¿Cómo desarrollar componentes inteligentes para vehículos?

El sector de la automoción está en plena transformación y está claro que los componentes que no puedan ofrecer las prestaciones que requieren los principales fabricantes se quedarán atrás. Consultoras como McKinsey & Company en su informe “Automotive software and electronics 2030” resalta el crecimiento los próximos diez años del mercado de software para automoción y de componentes eléctricos y electrónicos (E/E).

La electrificación de componentes tradicionales es uno de los puntos clave en los requerimientos de los nuevos vehículos y  la base para convertirlos en componentes inteligentes dotados de nuevas funcionalidades que respondan a las nuevas formas de movilidad.  Estos nuevos conceptos de movilidad (eléctrica, autónoma, compartida, conectada) aunque son un reto al que se enfrenta el sector de la automoción, suponen una oportunidad para la implementación de nuevas tecnologías en los componentes tradicionales que permitan su sensorización, modulación, actuación y/o control,  es decir, el desarrollo de componentes inteligentes.

Esta tendencia en la incorporación de componentes inteligentes es claramente un driver tecnológico en el sector, como así  lo indican los roadmaps tecnológicos de las diferentes plataformas, entidades u organismos relacionados.

Para no quedar fuera del mercado, los fabricantes de componentes y sistemas mecánicos tradicionales deben incorporar nuevas tecnologías (sensores, actuadores, electrónica de potencia, sistemas de control, software, comunicaciones) y evolucionar hacia nuevos sistemas y componentes inteligentes y activos que respondan a las necesidades de los nuevos vehículos.

El grado de ‘inteligencia’ a implementar en los nuevos desarrollos puede ser diferente e ir evolucionando, tal como se refleja en el gráfico siguiente.

Implementaciones para el desarrollo de componentes inteligentes

Sensorización de componentes/sistemas mecánicos

Integración de sensores que aporten información sobre variables externas o internas al propio sistema (velocidad, fuerza, temperatura, vibración, etc.) con el objetivo de mandar información a otros sistemas o como monitorización de su estado (SHM Structural Health Monitoring / CBM Condition Based Monitoring). Además de la selección e integración de los sensores, estos proyectos pueden incluir el sistema de procesado de dichas señales (hardware y software, Edge Computing), tecnologías de energy harvesting (alimentación de los sensores) y comunicaciones (bus o wireless).

Implementación de sistemas de regulación/control de actuación en sistemas mecánicos

En base a variables externas o internas (input de sensores de otros sistemas o integrados en el mismo) o simplemente recibiendo una consigna externa, el sistema actúa de manera controlada, regulando su fuerza, presión, velocidad, etcétera,  fundamentalmente, a través de sistemas/actuadores eléctricos. Estos proyectos pueden incluir desde la selección y/o diseño y desarrollo del sistema eléctrico de actuación (motores eléctricos, electroválvulas, etc.) y de sensorización, la selección y/o el diseño del sistema electrónico de control (ECU), el desarrollo del software de control (con mayor o menor alcance en función del grado de ‘independencia’ y/o complejidad del sistema (principal o auxiliares), pudiendo llegar a la programación de ECU’s así como comunicaciones.

Sistemas inteligentes

Desarrollo de funciones avanzadas mediante programación de software y algoritmos de control (alta dinámica y alta precisión) para componentes inteligentes en sistemas de actuación (dirección, freno, suspensión) y/o de asistencia a la conducción (ADAS). Aplicación de metodologías de diseño (MBSE Model-based Systems Engineering) y verificación (X-in-the-Loop).

Sistemas conectados y sistemas de sistemas

Integración de los componentes inteligentes por parte de los fabricantes (OEM’s), e implementación de tecnologías de comunicaciones, sistemas distribuidos e inteligencia artificial.

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Por tanto, los componentes de mayor valor añadido en los nuevos vehículos son los componentes inteligentes, asociados a la incorporación de electrónica y software, considerando la instalación de sensores (estándar y nuevos), la mayor capacidad de procesado y los nuevos requerimientos de gestión de sistemas. Esto significa un aumento de la complejidad en el diseño e integración del software con los elementos del vehículo, sin olvidar por supuesto las variables: coste, seguridad y fiabilidad y time-to-market.

Por tanto, este nuevo escenario va a implicar tanto la necesidad de integrar nuevo conocimiento en la industria de componentes, mediante la incorporación de nuevos perfiles profesionales, como el desarrollo y aplicación de metodologías avanzadas de diseño, desarrollo y validación de sistemas complejos.