Evoluzione dell'elettronica nell'autoveicolo

Evoluzione dell’elettronica nell’autoveicolo 
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In conclusione l’elettronica automotive deve essere in grado di operare in condizioni 
industriali, soddisfare specifiche di tipo militare e avere costi di tipo consumer. 
Obiettivo del presente lavoro è indagare come sia avvenuto l’incontro tra elettronica e 
autoveicolo, quale strada evolutiva abbia seguito, cercando di evidenziare per ciascun 
dispositivo di nuova introduzione quali siano stati gli eventi che ne hanno stimolato la 
realizzazione, e quali siano stati i vantaggi diretti ed indiretti conseguenti tali applicazioni, 
non solo per le vetture di serie ma anche per le monoposto di Formula 1; questa particolare 
classe di vetture, che interagisce con un ambiente estremamente peculiare, permette un 
osservazione del fenomeno da una diversa prospettiva. 
Si ritiene infatti che la conoscenza del passato, sia un presupposto indispensabile per 
riuscire a pilotare positivamente l’integrazione tra tecnologie meccaniche ed elettroniche. 
 
Cronologia 
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Cronologia 
Le prime soluzioni elettroniche hanno fatto la loro apparizione nell’industria dell’auto 
a partire dagli anni ’60, per tutto questo decennio però la loro presenza rimase marginale sia 
per le funzioni svolte che per la quota di veicoli che ne furono interessati. A partire dagli anni 
‘70 si avviò un costante incremento della penetrazione di sistemi elettronici all’interno 
dell’autoveicolo che nei decenni successivi si rafforzò mantenendo questo trend fino ad oggi. 
Per chiare quantitativamente quale sia stato questo andamento si mostra nel grafico in 
Figura 1 l’andamento del costo percentuale dovuto ai dispositivi elettronici rispetto al valore 
complessivo della vettura. 
 
Figura 1 Andamento del costo percentuale dovuto a dispositivi elettronici nel tempo, (Software and the 
future of the automotive industry, K. Vohringer, 2
nd
 ITEA Symposium) 
Questo andamento è stato realizzato considerando le vetture prodotte da Daimler-
Chrisler, che come è noto, commercializzano principalmente vetture di classe alta, i valori 
riportati risultano quindi sovrastimati rispetto alla media dei veicoli in commercio; l’influenza 
percentuale del costo dell’elettronica sul costo totale per vetture di classe C (147 Alfa Romeo, 
Golf Volkswagen, 307 Peugeot, ecc.) oggi sul mercato, si aggira approssimativamente attorno 
al 25%, inferiore quindi al 33% ricavabile dal grafico, ma comunque tutt’altro che 
trascurabile. E’ inoltre necessario far notare come nello stesso intervallo di tempo il costo dei 
singoli componenti elettronici sia notevolmente diminuito, grazie ad economie di scala ed alle 
nuove tecnologie offerte dall’evoluzione dell’industria elettronica; si può quindi affermare 
che il numero e la complessità delle funzioni svolte dai dispositivi elettronici installati a bordo 
dell’autoveicolo abbia subito un incremento più consistente di quanto non risulterebbe dal 
grafico mostrato in precedenza. 
Evoluzione dell’elettronica nell’autoveicolo 
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I dispositivi elettronici dei quali si è discusso fino a questo punto hanno funzioni che 
possono essere classificate nelle seguenti categorie: 
¾ Sistemi per il controllo motore e trazione; 
¾ Sistemi di sicurezza; 
¾ Sistemi di intrattenimento; 
¾ Sistemi di navigazione ed strumentazione; 
I grafici in Figura 2 e Figura 3 mostrano come, secondo uno studio del Freedonia Group 
intitolato “World OEM automotive electronic demand by product”, il costo 
complessivo dovuto all’elettronica si distribuisca nelle categorie citate in 
precedenza nel 1990 e nel 2000. 
56%
7%
29%
8%
Controllo motore e trazione Sicurezza Intrattenimento Navigazione e strumentazione
 
Figura 2 Distribuzione costi elettronica in base alle funzioni svolte nel 1990 
48%
25%
15%
12%
Controllo motore e trazione Sicurezza Intrattenimento Navigazione e strumentazione
 
Figura 3 Distribuzione costi elettronica in base alle funzioni svolte nel 2000 
Nella trattazione seguente saranno considerate i sistemi di controllo motore e trazione 
ed i sistemi di sicurezza attivi, questa scelta non è stata effettuata per sminuire l’importanza 
strategica dei dispositivi dedicati all’intrattenimento, navigazione e strumentazione, la cui 
richiesta da parte del mercato sarà sempre più massiccia come conferma anche lo studio citato 
in precedenza: “…The best growth prospects are emergine in several market niches, 
particulerly entertainment electronics (mobile internet, video and gaming systems), advanced 
navigation and collision avoidance systems, and power electronic, which are designed to 
handle and coordinate the rapidly growing electric power requirements of newer vehicles. 
Much of the expecte grown in OEM electronics demand derices from a changing perception 
of light vehicles, which are increasingly being viewed more as extensions of the consumer’s 
Cronologia 
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living environment than as strictly utilitarian machine…”, ma perché si vuole porre 
l’attenzione sulle relazioni esistenti tra meccanica ed elettronica. 
L’evoluzione dei sistemi di nostro interesse, a partire dalla loro prima apparizione fino 
ai giorni nostri può vantaggiosamente essere divisa in tre fasi, parzialmente sovrapposte, che 
si differenziano sia per le soluzioni tecnologiche adottate che per la diversa complessità dei 
sistemi realizzati, la Figura 4 mostra quale sia stata l’estensione temporale di ciascuna fase ed 
indica alcuni delle principali innovazioni. 
 
Figura 4 Evoluzione storica dei dispositivi elettronici 
FASE I  
Durante questa prima fase l’utilizzo dell’elettronica era limitato alla realizzazione di 
singoli dispositivi isolati che dovevano sostituire i loro equivalenti meccanici, realizzando le 
stesse funzioni, con lo scopo di incrementare l’affidabilità e diminuire la manutenzione 
necessaria. Le soluzioni costruttive adottate in questo periodo erano essenzialmente 
caratterizzate dall’utilizzo di componenti discreti come diodi e transistor e di circuiti integrati 
analogici.  
Soprattutto in questa prima fase la realizzazione di tali dispositivi progredì piuttosto 
lentamente, a causa della presenza di numerose resistenze di vario tipo che ostacolavano 
l’ingresso dell’elettronica, citiamo le principali: 
¾ costi inizialmente elevati; 
¾ comportamento conservativo dei costruttori; 
¾ insufficienti garanzie di affidabilità; 
¾ mancanza di specifiche e norme; 
¾ elevata ostilità per l’elettronica dell’ambiente in vettura. 
In particolare per quanto riguarda questo ultimo punto, si trattava di un problema di 
recente introduzione; i settori che sfruttavano da più tempo l’elettronica infatti erano 
caratterizzati da condizioni ambientali favorevoli se non addirittura appositamente realizzati. 
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La Tabella 2 da alcune indicazioni riguardo quali siano le condizioni ambientali nelle diverse 
zone che caratterizzano un autoveicolo. 
Tabella 2Condizioni ambientali sull'autoveicolo (Automotive electronic: where are we going?, R. 
dell'Acqua, F. Forlani) 
Posizione Temperatura Umidità a 40°C Vibrazioni 
Cofano nei pressi del radiatore -40/200°C 95% 20g,1kHz 
Cofano nei pressi dell’aspirazione -40/125°C 95% >100g 
Telaio posizione isolata -40/80°C 98% 2g,2kHz 
Telaio posizione calda -40/125°C 80% 2g,2kHz 
Telaio posizione estrema -40/175°C 98% >100g 
Abitacolo, pannello strumentazione -40/85°C 98% 1g,20kHz 
Abitacolo, fondo -40/85°C 98% 1g,20kHz 
Abitacolo, baule -40/105°C 98% 1g,20kHz 
FASE II 
La seconda fase cominciò quando l’introduzione dei circuiti digitali ed in particolare 
del microprocessore, rese possibile la realizzazione di sistemi che collegando i singoli 
dispositivi permettessero di realizzare funzioni più complesse, in grado non solo di sostituire 
la soluzione meccanica ma anche di fornire nuove prestazioni.  
Gli stimoli alla ricerca in questo campo non furono più dovuti alla ricerca di maggiore 
affidabilità, quanto più che altro alla necessità di ottemperare alle recenti normative sulle 
emissioni; oltre a questo fattore che senza ombra di dubbio fu il principale, stimoli per lo 
sviluppo di innovativi sistemi elettronici provennero anche: dagli innovativi risultati ottenuti 
per mezzo dell’elettronico in altri settori quali aeronautico, spaziale e militare, dalla riduzione 
in atto dei costi unitari dei dispositivi elettronici e dalla crescente familiarità con l’elettronica 
in genere. 
L’utilizzo di elettronica di tipo digitale 
ed in particolare del microprocessore portarono 
all’introduzione dei primi software, la 
definizione del comportamento del sistema 
infatti non era più determinata dalla 
realizzazione hardware ma necessitava di un 
codice di controllo; questa nuova introduzione 
incrementò notevolmente la flessibilità del 
sistema, facilitando il lavoro di armonizzazione 
con le caratteristiche dell’intero veicolo; la 
flessibilità subì poi un progresso ulteriore con 
la sostituzione delle memorie ROM, di sola 
lettura, con EPROM, E
2
PROM, FLASH che 
potevano essere riprogrammate in modo via via 
più semplice. I vantaggi della programmazione 
software ne causarono un costante aumento 
della complessità come è evidenziato dal grafico 
in Figura 5, incrementando notevolmente i costi 
per lo sviluppo di questo codice che, per 
assicurare sufficienti garanzie di sicurezza, deve essere realizzato con particolare cura. 
FASE III 
Figura 5 Evoluzione software di controllo della 
centralina di controllo motore Ford (Automotive 
electronics in th year 2000, G.Rivard) 
Cronologia 
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In questa ultima fase di sviluppo dell’elettronica nel autoveicolo si è passati alla 
realizzazioni di sistemi integrati di controllo veicolo; in questa fase i miglioramenti 
prestazionali non sono da ricercarsi nella introduzione di nuovi impianti a controllo 
elettronico, che comunque continuano ad essere sviluppati, quanto piuttosto a innovative 
logiche di controllo integrato degli impianti a controllo elettronico presenti. L’introduzione di 
un sistema integrato non richiede quindi l’installazione di nuovi dispositivi, se si escludono 
alcuni sensori, ma la realizzazioni di validi modelli del comportamento del veicolo e di 
logiche di controllo. 
L’importante aumento della complessità del software necessario al corretto 
funzionamento di questi sistemi richiedeva alcune determinanti innovazioni hardware: 
disponibilità di memorie capienti, superiori capacità di calcolo; questi sistemi cominciarono a 
essere sviluppati solo dopo l’introduzione di microprocessori a 16 bit, e la possibilità di 
comunicare tra le diverse centraline, la realizzazione negli anni ’90 delle reti CAN diede un 
forte stimolo in questa direzione. 
Con l’inizio di questa nuova fase sono cambiati anche gli obiettivi di sviluppo, pur 
rimanendo infatti un vincolo determinante la riduzione delle emissioni inquinanti, il maggiore 
interesse sulla sicurezza a partire dagli anni ’90, evidente confrontando i grafici in Figura 2 e 
Figura 3, e la crescente attenzione ai consumi in questi ultimi anni, sono i principali stimoli 
alla ricerca. 
In Tabella 3 è indicato l’anno di uscita in commercio dei principali dispositivi 
elettronici ed in parallelo le principali evoluzioni tecnologiche nel campo dell’elettronica. E’ 
importante tenere in considerazione il fatto che la data di introduzione nel mercato di un 
dispositivo non è direttamente connessa con quella della sua affermazione, che a seconda 
degli indirizzi legislativi e delle tendenze di mercato e dei costi realizzativi, può essere 
avvenuta in tempi estremamente brevi come per l’iniezione elettronica, oppure non essere 
avvenuta affatto come nel caso della ruote posteriori sterzanti, tecnologia applicata solo su un 
limitato numero di vetture. 
Tabella 3 Cronologia applicazioni elettroniche nei veicoli di serie 
Evoluzione tecnologica Anno Sistema  elettronico 
Invenzione transistor 1948  
Produzione industriale 
transistor 
1952
 1956 Semiconduttori per regolatori di alternatori 
Circuiti integrati 1959 Alternatori con diodi integrati 
 1959 Accensione a transistore 
Transistor MOS 1961  
Transistor MOS in circuiti 
integrati 
1965
 1967 Iniezione elettronica con misurazione di 
pressione  
 1968 Regolazione elettronica tensione circuito 
elettrico 
Microprocessore 4 bit 
mono-chip, EPROM 
1971 Accensione elettronica analogica 
Evoluzione dell’elettronica nell’autoveicolo 
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Evoluzione tecnologica Anno Sistema  elettronico 
Microprocessore 8 bit 1973 Iniezione elettronica con misurazione di 
portata  
 1974 Accensione elettronica digitale 
Microprocessore 8bit 
mono-chip,16 k DRAM 
1976 Controllo in loop chiuso del coefficiente di 
eccesso d’aria 
 1977 Controllo elettronico del minimo 
64k DRAM 1978 Impianto frenante antibloccaggio 
1979 Motormanagement elettronico
E
2
PROM, Ethernet 
standard 
1980 Controllo elettronico detonazione 
 1981 Sospensioni adattative “adaptative damper” 
Microprocessore 16 bit 
mono-chip, 256k DRAM 
1983 Sospensioni adattative “load levelling” 
 1983 Trasmissione meccanica automatizzata  
 1984 Accensione elettronica statica  
1M DRAM 1985 Sistema antislittamento ruote 
Microprocessore 32 bit 1985 Controllo elettronico sterzatura ruote 
posteriori 
 1987 Controllo elettronico servosterzo 
 1987 Controllo elettronico cambio variabile con 
continuità 
Memoria FLASH 1988 Iniezione elettronica Diesel a pompa assiale 
 1988 Comando elettronico acceleratore 
 1989 Variazione fasatura a comando elettronico 
 1989 Differenziale a controllo elettronico 
 1991 Protocollo per reti CAN 
 1992 Controllo elettronico ricircolo gas di scarico 
Circuiti microibridi 1994 Sospensioni semiattive 
 1994 Controllo elettronico valvola di wastegate 
1995 Servosterzo elettrico
 1995 Controllo elettronico della stabilità 
 1997 Iniezione elettronica Common Rail 
1998 Sospensioni Slow-active
 1999 Protocollo per reti LIN 
 2000 Regolazione elettronica ripartizione frenata 
 2000 Iniezione diretta benzina 
 2000 Adaptative Cruise Control 
Cronologia 
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Evoluzione tecnologica Anno Sistema  elettronico 
Microprocessore 64 bit 2001 Controllo elettronico fasatura 
 2002 Impianto frenante elettro-idraulico 
 
Evoluzione dell’elettronica nell’autoveicolo 
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Elettronica nel motore ad accensione comandata 
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Elettronica nel motore ad accensione comandata 
L’ingresso e la prima fase di sviluppo dell’elettronica nell’autoveicolo si è 
essenzialmente dedicata al controllo del motore ad accensione comandata e dei suoi ausiliari. 
Sebbene le condizioni che hanno portato all’introduzione sempre più massiccia di dispositivi 
elettronici siano state numerose, la necessità di limitare le emissioni nocive, in modo da 
rispettare le normative in vigore (Tabella 4) è stato senza dubbio il fattore preponderante, il 
rispetto di limiti sempre più stringenti, prima negli USA poi in Europa, ha infatti imposto 
l’introduzione dell’iniezione elettronica scavalcando le resistenze dovute a problemi di costo e 
di affidabilità ed incrementando notevolmente gli investimenti, in questo modo si è impressa 
una notevole accelerazione a tutto il settore elettronico non solo quello dedicato al controllo 
degli inquinanti. 
Tabella 4 Evoluzione dei valori limite alle emissioni per le auto passeggeri in g/kg 
1990 Inquinante 
concentrazione in g/km 
1978 1980 1987 
<1400cc >1400cc 
1993 
EURO1 
1997 
EURO2 
2001 
EURO3 
2005 
EURO4 
Monossido di carbonio 
(CO) 
33,3 27,1 21,2 11,1 7,4 2,72 2,2 2,3 1 
Idrocarburi 
(HC) 
22,2 1,9 - - - - - 0,2 0,1 
Ossidi di azoto 
(NO
x
) 
3,61 3,03 - - - - - 0,15 0,08 
Massa complessiva 
(HC+NO
x
) 
- - 5,8 3,7 2 0,97 0,5 - - 
A partire dal 1993 è introdotto un nuovo ciclo di prova con inclusione della partenza a freddo 
Anche altri fattori prendono parte allo richiesta di nuove soluzioni elettroniche in 
particolare: la ricerca di soluzioni sempre più affidabili che richiedessero una minore 
necessità di manutenzione ordinaria; la continua ricerca di soluzioni che forniscano 
prestazioni migliori a pieno carico, a carichi parziali e durante i transitori; infine la necessità 
di ridurre i consumi, la cui centralità nei piani di ricerca è sempre più importante a causa: 
della probabile emanazione di future norme sulla limitazione delle emissioni di CO
2
, e della 
crescente concorrenza dei motori Diesel che proprio nella loro economicità d’uso hanno il 
loro punto di forza. 
Generatori 
Per fornire al veicolo l’energia elettrica necessaria al suo funzionamento, e per 
mantenere una riserva di tale energia nella batteria, è necessario collegare al motore un 
generatore di corrente continua, che assorbendo potenza meccanica dal motore la converta in 
potenza elettrica. Per dare un’idea di quali siano le potenze richieste si mostrano nella Figura 
6 i consumi delle più comuni attrezzature elettriche installate generalmente su un comune 
autoveicolo in moto. 
Evoluzione dell’elettronica nell’autoveicolo 
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Come si nota, quindi, in particolari circostanze le condizioni di carico del generatore 
possono essere particolarmente gravose; per  sostenere questo compito fino alla fine degli 
anni cinquanta si erano utilizzati generatori di corrente continua che, pur svolgendo 
discretamente il compito loro richiesto presentavano i seguenti difetti: 
¾ Limitato intervallo di velocità angolari consentite 
¾ Difficoltà a fornire potenza utile quando il motore è al minimo regime di 
rotazione 
¾ Necessita di regolare manutenzione dovuta alla presenza del collettore 
¾ Rapido incremento di peso e ingombro al crescere della potenza richiesta 
Con il passare del tempo, questi difetti incrementarono i loro effetti negativi a causa 
della crescente richiesta di energia da parte dei sempre più numerosi dispositivi elettrici 
installati Figura 7, e dalla crescente quota di tempo che il motore, a causa del traffico cittadino 
in aumento, passava al minimo con veicolo fermo Figura 8; rendendo necessario installare 
generatori di dimensione sempre maggiori. 
Componenti elettrici
Attivi per lunghi 
periodi
Sempre attivi Attivi per brevi 
periodi 
Accensione 
20W 
Pompa carburante 
50…70W 
Iniezione elettronica 
70…100W 
Autoradio 
10…15W 
Luce laterale 
4W 
Luce strumentazione 
2W 
Luce targa 
10W 
Luce parcheggio 
3…5W 
Anabbagliante 
55W 
Abbagliante 
60W 
Riscaldamento 
20…60W 
Indicatore direzione
21W
Fendinebbia 
35..55W 
Stop 
18…21W
Luce interna 
5W
Motore avviamento 
800…3000W
Accendisigari 
100W
Tergicristallo post. 
30..65W
Clacson 
25..40W
Antenna elettrica 
60W
Tergicristallo 
60…90W 
Finestrini elett. 
150W 
Ventola radiatore 
200W 
Scalda lunotto 
120W 
Terzo stop 
21W 
Candeletta 
preriscaldo per 
diesel  
100W 
Figura 6 Consumi dei carichi elettrici installati sul veicolo 
Elettronica nel motore ad accensione comandata 
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Potenza generatore installato in auto di media clindrata
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1950 1960 1970 1980 1990 2000
Anni
W
 
Figura 7 Grafico potenza generatore installato in auto di media cilindrata 
Evoluzione tempo medio di attesa nelle guida cittadina
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1950 1960 1970 1980 1990 2000
Anni
P
e
r
c
e
n
t
u
a
l
e
 
t
e
m
p
o
 
d
i
 
a
t
t
e
s
a
 
Figura 8 Grafico tempo medio di attesa nella guida cittadina 
Alla fine degli anni cinquanta, la presenza sul mercato di diodi a semiconduttore 
sufficientemente affidabili, potenti ed a prezzi accettabili, ha permesso di utilizzare generatori 
di corrente alternata in serie con un raddrizzatore elettronico, che rendesse compatibile la 
corrente alternata trifase prodotta con la richiesta di corrente continua, secondo apparati aventi 
lo schema mostrato in Figura 9. 
Evoluzione dell’elettronica nell’autoveicolo 
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Descrizione sistema 
 
Figura 9 Schema alternatore con raddrizzatore a diodi 
1 Batteria 
2 Interruttore accensione 
3 Spia di avvertimento 
4 Circuito autoeccitazione 
5 Statore 
6 Rotore 
7 Raddrizzatore 
Interruttore accensione: Il campo magnetico residuo che rimane, a motore spento, 
all’interno del rotore non è sufficiente ad eccitare il circuito in partenza, risulta quindi 
indispensabile predisporre un circuito di pre-eccitazione all’avviamento. 
Spia di avvertimento: Questa spia rimane accesa fin tanto che il circuito di pre-
eccitazione rimane attivo, per informare il conducente che il generatore non è ancora in 
funzione. 
Circuito di autoeccitazione:  Passato il primo avviamento, questo circuito permette 
all’alternatore di autosostenersi, e a motore spento impedisce che la batteria induca un inutile 
passaggio di corrente all’interno dello statore. 
Statore: Componente fissa dell’alternatore dalla quale viene prelevata la corrente 
alternata prodotta; è costituito da tre avvolgimenti collegati a stella sfasati di 120° che 
generano una corrente trifase con andamento mostrato in Figura 11. 
Rotore: Componente mobile dell’alternatore che attraversato da corrente genera il 
campo magnetico rotante che induce la F.E.M. all’interno dello statore