Punto di vista: abbandonare i cavi per perdere peso nel settore automobilistico

Aug 20, 2023

I produttori di veicoli sognano da tempo di ridurre il peso sostituendo i pesanti telai di cablaggio con la tecnologia a radiofrequenza. Tuttavia, raggiungere questo nirvana wireless non è così semplice come sembra a prima vista, scrive Sampson Hu, fondatore dello specialista di antenne britannico Novocomms.

Uno dei sottosistemi più pesanti nella maggior parte dei veicoli, i cablaggi possono pesare circa 150 libbre, creando un grosso grattacapo per i progettisti. Dato che il passaggio al controllo wireless potrebbe ridurre il peso totale del veicolo fino al 50%, non c'è da meravigliarsi che la "gestione del sistema wireless" sia in cima all'agenda di tutti i principali OEM. In effetti, il passaggio ai veicoli elettrici (EV) e la comprensibile ossessione per la riduzione del peso, hanno reso la spinta verso la gestione wireless dei veicoli ancora più urgente negli ultimi anni.

Se i vantaggi derivanti dall’abbandono del filo di rame sono così grandi, perché li vediamo ancora nelle auto che escono dalla linea di produzione? La verità è che ottenere sistemi di comunicazione RF stabili nei veicoli non è solo una questione di "plug and play". Le cose sono molto più complesse una volta alzato il cofano.

Anche se un segnale interrotto non è la fine del mondo per gli utenti di telefoni cellulari, quando si tratta di sistemi critici del veicolo, come la frenata o l'accelerazione, semplicemente non c'è spazio per errori. Anche le funzioni non mission-critical come i fari o i tergicristalli richiedono un segnale affidabile per garantire una funzionalità coerente. Nelle nostre discussioni con gli OEM, questa questione fondamentale è ancora considerata la cartina di tornasole centrale per l'adozione della tecnologia wireless.

Per gli ingegneri automobilistici, ciò implica un semplice processo di riflessione: eliminare i cavi pesanti è ottimo in linea di principio, ma se nella pratica compromette la sicurezza di una virgola, non ci arriveremo.

Uno dei maggiori ostacoli che devono affrontare le comunicazioni wireless nei veicoli è il vano motore. All'interno di questo serbatoio metallico, che non misura più di un metro di diametro, risiede una grande quantità di rumore elettrico causato dalle candele (nel caso dei motori ICE), dai motori elettrici e dai quadri (nel caso dei veicoli elettrici). Per i segnali wireless, si tratta di un ambiente estremamente aggressivo e in continua evoluzione che presenta una serie di vere e proprie sfide per i progettisti di antenne.

In secondo luogo, la questione della gestione della rete pone dei veri e propri enigmi agli ingegneri elettrici. Il nostro lavoro con gli OEM dimostra che la separazione dei segnali wireless – per diversi livelli di controllo – è un elemento chiave. Questa gerarchia, in base alla quale le operazioni critiche per la sicurezza come la frenata e l’accelerazione avrebbero la precedenza su funzioni meno cruciali come le luci interne o gli alzacristalli elettrici, richiede una forma di controllo centrale mantenendo distinti alcuni segnali wireless.

Sorprendentemente, il nostro lavoro di fattibilità ha anche evidenziato i problemi che gli esseri umani creano nelle automobili quando si tratta di una trasmissione wireless coerente. A volte potrebbe esserci un solo conducente nel veicolo (composto per circa il 70% da acqua), mentre in altri l’auto potrebbe essere piena di passeggeri, tutti in movimento all’interno dell’abitacolo, creando ulteriori potenziali interferenze/blocchi per i segnali.

Queste sono solo alcune delle questioni chiave che abbiamo considerato durante la nostra collaborazione con i produttori di veicoli. Non esistono risposte semplici a queste domande, tuttavia possiamo suggerire un percorso costruttivo nell’area dinamica della progettazione wireless.

Una potenziale soluzione all'enigma wireless è rappresentata dalle tecnologie di meshing, o "hopping", come è noto nel gergo di Internet. Questo utilizza i nodi attorno al veicolo per abbreviare il percorso e rendere i segnali meno soggetti a interferenze. È piuttosto complesso e non economico da installare, ma ha del potenziale.

L’allocazione delle frequenze è un’altra considerazione che viene attivamente esplorata. In linea di principio, l'abbassamento della frequenza del segnale facilita la penetrazione all'interno del veicolo. Tuttavia, la frequenza inferiore al gigabyte è uno spettro molto congestionato.

Il leader del pacchetto EV Tesla sta cercando di integrare cavi di alimentazione e dati, in un approccio noto come power over Ethernet. Un grande vantaggio è che questo sistema è meno soggetto a interferenze. Tuttavia, per quanto riguarda i veicoli elettrici, la quantità di energia richiesta è considerevole e le differenze nei requisiti energetici potrebbero essere problematiche.