Molex spiega qual è il ruolo dell’alimentazione a 48V nei sistemi ADAS rispondendo alle domande frequenti che ci si può porre sul tema.
Quali sono i limiti dei tradizionali sistemi elettrici a 12 V nel supportare le tecnologie ADAS oggi a grande consumo energetico?
I sistemi ADAS sono sempre più sofisticati. Integrano una gamma crescente di sensori, non solo di maggior numero ma anche con risoluzioni più elevate e funzionalità più ampie. Le piattaforme di calcolo sono più potenti e i sistemi di controllo più complessi. Tutto ciò impone richieste significativamente più elevate ai sistemi elettrici.
La sfida è che i sistemi a 12V non sono stati scelti tenendo conto di questi moderni carichi elettrici. Sono il risultato di standard storici di produzione e sicurezza e della disponibilità consolidata dei componenti nella catena di approvvigionamento risalenti agli anni ’50. I sistemi a 12V sono perfettamente adatti per l’infotainment, le funzioni di sicurezza di base e l’elettronica corporea.
Tuttavia, telecamere ad alta risoluzione, LiDAR, radar, controller di dominio e il volume di elaborazione in tempo reale richiesto per l’assistenza moderna al conducente stanno spingendo i sistemi di alimentazione a 12V al limite.
Una limitazione del core è la corrente. Fornire alta potenza a 12V richiede una corrente significativa, che mette sotto stress i connettori, aumenta il calore e spesso richiede cablaggi più spessi in ambienti già limitati nello spazio. Fondamentalmente, può influire sulla reattività dei componenti a causa della caduta di tensione, compromettendo l’affidabilità delle funzionalità ADAS, critiche per la sicurezza. Anche piccole cadute possono rallentare sensibilmente le risposte, compromettendo di fatto i sistemi ADAS.
In che modo la transizione a un’architettura elettrica a 48 V migliora le prestazioni e l’affidabilità dei sistemi avanzati di assistenza alla guida?
I sistemi a 48V richiedono molta meno corrente per raggiungere gli stessi livelli di erogazione di potenza. Poiché una corrente inferiore comporta perdite resistive inferiori, la potenza di comando raggiunge motori, attuatori e processori in modo più rapido e affidabile.
Di conseguenza, si possono osservare miglioramenti nei tempi di risposta, nelle velocità di aumento e nelle velocità di reazione, tutti elementi vitali per sistemi di sicurezza e controllo come il cruise control adattivo, la frenata d’emergenza e il mantenimento o cambio corsia.
È anche importante considerare che molti eventi ADAS si verificano spesso in condizioni elettriche peggiori.
Qualsiasi correzione di rotta d’emergenza, ad esempio tramite frenata, sterzata e cambio di coppia, richiede un enorme numero di input di sensori, elaborazione in tempo reale e controlli di sistema affinché tutti funzionino simultaneamente al carico di picco. Un sistema a 48V crea nuovo margine elettrico per la testa, utile per piattaforme sensori scalabili e sistemi di sicurezza aggiuntivi.
Comprensibilmente, la configurazione di tensioni duali -12V e -48V sta rapidamente diventando lo standard universale per la fornitura di potenza nei veicoli di nuova generazione, offrendo prestazioni superiori, maggiore efficienza e maggiore affidabilità.
Quali caratteristiche ADAS traggono maggior beneficio dalla maggiore capacità di potenza e stabilità offerte dai sistemi a 48 V?
Principalmente, quelle che combinano alta densità dei sensori ed elaborazione dati con controllo in tempo reale. L’avviso di uscita di corsia, ad esempio, beneficia di una maggiore precisione dei sensori e delle prestazioni della fotocamera. La frenata automatica d’emergenza è più veloce e precisa. Sebbene i sistemi a 48V non alimentino direttamente i freni stessi, le reti di sensori e l’elaborazione sono tutte supportate.
Allo stesso modo, sia il cruise control adattivo che il monitoraggio dell’angolo cieco dipendono da prestazioni costanti di radar, LIDAR e telecamera. Anche i sistemi di assistenza non critici, come il parcheggio automatizzato, traggono beneficio poiché dipendono da più componenti e da un’elaborazione in tempo reale per manovrare con precisione.
Che ruolo hanno componenti come batterie da 48 V, convertitori e connettori ad alta potenza nel consentire le prestazioni ADAS di nuova generazione?
La batteria agli ioni di litio da 48V è centrale nei nuovi sistemi a doppia tensione.
Funziona insieme al tradizionale sistema a 12V, immagazzinando energia derivante dalla frenata rigenerativa o dal movimento in ruota per alimentare sia la propulsione che i sistemi ausiliari ad alta intensità energetica. Un motore o generatore elettrico cattura l’energia cinetica, ricaricando la batteria da 48V, migliorando l’efficienza del carburante e supportando l’accelerazione.
Un convertitore boost DC-DC bidirezionale collega i domini da 12V e 48V. Gestisce il flusso di energia tra questi due sistemi, aumentando la tensione da 12V a 48V quando è necessaria più potenza. Al contrario, quando è disponibile energia in eccesso, il convertitore invertirà la direzione, scendendo da 48V a 12V. Questo bilanciamento in tempo reale garantisce una consegna costante della potenza e migliora le prestazioni del sistema.
E a unificare tutti questi sistemi ci sono i connettori. I connettori ad alte prestazioni progettati per gestire sistemi a 48V sono fondamentali. La loro durabilità, isolamento termico e EMI preservano potenza e integrità del segnale, supportando al contempo gli standard di sicurezza.
Quali sfide tecniche devono affrontare i produttori automobilistici nell’integrazione dei sistemi a 48 V – in particolare in termini di sicurezza, gestione termica e complessità progettuale?
I sistemi a 48V possono aiutare nella gestione termica riducendo il consumo di corrente in particolari circuiti.
Tuttavia, le tensioni più elevate aumentano il rischio di archi elettrici, surriscaldamento e guasto dei connettori. Per mitigare questi rischi, è necessario utilizzare un adeguato isolamento, materiali scelti e distanze di clearance adeguate.
Ci sono anche fattori ambientali da considerare. Così come i sistemi a 12V devono resistere a estremi di temperatura, vibrazioni, umidità e contaminanti senza degradazione, così devono fare anche quelli a 48V. Dato che supportano sistemi di sicurezza critici, l’affidabilità delle prestazioni deve essere eccezionalmente alta.
I meccanismi di bloccaggio e il rilascio dalla tensione sui connettori aiutano a prevenire disconnessioni, mentre caratteristiche protettive come guarnizioni e rivestimenti garantiscono prestazioni a lungo termine. Gestire la disponibilità di spazio per i componenti è anch’essa una sfida. I connettori compatti e leggeri sono una misura essenziale, che consente configurazioni di sistema più versatili.
Allo stesso modo, può diventare sempre più difficile mantenere l’integrità del segnale man mano che il numero di componenti e cablaggi aumentano senza la dovuta schermatura, messa a terra e instradamento.
Guardando al futuro, come influenzerà l’adozione delle architetture elettriche a 48 V lo sviluppo futuro dell’ADAS e l’elettrificazione più ampia dei veicoli?
Il 48V sta radicalmente rimodellando la distribuzione e la distribuzione dell’energia all’interno dei veicoli moderni. È di fatto una piattaforma di innovazione. Con esso, i sistemi ADAS possono continuare a migliorare, incorporando sensori sempre più potenti e precisi in combinazione con capacità guidate dall’IA per rendere i nostri veicoli più sicuri.
L’industria si sta anche orientando verso architetture zonali per i veicoli, sia per la progettazione di sistemi ADAS localizzati che oltre. Il 48V fornirà la spina dorsale della potenza ad alta capacità e bassa corrente di cui questi progetti all’avanguardia hanno bisogno, con una fornitura di energia affidabile, riduzione del peso per il cablaggio e perdite. I controller zonali possono quindi ridurre la potenza se necessario, sia a 12V che altro, rendendo il 48V ideale per questi progetti modulari.
E guardando oltre l’ADAS, il 48V continuerà a sostenere l’elettrificazione crescente dei sistemi di propulsione, creando un ponte tra i veicoli a combustione interna convenzionali e l’elettrificazione completa ad alta tensione.
Per il testo si ringrazia Kirk Ulery, Distribution Business Development Manager di Molex
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