La innovación tecnológica de la electrónica automotriz al descubierto

¿Qué es exactamente lo que se le viene a la cabeza cuando piensa en la electrónica automotriz? ¿Airbags de seguridad de alta tecnología, el sistema de música que se conecta a su iPod y la dirección del controlador electrónico? Está en el camino correcto, pero el coche de hoy tiene mucha más electrónica de la que probablemente se imagina. La electrónica automotriz incluye todo, desde la luz delantera y la luz de freno LED hasta el control del asiento dentro de su automóvil. Si lo piensa, cada módulo de su automóvil es un dispositivo electrónico de alta tecnología. Las primeras aplicaciones de la electrónica en los automóviles se debieron a una necesidad fundamental de controlar el motor, pero las últimas tendencias y avances revelan cómo ha evolucionado para brindar la experiencia de conducción más sofisticada a las personas. Será gratificante para usted conocer más sobre su vehículo y estar actualizado con las últimas tendencias tecnológicas. Esta publicación brindará algunos fundamentos profundos sobre la electrónica en los automóviles. ¡Así que apriete sus cinturones de seguridad y disfrute del viaje!

El papel de la electrónica automotriz en los automóviles

Debido a los sistemas electrónicos generalizados en las operaciones de automóviles, los fabricantes han podido mejorar el rendimiento de conducción, la eficiencia del combustible y la comodidad tanto del conductor como de los pasajeros. Es notable observar que la cantidad de componentes electrónicos aumenta progresivamente con el tiempo debido a la necesidad de mejorar todo, desde la eficiencia del combustible y la seguridad del conductor. Como resultado, más mecanismos se están transformando de sistemas mecánicos a electrónicos. Significativamente, en cuestión de alrededor de tres décadas, los vehículos de alta tecnología de la década de 1980 se han convertido en motores electrónicos para automóviles con sistemas controlados por computadora. Los coches ya no son solo un medio de transporte. Hoy en día, un automóvil moderno está equipado con casi cientos de sistemas electrónicos. La innovación en la tecnología de la electrónica automotriz ha convertido la mera conducción en una experiencia placentera sofisticada. Los sistemas integrados se han convertido en el núcleo de la arquitectura de cada automóvil. Se utilizan en bolsas de aire de seguridad, frenos antibloqueo, radio, sistema de música, telemática, capacidad de estacionamiento y mucho más. Además, cabe destacar que estas partes electrónicas pueden controlar digitalmente la mayoría de las operaciones de su automóvil. La integración de la electrónica en la ingeniería central de los automóviles, como el motor, la transmisión, los frenos y la dirección de control automático, continúan expandiéndose. Los sistemas electrónicos instalados en un automóvil se pueden clasificar como electrónica del motor, electrónica del chasis, electrónica del dispositivo de seguridad activa o pasiva, etc.

Subsistemas electrónicos en un automóvil

1. Encendido del motor

2. Inyección de combustible

3. Frenos antibloqueo

4. Control de dirección

5. Sistemas para evitar colisiones

6. Control de asiento

7. Aire acondicionado

8. Sistema de navegación

9. Controles de seguridad

10. Alarmas de seguridad

11. Controles de transmisión

12. Sistema de música

13. Luces de cabeza y laterales

El panel central del automóvil es la interfaz entre usted y su automóvil, que le ofrece la máxima comodidad y conveniencia en la punta de su dedo. Los componentes del panel central regulan la temperatura, los sistemas de navegación y varios sensores. Los bloques de conexiones tienen microcontroladores, triacs, circuitos integrados que integran los diferentes circuitos eléctricos que respaldan los componentes electrónicos en general.

Los dispositivos a bordo de un automóvil son administrados por su unidad central de control electrónico. La parte electrónica más relevante de un automóvil o de cualquier automóvil es el control de su motor, que funciona de acuerdo con mecanismos en tiempo real. La unidad de control del motor de un automóvil tiene un microcontrolador de 32 bits que generalmente controla el proceso de inyección de combustible, control de emisiones, control del turbocompresor y sistema de CA.

Últimas innovaciones en diseño de automóviles y electrónica automotriz

1. Waymo: Finalmente, después de años de experimentos, Google ha lanzado con éxito su automóvil autónomo. Waymo es el primer automóvil sin conductor que ofrece una experiencia de conducción autónoma segura. La empresa matriz Alphabet ha afirmado que pondrá a disposición del público los vehículos autónomos para finales del 2021. Tesla: el pionero en coches eléctricos. El Tesla Model S es uno de esos coches que son un auténtico lujo, totalmente eléctricos que son propulsados ​​por motores eléctricos. Se introdujo en junio de 2012. Nissan Leaf: El Nissan Leaf es el primer automóvil eléctrico de su tipo fabricado por Nissan en diciembre de 2010. Los paquetes de baterías del Nissan Leaf se pueden cargar de 0% a 80% de capacidad en solo 30 minutos usando carga rápida de CC. Honda Prius: El Toyota Prius es otro automóvil eléctrico híbrido desarrollado por Toyota en 1997. Está clasificado como uno de los automóviles más limpios con un mínimo de emisiones de smog.

El futuro de la electrónica automotriz en su automóvil

Esta creciente velocidad de innovación en electrónica para la industria automotriz allanará el camino para que los consumidores utilicen mejor su tiempo en tránsito para disfrutar de servicios novedosos. Como resultado, las personas tendrán más tiempo para invertir en actividades personales. Por lo tanto, un automóvil inteligente electrónicamente siempre tendrá características mejoradas. Es más cómodo, más seguro y más eficiente energéticamente. Los informes y estudios recientes sobre automóviles inteligentes afirman que más del 60% de los automóviles nuevos serán inteligentes a finales de este año. Si esto es cierto, entonces la cantidad de piezas electrónicas de consumo en los automóviles seguramente decidirá las características de su automóvil. Según BI Intelligence, aproximadamente 94 millones de automóviles inteligentes se enviarán a fines de 2021. Y, casi el 82% de todos los coches enviados para 2021 estarán conectados. Esto daría como resultado una tasa de crecimiento anual compuesta de casi el 35% de los 21 millones de automóviles conectados actuales. Por lo tanto, si se toma en serio la electrónica automotriz, ¡ahora es el momento de unirse al tren!

La visión global de los fabricantes de automóviles

La seguridad, el manejo, la propulsión y el entretenimiento son solo una muestra de los muchos sistemas que dependen de la arquitectura eléctrica y electrónica (E / E). Los conductores de hoy esperan que sus automóviles y camiones funcionen a la perfección durante el tiempo que los posean, pero no son conscientes de la complejidad subyacente del sistema nervioso electrónico que hace que todo funcione. La mayoría de los vehículos tienen más de un kilómetro de cableado, docenas de módulos de computadora y múltiples enlaces de datos en serie para implementar la funcionalidad exigida en el mercado actual.

Atrás quedaron los días en que el sistema electrónico de un vehículo controla solo uno o dos accesorios de alta gama. A medida que los vehículos se equipan con funciones más impulsadas electrónicamente como sistemas de navegación, radio satelital, bolsas de aire, control de clima y cierres de energía, el desarrollo de la arquitectura E / E ha evolucionado hacia un papel más destacado en la industria del transporte. Ahora, más que nunca, los fabricantes de vehículos necesitan un proveedor capaz de analizar sus necesidades y diseñar y fabricar sistemas completos para cumplir con todos los requisitos.

Enfocada tanto en la distribución eléctrica como en los componentes electrónicos, la metodología de diseño de la arquitectura E / E  ayuda a garantizar la selección óptima de redes de datos de vehículos, diagnósticos, tolerancia a fallas, particiones físicas / funcionales y distribución de energía y señales.

Como yo lo veo, el término arquitectura es apropiado para describir el proceso inicial de definir el sistema eléctrico y electrónico de un vehículo al principio del ciclo de su diseño. Así como un arquitecto maestro construye una casa o un edificio, nuestros ingenieros utilizan su experiencia, junto con herramientas de diseño patentadas, para crear un modelo virtual de la arquitectura E / E. Con herramientas de simulación y modelado por computadora, la dirección del diseño se puede verificar para cumplir con los requisitos del cliente en cuanto a costo, masa, eficiencia de empaque y más.

Toda esta minuciosa atención a los detalles en la fase de diseño vale la pena cuando se trata de fabricar un sistema E / E completo para los clientes. Hemos visto nuevos diseños que reducen la masa hasta en un 20% y el costo hasta en un 30%, todo mientras mejoran la funcionalidad. Los sistemas también presentan una mayor confiabilidad y una mejor compatibilidad con la línea de ensamblaje.

Por lo tanto, llamamos a un sistema E / E un integrador natural. Toca todas las áreas del vehículo, incluidos los entornos hostiles y las propiedades inmobiliarias densamente empaquetadas. La arquitectura E / E complementa la forma en que los fabricantes de automóviles quieren construir sus vehículos y cómo los conductores quieren que se desempeñen sus vehículos. Mejora aún más el embalaje para que los componentes eléctricos y electrónicos quepan en lugares más pequeños o más accesibles. En algunos casos, puede eliminar por completo la necesidad de componentes específicos, lo que genera ahorros significativos.

Los proveedores trabajan muy duro para reducir entre un 1% y un 3% el costo de sus componentes. Sin embargo, la magnitud de los ahorros disponibles a nivel de sistemas es mucho mayor, siempre que se utilice una metodología integrada para desarrollar la arquitectura.

Numerosos vehículos que ya se benefician de la experiencia en arquitectura E / E están circulando en Asia, Europa y América del Norte, a medida que los OEM descubren el valor de trabajar con proveedores que ofrecen una visión de la arquitectura E / E.

Resultado de todo ello, el vehículo inteligente.

El reconocimiento de gestos es la capacidad de un dispositivo para identificar una serie de movimientos del cuerpo humano. Esta tecnología electrónica se basa en la ayuda de una cámara y los dispositivos IC que identifican y escanean la escena en un perfil 2D o 3D. También utiliza la técnica de tiempo de vuelo (ToF), que consiste en enviar un haz de infrarrojos sobre el objetivo a analizar, lo que da como resultado la reflexión de la señal procesada por medio de la electrónica receptora.

Varias soluciones de CI, con la ayuda de algoritmos de software para el reconocimiento de gestos, crean un mapa de profundidad de las imágenes recibidas. Como resultado, pueden responder en tiempo real a los movimientos del cuerpo. Los algoritmos también incluyen una serie de funciones matemáticas para el reconocimiento facial y el seguimiento de la voz y los ojos.

En este frente, los automóviles se están volviendo rápidamente habilitados para cámaras. Aprovechando uno o varios sensores de imagen, las cámaras pueden representar el espacio tridimensional con la posibilidad de desarrollar productos que transformen los datos de imágenes en operaciones significativas.

Una tecnología clave habilitada por sensores es el reconocimiento de gestos, que ayuda a mantener la vista del conductor en la carretera mientras sigue controlando varias funciones de forma segura. En el mercado automotriz, la técnica ToF se considera una solución prometedora para implementar la tecnología de interacción de gestos (Fig. 1).

Figura 1

Los componentes básicos de un sistema de cámara ToF para el reconocimiento de gestos son el sensor de imagen, un lente objetivo y una fuente de luz de iluminación infrarroja que emite luz RF modulada. El procesador y el algoritmo del software escanean las imágenes para analizar el gesto y proceder al reconocimiento.

Los fabricantes de  automoción consideran esta novedosa tecnología muy prometedora para facilitar la conducción, tanto en fase autonoma como manual. Con ella podrá existir una interacción entre la electrónica de control del vehículo y la dinámica corporal de su conductor a través de los gestos. Otra de las muchas facetas del vehículo inteligente.

Los futuros diseños del interior de los vehículos serán más minimalistas y los botones analógicos desaparecerán casi por completo de la cabina.

Los conductores pueden esperar ver pantallas táctiles en la cabina, como las que los usuarios ya conocen desde su teléfono inteligente o tableta. La función de retroalimentación háptica de Bosch para pantallas táctiles utiliza diferentes estructuras de superficie para que sea más fácil orientarse por la pantalla, mejorando la facilidad de uso y la seguridad. Sus dedos encuentran intuitivamente la función que desea, casi por sí solos, por lo que no es necesario apartar la vista de la carretera.

Además de las superficies de visualización convencionales con control táctil, Bosch también está desarrollando los denominados elementos de "tecnología tímida". Estos incluyen pantallas ocultas que ocultan pantallas y tecnologías de interacción detrás de superficies que tienen, por ejemplo, un acabado de madera o fibra de carbono. En combinación con el sistema de monitoreo interior de Bosch, la interacción del usuario con el vehículo también puede tener lugar mediante gestos o movimientos oculares.

El objetivo final es siempre lograr una experiencia de usuario fascinante a través de elementos de control intuitivos y sin distracciones.

Pero la clave del vehículo inteligente no está sólo en la alta tecnología electrónica. La última generación de materiales inteligentes, también juega un papel fundamental en la composición de los vehículos de última generación.

Con el descubrimiento de los cristales piezoeléctricos, que por primera vez sacaron música de los tocadiscos, los hermanos Curie sentaron las bases físicas para adaptonic, abreviatura de "tecnología de estructura adaptativa". Las combinaciones de materiales que reaccionan y cambian de forma como resultado de factores externos, pero sin software ni circuitos eléctricos, son similares a los materiales piezoeléctricos. El truco es que los materiales cambian de forma repetidamente por sí mismos cuando se exponen a energía eléctrica, fuerzas magnéticas, calor y reacciones ligeras, de aire comprimido o químicas. Los materiales con memoria de forma, por ejemplo, toman una forma diferente a bajas temperaturas y luego vuelven a su forma original. El interior del automóvil, en particular, es un entorno ideal para tales materiales.

Pongamos como ejemplo los asientos de automóvil. En los últimos modelos, son piezas de sofisticado diseño, no por su estilo que, incluso a veces puede parecer clásico. Sin embargo, debajo de la tapicería hay una amplia gama de componentes electrónicos. Las aleaciones con memoria de forma se adaptan a los contornos individuales del cuerpo sin el uso de botones de ajuste manual o costosos dispositivos automáticos biométricos como el sensor de identificación de glúteos de Nissan. Los coches de pasajeros ya no necesitan una gran cantidad de cableado eléctrico. Por el contrario, los plásticos electroactivos generan energía eléctrica cuando se someten a fuerzas mecánicas y viceversa, literalmente, un motor y un sistema hidráulico, todo en uno. Además, utilizando una suela de zapato como ejemplo, un proyecto de Fraunhofer ha demostrado cómo el material puede convertirse en una minicentral eléctrica: cuando se ejecuta, el usuario genera suficiente energía eléctrica para operar dispositivos portátiles como teléfonos inteligentes o wearables. En el futuro, tal vez sea posible integrar dichos materiales en las ruedas de los automóviles, lo que les permitirá cargar la batería del automóvil durante el viaje.

Durante los últimos 130 años, los ingenieros de automoción han probado y utilizado una serie de materiales muy diferentes: el pionero de la automoción Gottlieb Daimler construyó su carro motorizado con madera, un material de construcción probado por el tiempo. Ridiculizado como un "coche de carreras de cartón", el Trabant fabricado en Alemania del Este se fabricó, a falta de alternativas, completamente de plástico. Hoy en día se utilizan principalmente acero, aluminio, carbono, aleaciones y materiales híbridos para carrocerías y cuadros, mientras que las fibras naturales (como el lino y el cáñamo) o los plásticos añaden valor al interior. El teflón, se utiliza para sellar la pintura y revestir las juntas. Los fabricantes, proveedores y científicos también están trabajando en soluciones cada vez más inteligentes. Para lograr esto, suministran materiales en su estructura molecular con conductores y componentes de red. Cuando está equipado con electrónica de control, los materiales pueden servir como sensores o adaptadores, pueden llegar a ser tan inteligentes que guarden su forma, aunque esta, llege ha ser modificada, vuelve a su forma original..

Construcción ligera: cada gramo cuenta
Uno de los temas principales en la industria automotriz es cómo hacer que los automóviles, pero especialmente los eléctricos, sean más livianos y, por lo tanto, más eficientes. La palabra "carbono" se utiliza repetidamente en este contexto. Aunque este "supermaterial" pesa sólo la mitad que el acero y aproximadamente un tercio menos que el aluminio, es caro. Aparte del complicado método de producción, el material puede astillarse sin control en un accidente y luego ya no puede repararse. Por tanto, el carbono tiene un uso limitado en la fabricación de automóviles a gran escala. Las aleaciones de aluminio mejoradas y los aceros sándwich son, por tanto, buenas alternativas para reducir el peso. Sin embargo, los métodos de fabricación convencionales, en particular, a menudo establecen límites estrictos a la construcción ligera.

Ahora enfoques totalmente nuevos, como los métodos de fabricación aditiva como la fusión y sinterización selectiva por láser, la impresión 3D, la estereolitografía y el modelado de deposición fundida, nos han acercado un paso de gigante al uso de principios de construcción naturales como estructuras de panal o celosía, que requieren una cantidad mucho menor de materiales y, por lo tanto, ayudan a conservar los recursos. Los estudios del vehículo "Light Cocoon" y "Soulmate" de EDAG, por ejemplo, consisten totalmente en una estructura de vehículo optimizada biónicamente en forma de esqueleto. El deportivo está cubierto con una piel exterior resistente a la intemperie de tejido de jersey de poliéster de tres capas desarrollado por el especialista en ropa para exteriores Jack Wolfskin. Aparte de su alto potencial para la construcción ligera, este tejido se puede utilizar para cubrir partes móviles como el spoiler. Copia todos los movimientos, lo que permite al conductor cambiar el tamaño del automóvil o adaptarse a las condiciones del viento presionando un botón.

 

 

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