Dagli ADAS ai veicoli autonomi un’altra spinta ai semiconduttori

24 Marzo 2018

Di Massimiliano Anticoli

Tesla, Google, Uber stanno testando diffusamente veicoli autonomi, ovvero in grado di districarsi, senza bisogno di un pilota, nel traffico urbano e non.
Diamo uno sguardo al settore attraverso un rapporto di McKinsey su “sfide e opportunità” offerte dal mercato dei sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS).

Sicuramente non sono ancora mezzi che i produttori di autoveicoli sono pronti ad immettere sulle nostre strade e che gli utenti sarebbero disposti ad acquistare. Molto più vicini a noi sono invece i sistemi avanzati di assistenza alla guida, anche noti con l’acronimo di derivazione statunitense ADAS (Advanced Driving Assistant System), che sono un primo passo verso i più avanzati, e di là da venire, veicoli autonomi.

Classificazione dei veicoli autonomi

Tra i veicoli di oggi e quelli autonomi SAE International – nata con il nome di Society of Automobile Engineers e oggi ente di normazione nel campo dell’industria aerospaziale, automobilistica e veicolistica – ha definito i diversi livelli di autonomia secondo una classificazione – la J3016 – basata su sei diversi livelli (che vanno da nessuna capacità operativa al sistema completamente automatico) come riportato in tabella 1. Definizioni che sono state adottate, nel Settembre 2016, anche dal dipartimento americano dei trasporti NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration).

La classificazione della automazione dei veicoli secondo SAE International:

Livello	Descrizione
0	Il sistema non ha alcun controllo del veicolo ma può emettere indicazioni e allarmi.
1	Il pilota deve essere pronto a prendere il controllo in qualsiasi momento. Il sistema automatico può comprendere ACC (Adaptive Cruise Control), assistenza al parcheggio con controllo dello sterzo, LKA (Lane Keeping Assistance) di tipo II in ogni combinazione.
2	Il pilota è obbligato a rilevare oggetti ed eventi e ad agire se il sistema automatico manca di rispondere in modo appropriato. Il sistema automatico controlla accelerazione, frenata e sterzo ma si disattiva immediatamente nel momento che il pilota prende il controllo.
3	In presenza di note e limitate condizioni ambientali (come le autostrade) il pilota può dirottare la propria attenzione ad altro che non sia il compito della guida ma deve essere pronto a prendere il controllo quando necessario.
4	Il sistema automatico può controllare il veicolo in tutto esclusa qualche condizione ambientale come, per esempio, condizioni metereologiche avverse. Il pilota deve abilitare il sistema automatico quando sia sicuro farlo. Quando il sistema sia stato abilitato non è più richiesta l’attenzione del pilota.
5	Oltre che avviare il sistema ed impostare la destinazione non è richiesto altro intervento umano. Il sistema automatico può guidare in ogni luogo dove tale attività sia legalmente consentita e prendere le relative decisioni.

Il livello 0 è il livello base, quello che caratterizza oggi la maggioranza dei veicoli. Il guidatore controlla tutto: sterzo, freni, accelerazione, ecc.

Al livello 1 la maggioranza delle funzioni sono ancora controllate dal guidatore ma alcune funzioni specifiche – come accelerazione/decelerazione e sterzo – possono essere compiute automaticamente dall’auto.

Nel livello 2 sia la guida che l’accelerazione/decelerazione sono automatiche ma il pilota deve essere sempre pronto ad intervenire e prendere il controllo della situazione. Significa che il pilota è sollevato dal controllo fisico dell’auto avendo mani e piedi liberi ma rimane obbligato a rilevare oggetti ed eventi e ad agire se il sistema automatico manca di rispondere in modo appropriato.

Al livello 3 il guidatore è ancora necessario ma può permettersi – in certe condizioni di traffico e ambientali – di lasciare completamente il controllo delle funzioni critiche per la sicurezza al veicolo. Dovrà sempre intervenire se necessario ma non è più “obbligato a rilevare oggetti ed eventi e ad agire se il sistema automatico manca di rispondere in modo appropriato”.

Dal livello 4 inizia il vero veicolo autonomo progettato per svolgere tutte le funzioni critiche per la sicurezza e monitorare le condizioni di traffico e stradali per un intero percorso. E’ però importante notare che questa autonomia è limitata a quelle che SAE definisce il “dominio operativo del progetto” (operational design domain ovvero ODD) del veicolo che quindi non è necessariamente, in grado di coprire ogni scenario si presentasse.

E finalmente il livello 5 che considera un sistema completamente autonomo con prestazioni che eguagliano l’essere umano in qualsiasi condizione e scenario compresi gli ambienti estremi quali, per esempio, le strade ricoperte da detriti.

Il mercato: sfide e opportunità

Sebbene la tecnologia ADAS abbia sicuramente il potenziale di trasformare il settore dell’auto, attualmente, secondo gli analisti più accreditati, il mercato è relativamente contenuto, se lo si compara ad altri settori dell’automotive, e si muove nella fascia tra i cinque e gli otto miliardi di dollari.

Parte del problema è che molte delle applicazioni più promettenti sono ancora in fase di miglioramento o non hanno ancora raggiunto il mercato mentre altre sono ancora troppo costose e disponibili solo su auto di fascia alta. Forse, il fattore più importante è la mancanza di consapevolezza dei consumatori.

Esperti e analisti di settore hanno diverse opinioni sul livello di mercato nel 2015 e sulla possibile evoluzione che ci si può aspettare. Il grafico di figura 1 mette a confronto le previsioni di due analisti: Strategy Analytics e TechNavio. Se il primo si aspetta una crescita media annua (CAGR) del 16%, il secondo ha una visione più ottimistica e punta ad un CAGR del +29%. In entrambi i casi coefficienti di crescita ben al di sopra della media annua di qualsiasi altro comparto dell’automotive e di molti altri settori.

Il grafico di Figura 2 mette in evidenza l’evoluzione della penetrazione delle diverse tipologie di applicazione nell’arco di tempo dal 2015 al 2025 come previste nel report di McKinsey. In un mercato totale tra gli 1,8 e i 2,0 miliardi di dollari, nel 2015 è la funzione di assistenza al parcheggio che si prende la fetta principale: il 38%. Fetta che si va via via riducendo a seguito della crescita di altre applicazioni per arrivare a coprire il 30% nel 2025 quando il mercato totale si muoverà tra i 4,6 e i 5,3 miliardi di dollari. Per allora la seconda posizione sarà presa, con il 21%, dalla unione delle tre funzioni che stanno al cuore del veicolo autonomo: l’Autonomous Emergency Braking (AEB); l’Adaptive Cruise Control (ACC) e il Forward Collision Warning (FCW).

A fronte di un prezzo medio per auto previsto muoversi con una crescita media annua dell’uno percento è facilmente prevedibile che i produttori di sistemi ADAS saranno soggetti a forti pressioni, da parte dei produttori di auto, a mantenere i costi a livelli il più possibilmente contenuti. E’ facile quindi immaginare che la crescita del valore del mercato procederà a ritmi più contenuti della crescita dei volumi.

Le tecnologie coinvolte

Una tipica applicazione ADAS fa uso di diverse tecnologie come mostrato nel grafico in Figura 3, ma due sono quelle fondamentali e più appetibili per i produttori di semiconduttori: processori e sensori. I primi – MPU, MCU, DSP e SoC per l’elaborazione dei segnali – nel 2015 conteranno, secondo le stime di McKinsey, per il 37%, ovvero la maggioranza, del contenuto di semiconduttori delle applicazioni ADAS mentre i secondi – sensori di immagine, LED, diodi laser, e foto-rilevatori – raccoglieranno il 28% e insieme costituiscono più dei due terzi del totale.

I sensori

Sono diversi i tipi di sensori utilizzati ma sono tre le tipologie che giocano il ruolo principale nelle applicazioni ADAS. La prima categoria è rappresentata dai sensori ottici per soluzioni basate sulla cattura di immagini. Questi sensori sono versatile, cost effective e sono applicabili in diverse funzioni ADAS ma sono influenzati dalle cattive condizioni atmosferiche e altri condizionamenti ambientali e richiedono algoritmi software particolarmente complessi per riconoscere oggetti come i pedoni o altri veicoli.

La seconda categoria sono i sistemi LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) che utilizzano una scansione laser per generare una visione 3D dell’ambiente circostante. Contrariamente ai sensori ottici il lidar è meno sensibile alle condizioni atmosferiche e fornisce direttamente la posizione degli oggetti che circondano il veicolo. Ma i sistemi lidar sono tipicamente ingombranti, richiedono un montaggio esterno e, nonostante abbiano visto vistose riduzioni di prezzo, sono ancora molto costosi.

La terza categoria sono i sistemi radar con frequenze tra 20 e 80 GHz per determinare distanza, velocità e direzione degli oggetti circostanti. Questa tecnologia è meno soggetta di altre alle condizioni atmosferiche ma tipicamente devono sottostare al compromesso tra la distanza misurabile e l’angolo operativo. Per esempio radar a lungo raggio possono rilevare ostacoli fino alla distanza di 250 metri ma l’angolo di rilevamento è alquanto ridotto. Come conseguenza gli “adaptive cruise control” devono spesso combinare radar a lungo e corto raggio.

In Figura 4 un sommario delle tipologie di sensori e delle relative quantità utilizzate a seconda del livello di automazione del veicolo.

La visione di un fornitore

L’immagine di Figura 5 presa da una presentazione sull’automotive di Infineon offre una panoramica del contenuto di semiconduttori per tre diversi livelli di automazione. Dal contenuto di 100$ per veicoli al livello 2 si passa ai 550$ del livello 4.

Continental e Bosch guidano il mercato ADAS

Un altro analista che ha guardato a questo mercato è Semicast Research che lo stima pari a 3 miliardi di dollari nel 2015 e lo proietta a 7 miliardi nel 2022 con una crescita media annua del 13%. Mentre stima tutto il mercato dell’elettronica per l’auto a 53 miliardi nel 2015 e lo proietta ad 86 nel 2022.

Secondo Semicast i sistemi ADAS raccolgono quella parte di elettronica che svolge il compito di “rilevare e vedere” elettronicamente per fornire l’intelligenza per automatizzare, parzialmente o totalmente, le funzioni di guida. Quindi vengono compresi sistemi di assistenza al parcheggio, di controllo della velocità, per la sicurezza frontale, il monitoraggio dell’angolo cieco, l’assistenza alla guida notturna e i dispaly head-up.

Secondo Semicast il leader di questo mercato è Continental con il 18% dei 3 miliardi di dollari stimati per il 2015. Al secondo posto si colloca un’altra tedesca, la Bosch, che si prende una fetta del 15% seguita da Autoliv poco al di sotto di questa quota. Seguono Magna e ZF TRW rispettivamente con il 9 e il 7%.

I primi cinque si spartiscono quindi il 63% del mercato ma tra gli “altri” si stanno affacciando nomi nuovi per questo mercato come Mobileye – da poco acquisita da Intel – e NVIDIA, rappresentanti di una nuova generazione di prodotti per queste applicazioni: il software per l’elaborazione di immagini.