Perché le architetture zonali sono il futuro delle auto elettriche

Quando ha rivelato i suoi modelli R1 di seconda generazione all'inizio di giugno, Rivian ha anche consegnato dei materiali per la stampa pieni di termini tecnici ed espressioni come "software stack", "centri di comando", "sistema di calcolo", "architettura zonale" e altri.

Fra questi, a colpire i colleghi di InsideEVs US è stato proprio l'ultimo, "architettura zonale", già letto quando Volkswagen ha annunciato l'investimento da 5 miliardi di dollari nella startup americana in cambio di licenze su "design hardware zonale". Ma cosa significa?

Prima alcune nozioni di base

Tradizionalmente, le auto avevano architetture elettriche centralizzate e utilizzavano lunghi cablaggi che collegavano i vari componenti a un'unità di controllo principale, il cervello del veicolo. Secondo l'azienda olandese per la progettazione di semiconduttori NXP, la lunghezza di questi cavi e la complessità dei sistemi rendevano le vetture più pesanti e difficili da manutenere.

Le vecchie architetture utilizzano inoltre moduli separati per ogni funzione, come l'illuminazione, l'infotainment, i sensori e così via: una tecnologia considerata inefficiente; l'approccio hardware-first è infatti superato.

Le Tesla e molti veicoli elettrici cinesi hanno dato vita a una sorta di inversione dei ruoli. Le Case progettano il software e poi valutano come l'hardware deve supportarlo, creando quelli che oggi chiamiamo veicoli progettati via software (Software defined vehicles, SDV).

Le loro prestazioni e le varie caratteristiche sono fortemente integrate e controllate attraverso un software avanzato, che consente funzioni come gli aggiornamenti over-the-air, il controllo di tutto tramite touch screen e l'utilizzo di funzioni selezionate a distanza. Rivian sostiene che per rendere i SDV efficienti ed economici, l'architettura zonale è la strada da seguire.

Architettura zonale

"Le architetture zonali riducono la quantità di cablaggi e unità di controllo elettronico (ECU) necessarie in un veicolo, raggruppando un numero minore di ECU in diverse zone del veicolo", ha dichiarato un portavoce di Volkswagen a InsideEVs US.

L'architettura zonale di Rivian

L'architettura zonale di Rivian riduce il numero di centraline da 17 a 7 (molto potenti). Ciò ha permesso di eliminare quasi 2,7 km di cablaggio interno. Di conseguenza, la Casa ha ridotto il peso dei suoi veicoli elettrici di 20 kg.

Se il cablaggio di un'auto elettrica è come il sistema nervoso centrale del corpo, ovvero una ragnatela incredibilmente complessa di cavi che si estende per tutta l'auto, le architetture zonali sono invece simili a un edificio destinato a uffici, con più reparti su piani diversi responsabili di una serie di compiti.

Tesla è stata la prima a lanciare questa tecnologia sul mercato, traendo un vantaggio di 5 anni sui concorrenti (secondo S&P). Grazie all'architettura zonale, il cablaggio della Model 3 è stato ridotto del 50% già tempo fa ed è il motivo per cui la berlina può essere prodotta in meno della metà del tempo rispetto ai competitor. Ma i rivali cinesi e americani stanno recuperando terreno.

"Invece di organizzare il calcolo dell'hardware in base alla funzione, queste centraline più potenti ora controllano le operazioni nelle loro vicinanze o zone generali", sostiene Rivian.

Come si presenta tutto questo nella pratica? Le zone sono tipicamente definite in base ai requisiti funzionali, come sistemi di trasmissione, telaio, carrozzeria e infotainment. Ogni ECU è responsabile del controllo di una serie specifica di funzioni nella propria zona, come il controllo del motore, delle sospensioni, dell'illuminazione o dell'audio.

Le centraline comunicano su una rete ad alta velocità, scambiandosi informazioni, coordinando le azioni e rispondendo in tempo reale alle diverse condizioni.

Supponiamo che le telecamere, il radar e il lidar dell'auto rilevino un oggetto inevitabile e attivino la frenata di emergenza autonoma (AEB). Il sistema ADAS può quindi innescare una reazione a catena di eventi: le luci iniziano a lampeggiare, la cintura di sicurezza si stringe, i finestrini si abbassano, gli airbag si preparano e gli schermi visualizzano gli avvisi. È il risultato di queste centraline avanzate che comunicano tra loro.

I vantaggi sono enormi

Secondo la Society of Automotive Engineers, sulla linea di produzione un sistema zonale consente una maggiore automazione. È più facile per i robot assemblare cavi più leggeri e meno complessi e contribuire alla riduzione dei costi. Soprattutto nei veicoli elettrici, si contribuisce a migliorare l'autonomia di guida grazie alla riduzione del peso.

Rivian Gen 1 vs Gen 2

Le architetture zonali consentono inoltre ai SDV di offrire servizi in abbonamento. Andate a sciare? Potete acquistare un pacchetto di riscaldamento per i sedili. State per intraprendere un lungo viaggio in auto? Potete comprare un pacchetto di infotainment per i vostri passeggeri. Non è ancora una prassi frequente, ma potrebbe essere così in futuro.

Soprattutto, i vantaggi in termini di assistenza e manutenzione sono enormi. Un automobilista Rivian ha raccontato a InsideEVs US che la sua R1T è rimasta fuori per quasi un anno per sostituire una piccola telecamera laterale danneggiata in un incidente. Il centro di assistenza ha dovuto smontare l'intero cablaggio e, nel frattempo, ha finito per danneggiare ulteriormente il veicolo.

Con l'architettura a zone, problemi come questi probabilmente non si verificheranno, perché ogni zona con unità di controllo può monitorare e diagnosticare in modo indipendente i problemi nella propria area, identificando più rapidamente i guasti, riducendo il tempo necessario per la diagnostica e l'assistenza. Il personale di assistenza avrebbe quindi anche un accesso più facile ai singoli componenti in caso di necessità di sostituzioni rapide.

Studi recenti hanno inoltre dimostrato che i veicoli elettrici soffrono ancora di problemi di qualità, la maggior parte dei quali legati alla tecnologia. Novità come le architetture zonali sembrano un passo nella giusta direzione.

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