Le possibilità sono due: o le persone non guidano più in modo responsabile oppure oggi esiste un numero maggiore di rischi per far fronte ai quali sono necessari sistemi avanzati di ausilio alla guida. Ancora mi ricordo che negli anni Sessanta, quando avevo pochi anni, le auto non erano neanche dotate di cinture di sicurezza. Quando poi iniziai a imparare a guidare, a metà degli anni Settanta, l’equipaggiamento standard in genere consisteva di pochi componenti: il volante, vari comandi del veicolo, gli indicatori di svolta, gli specchietti retrovisori, il cruscotto e il freno di stazionamento. E riguardo alla consapevolezza dell’ambiente esterno mentre si guidava, occorreva affidarsi alla vista e all’udito. Inoltre, era l’esperienza maturata guidando che consentiva di prevedere cosa poteva accadere nella miriade di situazioni che potevano presentarsi in condizioni di traffico variabili. Naturalmente, si potrebbe sostenere che erano tempi molto più “semplici”, in cui circolava un numero inferiore di veicoli e quindi c’erano meno persone alla guida nelle strade e nelle autostrade. Facciamo ora un salto in avanti al 2016: nelle strade di tutto il mondo circolano oltre 1,2 miliardi di veicoli e si può quindi iniziare a capire perché potrebbe essere necessario disporre di sistemi nell’auto che possano assistere il guidatore a capire cosa accade all’esterno. Per esempio, si consideri che ogni anno in tutto il mondo muoiono 1,2 milioni di persone a causa di incidenti correlati al traffico stradale. Ancora più inquietante è il fatto che si prevede che questo numero aumenterà del 65% entro il 2020. Premesso ciò, quali sono le cause principali di questi incidenti? Ma prima di illustrare questo punto, penso sia importante saperne di più su questo argomento. Ad esempio, lo sapevate che il primo incidente mortale nel quale erano coinvolti autoveicoli è accaduto a Londra nel 1896? Da allora, in tutto il mondo sono morte oltre 25 milioni di persone in incidenti stradali. Forse la cosa più ironica in tutto ciò è che i conducenti costituiscono la causa principale degli incidenti. Infatti, le sei cause principali di incidenti, in ordine di importanza del fattore di rischio, sono: Distrazione del conducente; fatica del conducente; guida in stato di ubriachezza; eccesso di velocità; aggressività al volante; condizioni atmosferiche. Quindi, se gli Adas sono necessari per evitare ai conducenti di causare incidenti o per ridurre il rischio di incidenti, quali sono le caratteristiche di questi sistemi e come si presenta il loro potenziale di crescita?
Adas, un settore in forte crescita
Forse sorprenderà venire a sapere che secondo le previsioni, il settore degli Adas raggiungerà globalmente il valore di 60 miliardi di dollari entro il 2020. Ciò corrisponde a un tasso annuo composto di crescita del 22,8% nel periodo di tempo 2014 - 2020. Sono numeri non facilmente accantonabili! Quindi, cosa fanno gli Adas? Anzitutto, facilitano la guida in sicurezza e avvisano il conducente se rilevano rischi provenienti da oggetti circostanti, qualunque ne sia la natura. Questi sistemi rappresentano una delle tendenze principali del settore automotive nella seconda metà di questo decennio. In genere forniscono funzionalità dinamiche come controllo adattativo della velocità di crociera, rilevazione dei punti ciechi, avviso dell’uscita dalla corsia, monitoraggio della sonnolenza, visione notturna e altre ancora. Sono pertanto la crescente attenzione alla sicurezza da parte dei consumatori, le richieste di comfort durante la guida e l’aumento costante del numero di norme governative di sicurezza i fattori trainanti della diffusione degli Adas nelle auto. Ciò nonostante, a questa crescita si accompagnano vari problemi per il settore: pressione sui prezzi, inflazione, complessità e difficoltà nell’esecuzione dei test di questi sistemi. Non dovrebbe sorprendere il fatto che il settore automotive europeo è uno dei più innovativi e che pertanto è stato oggetto di una notevole diffusione degli Adas e della loro adozione da parte dei clienti. Ma né i produttori statunitensi né quelli giapponesi sono molto indietro. Alcune delle più importanti case automobilistiche produttrici di Adas sono Valeo, Bosch, Continental, Audi, Ford Motors, General Motors e Denso. Naturalmente, l’obiettivo finale sottinteso per quanto riguarda questi sistemi è realizzare un veicolo completamente autonomo, che non richieda necessariamente un conducente per muoversi.
I circuiti integrati presenti negli Adas
Essenziale per la maggior parte degli Adas è un qualche tipo di microprocessore che elabori tutti i segnali inviati da vari sensori presenti nel veicolo affinché possano essere presentati in modo intuitivo al guidatore. Inoltre, questi sistemi in genere sono alimentati direttamente dalla batteria principale del veicolo, la cui tensione nominale è compresa tra 9 e 18 V ma potrebbe essere più alta - fino a 42 V - a causa di transitori nel sistema o più bassa - fino a 3,5 V - in condizioni di avviamento a freddo. È quindi ovvio che qualsiasi convertitore CC/CC che si voglia utilizzare debba essere in grado di gestire un ampio range di tensioni d’ingresso - da 3,5 a 42 V. Molti Adas richiederanno una linea di tensione a 5 V e una a 3,3V per alimentare i vari circuiti integrati digitali e analogici di cui sono dotati, mentre le tensioni del core e I/O del processore saranno inferiori a 2 V. Non solo: occorre tenere presente che esistono anche requisiti termici e sullo spazio disponibile. Mentre per le linee a 5 e 3,3 V si usa spesso un convertitore CC/CC ad alta tensione, non sempre è pratico utilizzarlo per tensioni inferiori a 2 V a causa sia delle dimensioni delle soluzioni che impiegano più convertitori a uscita singola sia delle possibili limitazioni termiche. Una soluzione più adatta consisterebbe nell’usare un singolo convertitore Cc/Cc con più uscite. È a causa di tali vincoli che Linear Technology, ora parte di Analog Devices, ha sviluppato un convertitore buck sincrono monolitico a 4 uscite, l’LT8602. Il range di tensioni d’ingresso da 3 a 42 V lo rende ideale per applicazioni automotive, compresi gli Adas, in cui è necessaria la regolazione in condizioni di avviamento a freddo o di avvio-arresto, con tensioni d’ingresso minime bassissime - fino a 3 V - e transitori di disinserimento del carico con tensioni superiori a 40V. Come si può osservare nella Fig. 1, la configurazione a quattro canali combina due canali da 2,5 e 1,5 A ad alta tensione con due canali da 1,8 A a tensione inferiore per fornire quattro tensioni di uscita indipendenti che possono raggiungere valori bassissimi - fino a 0,8 V - consentendo al convertitore di pilotare i core di microprocessori alla minima tensione attualmente disponibile. La topologia di raddrizzamento sincrono assicura efficienza sino al 94%, mentre nel funzionamento Burst Mode la corrente di quiescenza rimane sotto i 30 µA (tutti i canali inseriti) in condizioni di standby a vuoto, per cui il dispositivo è ideale per sistemi “always-On”. Nel caso di applicazioni sensibili al rumore, mediante un piccolo filtro esterno l’LT8602 può utilizzare la modalità a salto di impulsi per ridurre al minimo il rumore di commutazione e può soddisfare i requisiti relativi all’interferenza elettromagnetica Cispr25, Classe 5, come illustrato nella Fig. 2. La frequenza di commutazione dell’LT8602 può essere programmata da 250 kHz a 2 MHz ed è sincronizzabile in questo range. Il tempo On minimo di 60ns rende possibili conversioni in discesa da 16 Vin a 2,0 Voutsui canali ad alta tensione con frequenza di commutazione pari a 2 MHz. Mentre il canale ad alta tensione Vout2 alimenta i due canali a bassa tensione (Vout3 e Vout4), questi possono generare uscite bassissime - fino a 0,8V - al tempo stesso commutando a 2 MHz, offrendo una soluzione a quattro uscite molto compatta (circa 25 x 25 mm) come illustrato nella Fig. 3. Oltre a ridurre al minimo l’ingombro della soluzione, la frequenza di commutazione a 2 MHz dell’LT8602 consente ai progettisti di evitare cruciali bande di frequenza sensibili al rumore, come quelle radio Am. Ciascun canale dell’LT8640 mantiene una tensione di dropout minima di soli 200 mV (a 1 A) in tutte le condizioni, per cui può offrire prestazioni eccellenti in situazioni quali l’avviamento a freddo del veicolo. Gli indicatori power-on-reset e power good programmabili per ciascun canale contribuiscono ad assicurare l’affidabilità complessiva del sistema. La combinazione del package Qfn da 6 x 6 mm con dissipatore avanzato e 40 conduttori e dell’elevata frequenza di commutazione mantiene piccole le dimensioni degli induttori e dei condensatori esterni, assicurando un ingombro ridotto con ottima efficienza termica. Inoltre, esclusive tecniche di progettazione e un nuovo processo ad alta velocità garantiscono elevata efficienza in un ampio range di tensioni d’ingresso, mentre la topologia current-mode rende possibile una risposta rapida ai transitori ed eccellente stabilità di anello.
