Elettronica sempre più pervasiva. Proliferazione di reti di comunicazioni interne.
Connessioni sempre più numerose verso l’esterno tramite reti wireless. Scambio dati verso altri veicoli e con le infrastrutture stradali. Sistemi di guida assistita e identificazione precoce di rischi di collisione.

Sono tutti i temi che investono il mondo dell’automobile, ormai in via di trasformazione da un gioiello della meccanica a un gioiello dell’elettronica.

Gli automobilisti, sia guidatori che passeggeri, sembrano apprezzare, per cui l’industria dell’auto si sta reinventando per offrire non solo una piattaforma di trasporto sicura e affidabile, ma anche di intrattenimento e di comunicazione.

Se ne è discusso nell’ambito della manifestazione NI Automotive Forum svoltasi lo scorso 29 maggio al Museo Nazionale dell’Automobile di Torino, dove una platea di progettisti e tecnici si è confrontata con le sfide che questa indispensabile evoluzione pone a chi si occupa di collaudo.

E’ evidente che la proliferazione di apparecchiature elettroniche integrate all’interno dell’automobile crea problematiche di integrazione non di poco conto, alle quali si è recentemente aggiunta un’altra trasformazione epocale: il passaggio da un sistema di propulsione esclusivamente meccanico basato sul motore a combustione interna ai sistemi ibridi ed elettrici in cui l’elettronica di potenza svolge un ruolo determinante.

Un’automobile moderna, e non solo quelle di fascia alta, è sostanzialmente un grande computer con architettura distribuita. Al suo interno risiede una quantità di applicazioni software la cui complessità cresce esponenzialmente essendo trainata dalla necessità di offrire un sempre maggior numero di funzionalità agli automobilisti e una sempre maggiore efficienza energetica.

La conseguenza diretta sui sistemi di collaudo è la necessità di un approccio multidisciplinare. L’elettronica per auto abbraccia numeroso domini tecnologici: radiofrequenza per supportare comunicazioni wireless e localizzazione satellitare, radar per l’identificazione di ostacoli a distanza, reti di comunicazione interne per diagnostica e controllo, circuiti di potenza per asservimenti e trazione, display e interfacce grafiche multi funzione, e potremmo continuare.

La risposta alla complessità secondo National Instruments, organizzatrice dell’evento, passa necessariamente attraverso la strumentazione modulare, più facilmente adattabile e flessibile per affrontare sia la validazione di progetti e prototipi durante la fase di sviluppo, sia il collaudo in linea di produzione.

La proliferazione di nuove idee obbliga la strumentazione di collaudo a ‘sintonizzarsi’ sulla disciplina necessaria in quel momento. L’evoluzione ulteriore della strumentazione modulare è quella di adattarsi anch’essa alle esigenze di cambiamento consentendo all’utilizzatore di personalizzare il suo funzionamento interno.

E questa è proprio la strada intrapresa da National Instruments nell’offrire soluzioni per il collaudo non solo modulari, tipicamente basate sul bus PXI e i suoi derivati, ma dove anche le singole schede sono personalizzabili nel loro hardware e firmware interno tramite una FPGA, che può essere riprogrammata dall'utilizzatore per raggiungere quelle prestazioni di elaborazione dei segnali in tempo reale che solamente un hardware ottimizzato può garantire.

Il risultato finale è che lo strumento di misura e collaudo diventa anch'esso sempre più definito via software, che nella proposta di National Instruments significa adottare un approccio grafico basato sul paradigma di LabVIEW.

Infatti, l’evoluzione ha portato il linguaggio di progettazione grafica a un livello di astrazione che consente altrettanto efficacemente di approcciare lo sviluppo di un intero macrosistema, così come quello della personalizzazione di una singola FPGA.

I casi di successo illustrati nel corso della manifestazione torinese sono una testimonianza diretta della diffusione sia delle soluzioni di collaudo basate su architetture modulari, sia della progettazione grafica di sistemi.

Un esempio significativo è l’applicazione premiata da National Instruments come migliore applicazione dell’anno in ambito automobilistico: un banco di collaudo realizzato da Loccioni per Magneti Marelli allo scopo di verificare a fine linea di produzione il corretto funzionamento dell’inverter destinato alla nuova auto ad alimentazione ibrida LaFerrari, nonché dei suoi sottosistemi interni.

Si tratta di un sistema di collaudo che ha il compito di verificare sia il funzionamento dell’elettronica di potenza, che lavora con tensioni sino a 600 V e correnti sino a 800 A, sia di verificare i sistemi digitali di controllo che comandano le complesse interazioni tra batteria, inverter, motori e relativi sistemi di protezione.

L'inverter HY-KERS alla base del sistema di trazione della LaFerrari ha il compito di convertire la tensioni continua proveniente dalle batterie in tensione alternata destinata ai due motori, uno che viene utilizzato per la trazione o come generatore in fase di frenata, l'altro che viene azionato dal motore termico e che viene utilizzato per mantenere costante il livello di carica delle batterie.

Nel complesso inverter sono presenti anche due convertitori DC/DC, il primo che converte l'energia elettrica da alta tensione a bassa tensione (12 V) per alimentare le utenze standard della vettura, come luci e sistemi di climatizzazione, il secondo per erogare i 380 V destinati al controllo del sistema di raffreddamento della batteria.

Una delle principali sfide affrontate da Loccioni in questo progetto era il doverne iniziare necessariamente lo sviluppo ben prima che fossero complete le specifiche tecniche dell’inverter da collaudare.

In questo scenario, la strumentazione modulare dà il meglio di sé, facilitando l’ottimizzazione e l’ingegnerizzazione del sistema di collaudo lavorando con una piattaforma integrata di hardware e software estremamente flessibile.