di Fionn Hurley | Marketing Manager di Analog Devices
A livello di progettazione e produzione dei veicoli elettrici, la tendenza è verso una nuova architettura comune, spesso indicata come architettura a zone, nella quale la connettività è determinata per posizione fisica e non per funzione, come avveniva nel caso delle architetture basate sul dominio.
Per l’introduzione di queste nuove architetture, elementi chiave sono i dispositivi Ethernet: questo protocollo offre infatti la scalabilità richiesta, supporta velocità a più livelli e dispone di componenti di sicurezza e protezione già completamente sviluppati. Tuttavia, anche se molti concetti fondamentali dell’Ethernet possono essere ricavati da altri settori industriali, l’architettura E/E per automotive possiede alcuni requisiti unici, che impongono lo sviluppo di tecnologie nuove.
Un obiettivo chiave per i veicoli elettrici è ridurne il peso, che ha un impatto diretto sulla loro autonomia. Il cablaggio attualmente utilizzato è uno dei tre sottosistemi più pesanti e può raggiungere i 60 kg. Per trasmettere i dati, i cavi Ethernet tradizionali utilizzano quattro coppie differenziali, aumentando peso e complessità della rete: una situazione di certo non ottimale per le applicazioni auto. Per ovviare a questi inconvenienti sono stati sviluppati nuovi standard IEEE, in grado di supportare la trasmissione Ethernet su cavi a singolo doppino ritorto (coppia bifilare intrecciata), che consentono di risparmiare sui cablaggi e ridurre il peso, proprio perché l’architettura zonale rende possibili collegamenti più corti.
Perché il 10BASE-T1S nei veicoli elettrici?
Per sfruttare appieno i vantaggi del concetto di architetture zonali è necessario disporre della connettività Ethernet “at the edge”. Richiedendo l’uso della connettività switch punto-punto, le tecnologie Ethernet già in uso nel settore auto, come il 100BASE-T1, non potevano permettere la transizione verso questo nuovo tipo di connettività rispettando i costi di sistema. È stata quindi sviluppata la specifica 10BASE-T1S, come parte dello standard Ieee 802.3cg, pubblicato a febbraio 2020. La specifica supporta una topologia multidrop con tutti i nodi collegati sullo stesso cavo non schermato a coppia intrecciata e richiede semplicemente un singolo PHY Ethernet per ogni nodo: si elimina così la necessità di switch di rete o il ricorso a topologie a stella associate ad altre tecnologie Ethernet, con conseguente ottimizzazione del numero di componenti.
Un altro aspetto dello standard è la prevenzione: la Physical Layer Collision Avoidance che, come il nome stesso suggerisce, evita le collisioni sulla rete condivisa, garantisce la massima latenza deterministica, dettata principalmente dal numero di nodi sulla rete e dalla quantità di dati da trasmettere. A ogni nodo viene assegnata un’opportunità di trasmissione. Se momentaneamente il nodo non avesse dati da trasmettere, trasferirebbe questa opportunità al nodo successivo, permettendo così un utilizzo molto razionale dei 10 Mbps disponibili. Su una rete 10BA- SE-T1S è possibile trasportare anche l’alimentazione, dato che il sistema è accoppiato in AC. Ciò consente un ulteriore risparmio di cavi, l’utilizzo di connettori di dimensioni ridotte e un’affidabilità migliorata grazie alla minore complessità del cablaggio e dei punti di connessione. Come parte integrante dei miglioramenti agli standard IEEE per il supporto della topologia multidrop è anche in via di sviluppo la standardizzazione del sistema di alimentazione sulle linee dati (Power over data lines, Podl), già disponibile per le implementazioni punto-punto.
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