, la nuova generazione Ads farà sempre più leva sulla connettività wireless per offrire un migliore valore utilizzando le informazioni V2V e V2X. In questa breve carrellata -che non comprende le soluzioni già consolidate quale Abs, Esp e così via - sono descritti alcuni esempi di sistemi Ads avanzati già in commercio o di prossima implementazione. Molti assumono nomi diversi a seconda del produttore, ma in generale le funzioni cui fanno riferimento sono identiche.

• Il controllo autonomo di crociera - Il controllo autonomo di crociera o Acc (Adaptive cruise control), ma anche cruise control radar o cruise control traffic-aware, è un sistema che regola automaticamente la velocità del veicolo per mantenere la distanza di sicurezza dal veicolo che precede. Il controllo è basato su informazioni rilevate dai sensori di bordo. L’evoluzione di questo sistema è il Cacc (Cooperative adaptive cruise control), che estende ulteriormente l’automazione di navigazione utilizzando le informazioni raccolte da infrastrutture fisse come i satelliti e beacon installati sul ciglio della carreggiata, o da infrastrutture mobili come ad esempio riflettori o trasmettitori posti sul retro di altri veicoli. Tali sistemi possono utilizzare sensori radar, laser o una configurazione a doppia videocamera, consentendo al veicolo di frenare quando rileva un altro mezzo che precede o di accelerare quando il traffico lo consente. La tecnologia Acc è ampiamente considerata una componente chiave di qualsiasi futura generazione di automobile intelligente.
• I fari antiabbagliamento - I fari antiabbagliamento offrono una strategia di controllo dinamico dell’illuminazione gestita da una fotocamera che ombreggia selettivamente zone del proiettore per proteggere altri utenti dal riverbero, fornendo sempre al conducente la massima visibilità. L’area circostante agli altri utenti della strada è costantemente illuminata ad alta intensità, ma senza i fastidi che deriverebbero dall’utilizzo incontrollato degli abbaglianti. Questo sistema richiede sensori, microprocessori e attuatori complessi, in quanto i veicoli che devono essere schermati dal fascio sono in continuo movimento. Lo shadowing dinamico può essere realizzato con maschere d’ombra mobili spostate all’interno del percorso ottico del proiettore oppure oscurando selettivamente le sorgenti Led o gli elementi riflettenti.
• Il controllo adattativo delle luci - I veicoli di nuova generazione spesso adottano dei sistemi di ottimizzazione del fascio luminoso in risposta non solo alle dinamiche di sterzo e sospensioni, ma anche alle condizioni meteorologiche e di visibilità, alla velocità del veicolo, e alla curvatura o al profilo della strada. A tale proposito una task force dell’organizzazione di Eureka, composta principalmente da case automobilistiche europee, aziende di illuminazione e regolatori ha sviluppato l’Afs (Adaptive front-lighting system), già adottato da numerose case. Anziché i collegamenti meccanici impiegati nei sistemi di orientamento dei fari anteriori, l’Afs si basa su sensori elettronici, trasduttori e attuatori.
• Il parcheggio assistito - È uno dei sistemi Adas più curiosi, spesso protagonista delle campagne di marketing delle case auto. Il sistema agisce in maniera autonoma sul volante, riuscendo a posteggiare la vettura in spazi di una certa lunghezza. La scansione dello spazio in cui parcheggiare è operata dai classici sensori a ultrasuoni mentre l’interazione con il conducente avviene sia tramite il display del sistema multimedia sia attraverso delle controreazioni applicate al volante. I sistemi di parcheggio assistito di seconda generazione sono in grado di eseguire manovre anche in posti a spina di pesce. Sono inoltre già disponibili sistemi in grado di parcheggiare in modo completamente autonomo, escludendo del tutto l’intervento del guidatore. Ovviamente ciò implica delle problematiche legali e assicurative per ora irrisolte.
• La navigazione satellitare - Un navigatore satellitare è un dispositivo con capacità di ricezione del segnale radio satellitare Gps integrato con un sistema di database stradale, progettato per assistere il conducente di un’automobile indicandogli interattivamente il percorso da seguire per raggiungere una destinazione preimpostata. Nei veicoli moderni, il sistema di navigazione acquisisce i dati anche dai sensori integrati sul veicolo, sopperendo a eventuali perdite di segnale Gps. I sistemi di navigazione di nuova generazione possono integrarsi in modalità wireless con servizi di controllo del traffico sia in modo nativo sia attraverso lo smartphone dell’utente.
• Il controllo delle zone cieche - Il sistema Bsi (Blind spot information) controlla in modo continuativo le zone cieche intorno al veicolo. Il controllo di solito si abilita non appena si innesta una qualsiasi marcia. La scansione delle zone cieche avviene ad opera di telecamere, sensori o unità radar installate nel perimetro del veicolo. L’utente viene allertato tramite avvisi acustici o retroazioni sul sedile o sullo sterzo, oppure può controllare direttamente lo stato del percorso tramite lo schermo del sistema di bordo. In alcune versioni, questo sistema permette di monitorare non solo la presenza di ostacoli o l’attraversamento di pedoni, ma anche l’arrivo di altri veicoli in caso di uscita in retromarcia da un parcheggio.
• I sistemi anticollisione - Il sistema anticollisione o precrash funziona di concerto con i sistemi Esp, Bas, e con i sensori di distanza che captano l’approssimarsi di un ostacolo (muri, vetture ferme, ecc.) e analizzano la reazione del conducente. Se quest’ultimo frena in maniera inadeguata o non frena affatto (per esempio per un colpo di sonno), il sistema pre-crash interviene predisponendo varie componenti dell’auto in modo da attutire l’impatto. Tra le azioni intraprese si possono annoverare il pretensionamento delle cinture, il pompaggio dell’aria negli airbag, la chiusura dei finestrini, l’inclinazione in avanti dei poggiatesta. Spesso, il freno interviene leggermente per ridurre la violenza dell’impatto e per attirare l’attenzione del conducente. Alcuni di questi sistemi prevedono anche delle azioni post-impatto, come lo sblocco delle portiere e l’attivazione delle luci di emergenza.
• La stabilizzazione trasversale - Si tratta di un sistema relativamente nuovo utilizzato sui veicoli ingombranti che permette di compensare gli effetti del vento trasversale. Tramite dei sensori il sistema rileva le forze tenendo anche conto della velocità del veicolo, agendo opportunamente su freni e sospensioni per contrastare gli effetti dell’imbardata e ridurre le oscillazioni.
• I sistemi di riconoscimento della stanchezza - Un incidente su cinque è causato da colpi di sonno e l’occorrenza di questi episodi cresce all’aumentare del numero di ore passate al volante senza pause. Per evitare incidenti causati da condizioni fisiche non eccellenti, viene in soccorso il sistema di rilevazione della stanchezza, sempre più spesso di serie anche su veicoli di segmento medio-basso. La condizione di stanchezza viene rilevata dal monitoraggio dei movimenti dello sterzo e da altri parametri. Prima che il quadro strumenti o il display infotelematico segnalino al guidatore la necessità di una sosta, il sistema compie un monitoraggio prolungato nel tempo, incrociando non solo i dati provenienti dal sensore di coppia, di angolo sterzo e dei giri ruota, ma anche un’altra lunga serie di parametri, quali tempo di guida, orario, impostazioni clima, utilizzo dell’impianto audio, utilizzo del telefono cellulare, utilizzo degli indicatori di direzione, utilizzo dei comandi sulla plancia e sul volante, utilizzo dei pedali ecc. Alcuni sistemi prevedono anche delle telecamere che inquadrano le espressioni del viso del conducente riconoscendo i segni di stanchezza. Le soluzioni più evolute, come il Driver Monitoring System della Lexus sfruttano una fotocamera che tiene sotto controllo il movimento degli occhi, allertando il sistema di precollisione nel caso in cui venga rilevata una scarsa attenzione del conducente.
• L’assistenza di emergenza al conducente - Si tratta di un nuovo ausilio che tiene sotto controllo il comportamento di guida del conducente arrestando in sicurezza il veicolo in caso di malore o emergenza medica.
• L’assistenza agli incroci - Comparsi intorno al 2009, questi sistemi assistono il conducente negli incroci cittadini, uno dei principali punti di incidente per distrazione o errore di valutazione. In caso di pericolo il sistema cerca di anticipare la reazione del conducente che in questi frangenti è spesso lenta a causa della pressione psicologica e delle numerose variabili da tenere sotto controllo. Quando rileva una situazione di pericolo, il sistema anticipatorio sollecita la reazione del conducente o interviene automaticamente con una frenata di emergenza o attivando i segnali visivi e acustici.
• Il controllo della discesa - Il sistema Hdc (Hill descent control) consente di percorrere discese pericolose o terreni accidentati in modo controllato, senza che il guidatore debba toccare il pedale del freno. Quando attivato, il veicolo percorrerà la discesa utilizzando l’Abs per controllare la velocità di ciascuna ruota. Se il veicolo accelera senza intervento del conducente, il sistema applicherà automaticamente i freni.
• L’adeguamento della velocità - Il sistema di adeguamento intelligente della velocità o Isa (Intelligent speed adaptation) assicura che il veicolo non superi i limiti legali o di sicurezza. In caso di eccesso, emette un avviso o riduce la velocità automaticamente. I sistemi più evoluti permettono di integrare le informazioni sul percorso, sul traffico o sul veicolo per determinare la velocità adeguata in base ai limiti o alle condizioni al contorno.
• • I sistemi di mantenimento della corsia - Noti anche come Lda (Lane departure alert), questi sistemi permettono di rilevare le strisce della corsia o altri delimitatori di carreggiata emettendo segnali acustici, sensoriali e visivi se il veicolo è oggetto di una deriva involontaria, per esempio se l’indicatore di direzione non viene attivato. Questi sistemi mirano a sopperire a distrazioni o colpi di sonno del conducente. Il rilevamento è di solito affidato a fotocamere, laser o sensori a infrarossi installati negli specchietti.
• I sistemi di protezione per i pedoni - Il 22% degli incidenti automobilistici coinvolge dei pedoni. I sistemi Ads in questo senso offrono una serie di soluzioni che mirano a prevenire eventuali impatti o a mitigarne gli effetti. Alla prima categoria appartengono gli ausili che consentono di eliminare gli angoli ciechi, particolarmente pericolosi in caso di attraversamento posteriore durante una manovra. Alla seconda categoria appartengono invece i sistemi che hanno l’obiettivo di ridurre la pericolosità delle zone d’impatto più esposte, per esempio spigoli o montanti. Noti come Epp (Electronic pedestrian protection), quando rilevano un urto contro un pedone questi sistemi azionano il sollevamento del cofano allineandolo con il parabrezza allo scopo di attutire il colpo. Il sistema utilizza il segnale proveniente dai sensori accelerometrici posti sul paraurti e dagli attuatori pirotecnici montati sulle cerniere attive del cofano. Un’altra soluzione di protezione per i pedoni è denominata Ppa (Pedestrian protection airbag) e consiste di un cuscino protettivo che si gonfia adagiandosi sul parabrezza e sui punti critici della vettura in caso di impatto a media velocità.
• I sensori di pioggia - I sensori di pioggia sono stati utilizzati già negli anni 60 da Cadillac per azionare i motori di chiusura della capote e il sollevamento dei finestrini. Nel 1996 sempre Cadillac ha sfruttato un sensore automatico di pioggia per attivare i tergicristalli e regolarne la velocità in funzione delle condizioni desiderate. I sensori di pioggia moderni sono basati sul principio della riflessione interna totale: una luce infrarossa viene inviata con una inclinazione di 45 gradi sul parabrezza: se il vetro è bagnato, al sensore ritorna meno luce e i tergicristalli si attivano.
• Il monitoraggio della pressione degli pneumatici - Un sistema di monitoraggio della pressione o Tpms (Tire pressure monitoring system) riporta informazioni in tempo reale che consentono di tenere sotto controllo le condizioni degli pneumatici. Il rilevamento può avvenire in modo diretto o indiretto. Il metodo diretto prevede dei sensori di pressione (e talvolta anche di temperatura) su ciascuna ruota. Questi trasmettono in Rfid le informazioni al sistema di controllo della vettura. I sensori sono alimentati a batteria e questo è un limite della soluzione. I sistemi indiretti non utilizzano dei sensori fisici alimentati a batteria ma valutano la pressione controllando la velocità di rotazione (una ruota sgonfia ha un diametro minore e gira più rapidamente delle altre) e altri parametri esterni che consentono di effettuare un’analisi spettrale del gruppo ruote.
• Il riconoscimento della segnaletica - Il Traffic sign recognition prevede che attraverso una telecamera installata frontalmente, in genere davanti allo specchietto retrovisore, l’auto sia in grado di riconoscere i segnali stradali, riproponendoli sul quadro strumenti o sul display del veicolo per allertare il conducente. Non sono particolarmente diffusi a causa delle differenze nella segnaletica da paese a paese e della difficoltà di interpretazione di indicazioni spesso poco accurate.
• L’assistente alla svolta - L’assistente alla svolta controlla il traffico in senso inverso quando si viaggia a bassa velocità, allertando il conducente in caso di situazioni critiche o addirittura intervenendo direttamente sui freni. Questo sistema è utile per evitare le collisioni con i veicoli provenienti in senso opposto, soprattutto nel traffico cittadino.