Design and development of innovative electronic systems for automotive

Negli ultimi decenni, nelle automobili c’è stato un incremento esponenziale nel numero e nella complessità dei sistemi elettronici distribuiti per sistemi di controllo attivo, dei componenti multimediali e dei processori ad elevate performance per infotainment, e dei sensori. Il tutto connesso attraverso reti intra-veicolari con protocolli di comunicazione e velocità di trasmissione diversificati in base alle caratteristiche richieste da ciascuna applicazione. Questa attività di ricerca si occupa di diversi aspetti legati ai sistemi elettronici per automotive, dalla comunicazione on-chip in sistemi embedded multi-processore per applicazioni multimediali a bordo, a reti intra-veicolari ad alta velocità per sistemi di sicurezza attiva, ai sistemi di acquisizione per sensori. Il primo argomento riguarda l’implementazione di un router per Network-on-Chip, una nuova infrastruttura di comunicazione per sistemi elettronici estremamente densi integrati su un singolo chip, usati nell’ingegneria dei veicoli per operazioni avanzate di controllo ed elaborazione. È stata anche trattata la problematica della distribuzione del segnale di sincronizzazione, dal momento che questo è uno degli aspetti più critici dell’implementazione di tali sistemi. In particolare, viene presentata un’architettura di link a bassa complessità per la comunicazione mesocrona su chip. Il link proposto semplifica la sintesi dell’albero di clock, aumenta la massima frequenza operativa, riduce il consumo di potenza ed agevola la fase di back-end. La seconda attività si riferisce a sistemi elettronici innovativi per comunicazioni intra-veicolari affidabili ad alta velocità. Nello specifico, tratta lo sviluppo di un router da utilizzare in reti per applicazioni dove grandi quantità di dati critici sono scambiate ad alta velocità. Applicazioni di questo tipo sono ad esempio le X-by-wire real-time ed i sistemi a larga banda per la sicurezza attiva (basati su radars e/o sensori di immagine). I sottoblocchi sono stati integrati e testati in maniera esaustiva su dispositivi riprogrammabili. Le prestazioni ottenute soddisfano i requisiti dei sistemi elettronici emergenti per automotive: numero di porte parametrico, velocità fino a 100 Mbps, condizioni operative fino a Tj = 150 °C, consumo di potenza dinamico di circa 1 mW/Mbps. È stato implementato anche un emulatore di rete per un rapida prototipizzazione del router . Durante l’ultimo anno è stata intrapresa un’attività riguardante la modellizzazione di sensori e tecniche di data fusion per sistemi di rilevamento di perdite di gas e di controllo delle emissioni in veicoli alimentati ad idrogeno. L’approccio presentato è basato sullo sviluppo di modelli accurati di tutti gli elementi del sistema: sensori e catena di acquisizione. Tali modelli includono le non linearità e le sorgenti di errore dei componenti utilizzati. Questa metodologia consente l’esplorazione dello spazio di progetto e l’analisi dei parametri critici del sistema, permettendo un partizionamento ottimale tra analogico e digitale e tra hardware e software. Questa analisi guida anche lo sviluppo di efficaci tecniche di data fusion per ridurre l’incertezza della misura (dovuta a cross-sensitività ad altri gas od a variazioni di temperatura e/o umidità). Queste tecniche sono state implementate su una piattaforma mixed-signal di interfacciamento sensore, basata su microcontrollore e di limitata complessità, adatta ad applicazioni automotive.