Zmiany w branży motoryzacyjnej to gorący temat. Postęp technologiczny jest motorem wielu trendów i nowości w pojazdach, od trendów o szerokim zasięgu, takich jak samochody zeroemisyjne i pojazdy autonomiczne, po trendy niszowe, takie jak miniaturyzacja, metody magazynowania energii i inne. Obecnie w pojazdach jest więcej elektroniki niż kiedykolwiek wcześniej. Zarówno konsumenci, jak i specjaliści ds. transportu wymagają od samochodów coraz większych możliwości: między innymi zaawansowanych funkcji bezpieczeństwa, opcji inforozrywki, zwiększonych zabezpieczeń oraz komfortu pasażerów.

Jesteśmy w punkcie zwrotnym – mówią eksperci o elektronice motoryzacyjnej

Komponenty zasilające i połączeniowe mają fundamentalne znaczenie dla stymulowania rozwoju pojazdów – i wielu innych środków transportu. Trzech ekspertów ds. komponentów motoryzacyjnych – Shawn Luke, dyrektor ds. marketingu technicznego w firmie DigiKey oraz Matt McWhinney i Kirk Ulery, dyrektorzy ds. rozwoju biznesu w firmie Molex – omówili niedawno czynniki wpływające na współczesne projektowanie samochodów.

Producenci dążą do tworzenia inteligentniejszych i lepiej skomunikowanych pojazdów, dlatego liczba komponentów elektronicznych potrzebnych do ich zasilania będzie nadal rosła. Faktycznie według serwisu Statista, przewiduje się, że do 2030 r. 50% kosztów nowego samochodu stanowić będzie elektronika.

– Eksplozja funkcji elektronicznych otwiera przed nami ocean możliwości. Tam, gdzie mamy do czynienia z pojazdami zelektryfikowanymi i innymi układami napędowymi, urządzenia elektroniczne będą zdecydowanie jednymi z najważniejszych komponentów – powiedział Kirk Ulery.

Elektryfikacja umożliwia innowacje

Elektryfikacja samochodów otworzyła drzwi dla innowacyjnych projektów. Ze względu na brak konieczności instalowania tradycyjnego silnika spalinowego, producenci samochodów mają większą elastyczność w zakresie rozmieszczania baterii i portów ładowania, a także możliwość zwiększenia przestrzeni dla pasażerów lub ładunku i nie tylko.

Pojawili się nowi producenci pojazdów elektrycznych wchodzący na rynek oraz oferujący szeroką gamę marek i modeli. W tym momencie wiele z nich jest nadal drogich i brakuje standaryzacji przestrzeni. Jednak ta różnorodność oferuje konsumentom więcej możliwości pod względem stylu i indywidualizacji, a koszt prawdopodobnie spadnie wraz z postępem technologicznym i wzrostem produkcji.

– Nadal minie trochę czasu, zanim powstanie wspólny szablon projektowania pojazdów elektrycznych, ponieważ jest to wyścig o nowe technologie i innowacje – przewiduje Matt McWhinney. – Projekty w branży motoryzacyjnej są zwykle bardzo wytrzymałe, niezawodne i dobrze sprawdzone, ale w tym okresie szybkich zmian istnieje wiele platform, które są nadal w powijakach, a w zasadzie są bardzo drogimi prototypami.

Bez względu na producenta, markę czy model, wszystkie pojazdy elektryczne wymagają niezawodnego przenoszenia mocy i szybkiej transmisji danych, aby umożliwić podejmowanie przez oprogramowanie decyzji w czasie rzeczywistym.

Rozwój mikroprocesorów doprowadził również do zmiany paradygmatu w projektowaniu samochodów dzięki wprowadzeniu definiowanej programowo platformy pojazdów, która zarządza funkcjami i działaniem systemów pojazdów. Mniejsza zależność od sprzętu wiąże się ze zwiększoną modułowością, elastycznością i łącznością – do zarządzania niezwykle złożonym systemem potrzeba mniej części i przewodów.

– Znaleźliśmy się w punkcie, w którym nie możemy dodawać więcej okablowania do pojazdów – wyjaśnia Ulery. – Motoryzacja zaczęła wzorować się na branży komputerowej, ponieważ mamy teraz standard dwuprzewodowej sieci Ethernet, która może działać w zakresie gigahercowym. Dzięki temu jesteśmy w stanie zmniejszyć ilość oprzewodowania w pojeździe. Instalacja elektryczna 48V jest kolejnym przykładem, ponieważ można teraz stosować mniejsze przekroje przewodów, a dzięki architekturze strefowej w pojeździe definiowanym programowo wystarczy mieć jeden kontroler. Wszystkie urządzenia będą znajdować się w tej samej magistrali z jednym przewodem łączącym je wszystkie. Będziemy świadkami zmniejszenia ilości złączy miedzianych, a mimo to pojazdy będą lepiej zaprojektowane i lepiej przystosowane do wyższych wymagań w zakresie szybkości łączności, które pojawią się w pojazdach przyszłości.

Elektryfikacja zmienia reguły gry

W Europie rynek pojazdów elektrycznych szybko się rozwija, ponieważ producenci i konsumenci dążą do spełnienia surowych norm emisji dwutlenku węgla, aby uniknąć kar i przestrzegać przepisów, np. dotyczących stref niskiej emisji. W 2023 r.  Europejska Federacja Transportu i Środowiska opublikowała raport, z którego wynika, że sprzedaż bateryjnych pojazdów elektrycznych w Europie wzrosła o 28%.

– Elektryfikacja zmienia reguły gry, ludzie dostrzegają korzyści – mówi Shawn Luke.

W przeciwieństwie do USA, wiele krajów europejskich poczyniło znaczne inwestycje w infrastrukturę ładowania w całym regionie, oferując zarówno prywatne, jak i publiczne stacje, dzięki czemu pojazdy elektryczne są bardziej opłacalną opcją dla większości konsumentów. Jednym z głównych atutów pojazdów elektrycznych w krajach europejskich jest fakt, że w całym regionie standard zasilania prądem zmiennym opiera się na napięciu 240V~.

– Wiem z własnego doświadczenia, że zasilanie 120V~ (ładowanie poziomu 1) w Ameryce Północnej pozwala uzyskać 8km możliwego do pokonania dystansu z 1 godziny ładowania. Ładowarka poziomu 2 o napięciu 240V zapewnia zasięg ponad 40 kilometrów z godziny ładowania – mówi Ulery.

– Bardzo zależy nam na mądrym wykorzystaniu energii, a połączenia mogą odgrywać rolę w zrównoważonym rozwoju. Ostatnie, czego chcemy, to ładowanie baterii i marnotrawienie energii w trasie przez wbudowaną ładowarkę baterii lub rozpraszanie dodatkowej mocy w trasie – powiedział Luke.

Określanie specyfikacji komponentów motoryzacyjnych

Nowoczesne pojazdy osobowe zawierają średnio 80 czujników, 100 urządzeń elektronicznych i mnóstwo oprzewodowania. Każdy z tych komponentów musi spełniać rygorystyczne normy, aby dobrze funkcjonować w trudnych warunkach panujących w samochodzie – takich jak pogoda i wilgoć, zmienne warunki drogowe, wysokie temperatury, drgania i inne.

– Wytrzymałość i niezawodność mają ogromne znaczenie w transporcie. Niektóre komponenty w pojazdach muszą służyć przez dziesięciolecia. Przy tak długim horyzoncie czasowym, przygotowanie floty do zmian zachodzących w komponentach, takich jak standardy USB-C dla kabli do ładowania, których konsumenci oczekują podczas podróży samochodem lub samolotem, może zająć dużo czasu – mówi Luke.

Istnieje kilka jednostek certyfikujących, które wyznaczają standardy dla części używanych przez producentów samochodów, w tym Rada Elektroniki Motoryzacyjnej (AEC) oraz Amerykańska Rada ds. Badań Motoryzacyjnych (USCAR). Organizacje te określają wymagania dotyczące parametrów działania oraz dokładnie dokonują przeglądu i certyfikacji komponentów zatwierdzonych do użycia w zastosowaniach motoryzacyjnych.

Uznawane na całym świecie komponenty z kwalifikacją AEC (AECQ) są zwykle trwałymi i niezawodnymi częściami o wysokiej jakości, które mogą znosić warunki drogowe bez pogarszania parametrów działania.

O czym należy pamiętać przy doborze komponentów do projektów motoryzacyjnych?

• Modułowość: czy część jest łatwa do wymiany przez właściciela lub warsztat naprawczy w razie potrzeby?
• Geometrie styków: ile razy można podłączyć i odłączyć komponent? Krótko mówiąc, czy złącze spełnia swoje zadanie?
• Sprawność: czy dana część mądrze wykorzystuje energię, czy też powoduje rozpraszanie dodatkowej mocy?
• Zastosowanie: czy dana część została zbudowana zgodnie ze specyfikacjami i pasuje do danego zastosowania? Części zbyt słabe, aby uzyskać kwalifikację mogą zaledwie przetrwać, a nie działać, natomiast części przewyższające wymogi kwalifikacji mogą ograniczać elastyczność projektowania.
• Wygoda montażu: czy dana część będzie nadawać się do instalowania na linii montażowej w odpowiedniej skali w zależności od jej lokalizacji w pojeździe?
• Bezpieczeństwo: jeśli część ulegnie awarii, gdy pojazd będzie w ruchu, czy istnieje zabezpieczenie rezerwowe chroniące przed wypadkiem?

– Są dwie strony medalu, jeśli chodzi o ocenę ryzyka i specyfikacje komponentów motoryzacyjnych. Wraz z pojawieniem się nie tylko zdolności przetrwania, ale także funkcjonalności, czasami specyfikację należy przedefiniować lub udoskonalić. Z drugiej strony, specyfikacja może być na wyrost i pociągać za sobą zbyt wysokie koszty lub ograniczać elastyczność projektowania. W miarę ewolucji architektur, precyzja określania specyfikacji staje się coraz ważniejsza – powiedział McWhinney.

– Świetne w przestrzeni połączeń jest to, że można tworzyć elementy modułowe, które można wymieniać. Połączenia w projektach motoryzacyjnych wydają się być niezbędnym minimum, ale często nie docenia się ich znaczenia – dodał Luke.

– Kwestią, wobec której żadna ilość poświęconej uwagi nie będzie za duża, jest bezpieczeństwo. Kiedy Twój komputer nie działa, po prostu go ponownie uruchamiasz. Nie jest to możliwe, gdy korzystasz z magistrali obliczeniowej w pojeździe i jedziesz z dużą prędkością. To zupełnie nowy wymiar, który musimy brać pod uwagę we wszystkim, co robimy. Jeśli chodzi o komponenty, zawsze bierzemy pod uwagę te najnowsze i najlepsze. Analizujemy, w jaki sposób możemy dodać najnowsze funkcje w celu osiągnięcia najlepszych parametrów działania i chcemy to robić szybko. Stawką są dla nas ludzkie istnienia, więc musimy mieć absolutną pewność co do niezawodności – mówi Ulery.

Samochód działający w trybie autonomicznej jazdy, z autopilotem i sztuczną inteligencją. Miejsce docelowe wybiera kierowca.

Droga przed nami

Patrząc w przyszłość, przewidujemy, że konsumenci prawdopodobnie nadal będą domagać się coraz bardziej zaawansowanych funkcji bezpieczeństwa i komfortu, a także pojazdów elektrycznych i innych środków transportu, które zmniejszą zależność od paliw kopalnych.

– Elektryfikacja nie zwalnia, a tak naprawdę, to prawdopodobnie przyspiesza – mówi McWhinney, według którego trend zminiaturyzowanych motoryzacyjnych komponentów elektronicznych będzie się utrzymywał. – Rozwój mikroelektroniki doprowadził do instalowania większej liczby mikroprocesorów w pojazdach, które zmierzają w kierunku definiowanej programowo platformy pojazdów. Nie oznacza to, że każdy element w pojazdach będzie dynamicznie kontrolowany bezpośrednio przez oprogramowanie, ale zmiana architektury systemów sterowania w tym kierunku ma ogromne implikacje.

Większa liczba mikroprocesorów w pojazdach mogłaby stanowić bodziec dla wielu innowacji, które w dużej mierze opierają się na niezwykle szybkim przetwarzaniu danych w systemie brzegowym, w tym dla autonomii. Mimo, że pojazdy autonomiczne obecnie nie są jeszcze powszechne, to może się zmienić do 2030 roku. Większość ludzi zna już funkcje półautonomiczne, takie jak tempomat w samochodach lub „autopilot” i czuje się z nimi komfortowo. W kolejnych latach kierowca lub pilot prawdopodobnie nadal jeszcze będzie musiał być zaangażowany.

Autorzy:

Matt McWhinney – dyrektor ds. rozwoju biznesu w firmie Molex.

Kirk Ulery – dyrektor ds. rozwoju dystrybucji w firmie Molex.

Shawn Luke – inżynier ds. marketingu technicznego w firmie DigiKey.