jueves , septiembre 21 2017
Home / Artículos / La cooperación de subsistemas impulsa el automóvil del futuro

La cooperación de subsistemas impulsa el automóvil del futuro

El automóvil del futuro será una fusión de sentidos electrónicos controlados por un ordenador que no solo podrá controlar lo que sucede dentro del vehículo, sino también el entorno que lo rodea. Todo lo que éste aprenda influirá mucho más que la conducción del automóvil.

 Imaginemos que va conduciendo cuesta abajo en una calle con curvas a una velocidad bastante alta. Más adelante, y fuera del campo visual, un semáforo envía el mensaje de que se va a poner en rojo en poco tiempo y el vehículo se detendrá. El mensaje lo transmite otro vehículo que pasa en sentido contrario. Una vez que ha recibido el mensaje, el automóvil cambia a tracción eléctrica en lugar de permitir que el motor de combustión cargue la batería. Esto lo hace cuando ha determinado que tiene carga suficiente para seguir hasta que el semáforo cambia a verde y el motor principal del vehículo puede arrancar. El frenado regenerativo detiene poco a poco el automóvil, aprovechando la energía cinética para el almacenamiento temporal. A medida que el automóvil se acerca al semáforo, va reduciendo la velocidad. Espera un tiempo y vuelve a arrancar el motor de combustión para alejarse con más facilidad. Gracias a la información anticipada, los sistemas del automóvil cooperan para utilizar la mínima energía posible para realizar la maniobra. Incluso puede que el automóvil no tenga que esperar a que el semáforo se ponga en verde, sino que éste cambia cuando el vehículo se acerca.

Pero el automóvil se beneficia del ahorro conseguido al no arrancar el motor de combustión sin necesidad y aprovechando el terreno. Mediante la planificación de estos avances, los fabricantes de vehículos esperan mejorar la experiencia de conducción y construir automóviles que consuman mucho menos de lo que es factible con las técnicas convencionales de gestión del motor. Para conseguirlo, se necesita la colaboración entre numerosos subsistemas electrónicos. Esta colaboración va desde los sensores externos hasta los transistores de potencia alojados en el sistema de propulsión. Los sistemas de propulsión están evolucionando rápidamente según avanza la electrificación en el diseño de vehículos. Una de sus consecuencias es el incremento de la tensión utilizada para distribuir la electricidad por todo el vehículo. Tras décadas de sistemas de 12 V, ahora se ha pasado a los motores de 48 V y más. Este aumento de la tensión reduce el despilfarro de energía y permite usar componentes más eficientes en una gran variedad de subsistemas.

Por ejemplo, los faros de alta intensidad de descarga (HID) y los sistemas de inyección directa de combustible usan fuentes de 100 V y más. La electrónica de potencia localizada, como los MOSFET o los IGBT de alta tensión y sus controladores de puerta correspondientes pueden utilizarse como suministro. Pero si se pasara a tensiones de distribución superiores se podría reducir el número total de componentes. La incorporación de motores de CA de tracción aumentará la demanda de transistores de potencia capaces de bloquear tensiones de más de 1 kV, mientras funcionan a varios cientos de voltios. Los IGBT, como los fabricados por Infineon Technologies y Semikron, ofrecen la capacidad de tensión de ruptura y de control de potencia necesaria para utilizar estos nuevos sistemas. El requisito fundamental es un sistema de tracción bidireccional CA/ CC que combine un motor eléctrico CA con un inversor y un circuito cargador de batería. En modo motor, una fila de IGBT puede canalizar 100 kW o más al motor a través del módulo inversor desde la batería o el motor de combustión. Cuando frena, el motor CA sigue girando y actúa como generador, canalizando la potencia de nuevo hacia la batería.

Otros sistemas de recuperación de energía —en el tubo de escape, por ejemplo— ofrecen oportunidades de tratar eficientemente la pérdida de calor. Las unidades de control electrónico (ECU) necesitan unos MCU de alto rendimiento para el procesamiento de señales complejas dentro de las unidades de control del motor y el convertidor. Algoritmos como los filtros Kalman y la transformación espacio-vector de Park-Clarke ayudan a garantizar que los flujos en las tres fases del motor se calculen correctamente y se equilibren adecuadamente cuando el motor gira. Los MCU con motores con procesador digital de señales (DSP) proporcionan la potencia necesaria para dichas funciones. Por ejemplo, el Piccolo TMS320F2806x incluye una unidad de cálculo complejo que acelera el tipo de cálculos necesarios para procesar los componentes de corriente reales e imaginarias encontradas en las transformaciones espacio-vector.

A través de la red de automoción, el MCU recibe mensajes de los ordenadores de alto nivel del vehículo. Los mensajes contienen información sobre las condiciones del tráfico que determinarán de qué forma va a fluir la energía hacia y desde el motor. El centro del sistema que envía dicha información es el sistema avanzado de asistencia al conductor (ADAS). ADAS es una compleja plataforma multiproceso que reúne información de los numerosos sensores del vehículo, transmisiones de otros vehículos y dispositivos de la carretera, además de los sistemas internos del vehículo. Plataformas como la familia SoC R-Car de Renesas combinan procesadores ARM de 32 o 64 bits con aceleración de gráficos 3D y procesado de vídeo. El motor de gráficos es importante en aplicaciones como la visión de 360°. Varias cámaras con objetivos gran angular montadas en el vehículo captan imágenes separadas que deben combinarse. El procesador gráfico proporciona las funciones de distorsión de imagen necesarias para proporcionar al conductor un vídeo coherente del entorno del automóvil. A medida que los vehículos se automatizan, entre sus funciones está la localización: ADAS utiliza cámaras y otros sensores para casar lo que ve con los mapas internos que le permiten planificar la ruta con una precisión de centímetros. Además de ayudar a una conducción segura, la localización es un elemento clave para que el vehículo consuma la mínima energía durante un desplazamiento.

Al observar el estado del tráfico y tomar decisiones sobre las necesidades de energía con mucha antelación, puede predecir el cambio de marchas y los perfiles de aceleración/frenado más convenientes. La conexión de estos subsistemas creará una red segmentada de varios niveles diseñada para respaldar el control en tiempo real sin añadir un peso excesivo de cables al vehículo. El nivel superior de conexión será en forma de Ethernet, optimizado para el complicado entorno eléctrico del interior del vehículo, además de para comunicación en tiempo real. Ethernet AVB, respaldado con dispositivos como la plataforma RCar de Renesas, puede garantizar intervalos de tiempo para mensajes importantes, como los que llegan y salen de las ECU responsables de controlar el motor. Para gestionar las interferencias eléctricas, el protocolo Ethernet de 100 Mbits/s para automoción utiliza un acondicionamiento especializado de señales basado en el estándar ABIERTO Alliance.

A medida que las cámaras y los sensores se hacen más complejos, es probable que se terminen adoptando los PHY DE 1 Gbit/s. Sin embargo, la capacidad para utilizar la conmutación en una arquitectura de árbol permitirá el despliegue del ancho de banda donde se necesite a corto y medio plazo. En esto se diferencia de MOST, que requiere que los dispositivos se conecten a un anillo de 150 Mbit/s. Para garantizar la integridad de las señales, los interfaces de red de automoción utilizan conectores que son mucho más robustos que los utilizados en los sistemas de TI de oficinas. Las puertas de enlace controladas por MCU optimizados para redes transmitirán las órdenes desde la estructura Ethernet central a las redes más especializas que van desde FlexRay hasta CAN y LIN.

Las mejoras en CAN gracias a la modificación de la velocidad de datos flexible (FD) ayudan a garantizar la longevidad del bus de control de automoción en tiempo real. CAN FD soporta velocidades de datos superiores a 1 Mbit/s, por lo que los fabricantes de automóviles pueden consolidar varios buses CAN en unos pocos. Este cambio ayuda a reducir la complejidad del cableado y a mejorar la conectividad entre subsistemas que van a tener que colaborar más estrechamente. Transceptores como el Microchip MCP25612FD han entrado en el mercado. Para facilitar su desarrollo y la integración, analizadores de protocolos como el WS10 para instrumentos LeCroy ahora aceptan CAN FD. Los vehículos del futuro van a depender de una serie de subsistemas cuidadosamente integrados que colaboren para cumplir la promesa de una conducción más satisfactoria y de una gran eficiencia en el consumo de combustible. Las tecnologías que lo harán posible ya existen, desde los motores de alto rendimiento hasta los últimos avances de las redes de control en tiempo real.

http://es.rs-online.com/web/



Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *



Podría interesarte

Comunicaciones Inalámbricas — El Progreso de 5G

Este documental explora la evolución y los retos que vienen con un mundo más conectado. …

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.

ACEPTAR
Aviso de cookies