Realice desarrollos de automoción más rápidamente con las placas base y adaptadoras de Rutronik System Solutions
Autor: Stephan Menze, Director de Gestión Global de la Innovación de Rutronik
Eficiencia, seguridad y confort: estas tres características están en el centro de la actual fase de cambio de la industria automovilística, junto con el importante tema de la e-movilidad, por supuesto. Los vehículos modernos deben ofrecer a sus conductores la mejor experiencia de conducción posible. Para alcanzar este objetivo, los fabricantes de vehículos confían plenamente en las innovaciones tecnológicas que están cambiando radicalmente la forma en que conducimos y utilizamos los vehículos. Sin embargo, esto requiere no sólo una visión general de los componentes más avanzados disponibles, sino también el conocimiento de cómo estos componentes pueden interactuar entre sí, y todo ello en el menor tiempo de desarrollo posible. Al fin y al cabo, el tiempo y la mano de obra son los principales factores de coste en los diseños complejos. Con el fin de crear un potencial de eficiencia tangible para los clientes, Rutronik System Solutions ofrece una variada selección de placas base y adaptadoras que son adecuadas para una amplia gama de pruebas de concepto y, por supuesto, integran los últimos componentes disponibles en la cartera del distribuidor. El siguiente artículo muestra las ventajas que ofrecen la placa base RDK4 y la placa adaptadora RAB3 para aplicaciones de radar y la RAB4 para soluciones RTK.
La placa base RDK4 ayuda a lanzar aplicaciones al mercado más rápidamente en el desarrollo de unidades de control de motor cualificadas para automoción y es ideal para análisis de viabilidad. La pieza central es el microcontrolador Infineon PSoC™ 4100S Max. Además del microcontrolador certificado para automoción, los desarrolladores también encontrarán un chip base del sistema (SBC) y las interfaces de automoción más importantes CAN-FD y LIN en el espacio más reducido. De este modo, un gran número de componentes relevantes para el desarrollo de unidades de control del motor ya están instalados en la placa base compacta, de modo que una gran parte de todas las aplicaciones en el campo de las unidades de control del motor se pueden probar y realizar en detalle sin tener que pedir y montar el hardware por separado.
Cualquiera – O: ¿Por qué no ambos?
Además del microcontrolador, el Infineon OPTIREG™ Mid-Range+ integra un SBC, que es crucial para la fuente de alimentación cualificada para automoción (entrada/salida de alto voltaje), ya que el microcontrolador por sí solo no podría gestionar esta . Esta combinación en una sola placa es uno de los argumentos de venta exclusivos del RDK4 y está dirigido específicamente a los desarrolladores de automoción, ya que casi todos los proyectos de automoción llevan instalado algún tipo de SBC junto con un microcontrolador. Los fabricantes suelen ofrecer kits de desarrollo para el SBC o el microcontrolador.
Tensión y eficiencia
Generalmente se utilizan 12 V o 24 V (camiones) para los sistemas eléctricos de los vehículos, pero los picos de tensión en estos sistemas pueden ser significativamente más altos, especialmente al encenderse y apagarse. Para garantizar la funcionalidad y la seguridad del sistema, las tensiones de funcionamiento más elevadas no deben ser un problema durante periodos cortos. Por ello, el RDK4 se ha diseñado para que las entradas analógicas puedan tolerar y medir tensiones de hasta 42 voltios, sin necesidad de hardware adicional. El propio microcontrolador suele funcionar con una tensión de cinco voltios.
Uno de los retos recurrentes en el desarrollo de sistemas para vehículos es la creciente complejidad y número de unidades de control, que a menudo permanecen permanentemente conectadas a la red eléctrica. Para evitar que los consumidores, como los sistemas de alarma, descarguen involuntariamente la batería del vehículo cuando éste está apagado, existen requisitos y normativas claros sobre lo elevado que puede ser el consumo de energía de una ECU en modo de espera. Con el RDK4, es posible utilizar puentes para medir el consumo de energía del sistema o subsistema y reconocer exactamente qué aplicación o componente consume cuánta energía en qué modo de funcionamiento. Dado que el nivel máximo de consumo de microamperios permitido se define en todas las especificaciones de las unidades de control, los fabricantes de equipos originales de automoción se enfrentan al reto de encontrar soluciones que combinen confort, seguridad y eficiencia energética y no acorten innecesariamente la vida útil de las baterías de los vehículos.
SBC garantiza un desplazamiento seguro
Una fuente de alimentación cualificada para automoción integrada a través del SBC en el RDK4 garantiza que el microcontrolador se encienda y apague de forma segura. Este componente es especialmente importante, ya que en el momento en que un vehículo arranca, la tensión del sistema eléctrico del vehículo desciende. Si faltara este componente, el microcontrolador se encendería y apagaría esporádicamente en caso de duda. En el peor de los casos, esto podría provocar graves averías en todo el sistema. Por este motivo, siempre hay que asegurarse de que el microcontrolador se encienda de forma segura a una tensión determinada y se apague de forma segura por debajo de una tensión definida.
Todo lo que pueda necesitar: el «buffet» de desarrolladores
Gracias a la interfaz Arduino, la placa de desarrollo puede combinarse fácilmente con placas adaptadoras de Rutronik System Solutions. El concepto modular permite una gran variedad de enfoques para realizar proyectos de desarrollo de forma rápida, rentable y sencilla, pero sin dejar de ser técnicamente sofisticados.
Esto permitiría integrar en el sistema del vehículo una aplicación muy discutida en el campo de los ADAS, la dashcam, en cumplimiento del GDPR: Si la cámara está conectada a sensores de radar, los sensores integrados sólo activan la grabación cuando prevén una colisión, porque los vehículos se dirigen el uno hacia el otro por el mismo carril. Sin embargo, el radar también podría considerarse para el control gestual sin contacto del sistema de infoentretenimiento: la placa adaptadora RAB3 ofrece un entorno de pruebas adecuado. En el centro de la RAB3 se encuentra el micromódulo sensor inteligente de 60 GHz de Nisshinbo. La tecnología de sensores de radar a 60 GHz es una solución de medición sin contacto y de alta precisión que puede utilizarse para realizar aplicaciones como la medición de distancias o el recuento de personas utilizando sensores de distancia, ángulo y detección de estado basados en la onda milimétrica en la banda de 60 GHz. Con el sensor de radar Infineon XENSIV™ 60GHz, un discreto IC de radar complementa el diseño del RAB3: Gracias a su pequeño factor de forma y bajo consumo de energía, este sensor de radar de 60 GHz tiene una antena de transmisión y tres de recepción. La antena en forma de L permite realizar mediciones de ángulos horizontales y verticales.
Ventajas de la tecnología de sensores de radar:
- Alta sensibilidad: se detectan movimientos submilimétricos
- Altísima precisión en la detección de micro y macro movimientos: Cooperación segura entre personas y máquinas mediante el reconocimiento, el seguimiento y la segmentación de la presencia humana.
- No hay grabaciones de imágenes clásicas: Seguridad con respecto al GDPR
- Instalación detrás de determinados materiales:
- Diseño invisible
- Fácil de limpiar
- A prueba de manipulaciones
Autonomía al aire libre
Los sueños de Knight Rider de un coche totalmente autónomo -es decir, de nivel 5- siguen esperando su realización definitiva. En la actualidad, muchos desarrollos se sitúan en los niveles 2 a 4, en los que el vehículo puede conducirse solo en determinadas situaciones, pero el conductor sigue teniendo que intervenir. La cinemática en tiempo real (RTK) puede utilizarse con este fin para mejorar notablemente la precisión de la navegación del vehículo. En combinación con otros sensores como lidar, radar, infrarrojos y cámaras, la RTK ayuda a proporcionar una percepción precisa y fiable del entorno del vehículo. Esto es especialmente importante en entornos urbanos y durante maniobras de conducción complejas. El RTK también aumenta la seguridad al garantizar que el vehículo conoce su posición exacta con respecto a otros usuarios de la carretera y a los obstáculos. Esto es crucial para las funciones de los sistemas ADAS y de conducción autónoma, como el asistente de mantenimiento de carril y el asistente de frenada de emergencia. Sin embargo, las aplicaciones RTK se centran exclusivamente en zonas exteriores; para zonas interiores -que también incluyen túneles largos o aparcamientos (subterráneos)- se necesitan soluciones de sensores adicionales.
Los expertos de Rutronik System Solutions y del Wireless Competence Centre han desarrollado la RAB4 para ayudar a los clientes que se imaginan utilizando RTK para sus aplicaciones pero dudan de la complejidad de un sistema correspondiente. Gracias a los cabezales Arduino, la placa adaptadora también se puede combinar con la placa base Rutronik RDK4 y las placas adaptadoras disponibles anteriormente. La RAB4 también cuenta con todas las interfaces relevantes, como UART y USB-C. En el centro de la placa se encuentra el módulo GNSS UM980 de Unicore, un módulo de posicionamiento RTK multiconstelación/multifrecuencia de alta precisión basado en el SoC GNSS NebulasIV. Es compatible con todas las constelaciones y frecuencias disponibles actualmente (GPS/BDS/GLONASS/Galileo/QZSS). Con una frecuencia de actualización de datos RTK de 50 Hz, el módulo es compatible con PPP, incluidos E6 HAS y BDS B2b. La tecnología de inicialización RTK instantánea, el rechazo y detección de interferencias de banda estrecha de 60 dB y la tecnología de posicionamiento de estación única SA de alta precisión garantizan una conexión estable y rápida. Para que los desarrolladores puedan poner en funcionamiento el RAB4 de inmediato, Rutronik suministra gratuitamente una tarjeta SIM (con 100 MB de volumen de datos) para el conector de tarjeta NanoSIM integrado de JAE.
Para utilizar la tecnología RTK de forma completa e independiente, se requiere una conexión a Internet, que se habilita mediante el segundo elemento central, el módulo GNSS Cinterion LTE C1 ThreadX de Telit con fallback 2G/3G. Este módulo ofrece una plataforma 3GPP rel10 de primera clase y ya está diseñado para funciones MTC según 3GPP Rel.12. Permite una fácil integración con periféricos y actuadores a través de USB 2.0 HS, UART y GPIOs personalizables. Las pilas TCP/IP y UDP/IP integradas garantizan una transmisión de datos rápida e ininterrumpida.
En función de los requisitos de la aplicación prevista, las antenas requeridas deben ofrecer un rendimiento diferente. Por este motivo, el RAB4 dispone de tres antenas diferentes de 2J para que sea fácil probar qué modelo se ajusta mejor durante la fase de desarrollo previa:
- Antena celular de montaje magnético 4G LTE/3G/2G MIMO (2J6924MA): Especialmente desarrollada y ajustada para la tecnología inalámbrica MIMO, la antena de doble cable es capaz de transmitir y recibir más de una señal de datos simultáneamente a través de la propagación multitrayecto. Con su grado de protección IP67/IP69, también es adecuada para aplicaciones en entornos más robustos, como maquinaria agrícola.
- Antena de cúpula GPS/GNSS/SBAS/RTK/L1/L2 con montaje magnético (2J7C01MC2F): impresiona por su gran precisión y exactitud en el rango centimétrico gracias a la combinación del Posicionamiento Puntual Preciso (PPP) L1 y L2 con RTK. Este componente es una opción ideal para aplicaciones de topografía terrestre e hidrográfica en particular, ya que utiliza la corrección de errores en tiempo real al tiempo que mantiene los datos de posicionamiento a nivel centimétrico.
- Antena domo GPS/GLONASS/BeiDou/QZSS/Galileo/IRNSS/L1/L5 (2J7C01MC3F): también está diseñada para tecnologías de señalización avanzadas y de alta precisión y cubre todas las bandas GNSS importantes. Esta antena de alto rendimiento convence por su bajo consumo (48 mW) y su alta eficiencia constante. También en este caso, la clase de protección IP67/IP69 permite su uso en entornos exigentes.
Pruebas de concepto para el futuro de la tecnología del automóvil
La integración de tecnologías de conducción autónoma, control eficiente del motor y sistemas avanzados de asistencia al conductor está revolucionando la industria del automóvil. Estos avances no sólo ofrecen mayor comodidad y eficiencia, sino que también aumentan la seguridad vial. Sin embargo, el desarrollo y la integración continuos de estos sistemas también plantean nuevos retos a desarrolladores e ingenieros, que deben superarlos con soluciones innovadoras y tecnologías avanzadas. El futuro de la electrónica del automóvil es brillante y seguirá ofreciendo avances apasionantes y nuevas posibilidades. Y con las placas de Rutronik System Solutions, el plazo de comercialización de estas opciones puede acortarse considerablemente: el proceso de desarrollo suele comenzar con la elección de un microcontrolador y los desarrolladores de hardware empiezan a diseñar su propia placa. Dependiendo de la disponibilidad de los componentes necesarios, este proceso puede durar varios meses, en detrimento del tiempo necesario para desarrollar el software. A menos que los desarrolladores de software utilicen placas como la RDK4, la RAB3 o RAB4 para trabajar en las especificaciones de software y probar las funciones en paralelo. La ventaja: en cuanto el departamento de hardware ha terminado su desarrollo, la aplicación puede finalizarse casi sin problemas, ya que el software también se ha completado ya, salvo pequeños ajustes.
Otro punto a favor: Con el fin de proporcionar a los desarrolladores de software el mejor soporte posible, la RDK4 – al igual que las otras placas base y adaptadoras de Rutronik System Solutions – está integrada en el entorno de desarrollo ModusToolBoxTMde Infineon, que contiene un gran número de herramientas de desarrollo, librerías y activos de ejecución embebidos para microcontroladores Infineon, así como kits de desarrollo. Con el paquete de soporte de placa, que Rutronik System Solutions proporciona con la placa base, los desarrolladores reciben una completa descripción y documentación (archivos de diseño de PCB, BOM) que define la placa y todas las E/S en términos de hardware. Por ejemplo, es fácil ver a qué conjunto de pines está arraigada una interfaz. Por tanto, ya no es necesario dedicar tiempo al estudio de hojas de datos y esquemas.
