Sistemas de conexión y transmisión de datos en las redes de a bordo modernas

¿Cómo se preparan los proveedores de la industria automotriz para los últimos avances?

Los vehículos modernos dependen enormemente de la electrónica. Sobre todo para aquellas funciones que son críticas para la seguridad, como el frenado y la dirección, es imprescindible contar con soluciones de transmisión de datos de alto rendimiento para procesar en tiempo real los datos que proporcionan los sensores y las cámaras. A continuación veremos con más detalle los sistemas y las tecnologías que se utilizan en este ámbito.  

De conductor a pasajero: la conducción autónoma influye en los requisitos que se les exigen a las redes de a bordo modernas

Las tecnologías de transmisión de datos desempeñarán un papel cada vez más importante en las generaciones de vehículos del futuro. Con la evolución hacia la conducción autónoma, aumentará enormemente la demanda de sistemas de asistencia al conductor (ADAS) y, con ello, el número de conexiones de datos y las velocidades de transmisión necesarias. El objetivo es alcanzar un nivel cada vez mayor de conducción autónoma. Especialmente el uso cada vez más extendido de sensores (Lidar y radar) y de cámaras requiere una transmisión de datos rápida y altamente precisa. La resolución de las cámaras aumenta de forma continuada y la calidad HD empleada hoy en día va a seguir evolucionando. Los datos tienen que transmitirse a las unidades de control y evaluarse en tiempo real. Los tiempos de latencia tienen que ser muy bajos para garantizar la seguridad en sistemas críticos como, por ejemplo, el sistema anticolisión. Para evitar los accidentes y los posibles daños personales y materiales, los tiempos de latencia no pueden ser elevados. 

Asimismo, también es fundamental una transmisión de datos rápida y segura entre el vehículo y la infraestructura (comunicación V2X). Precisamente una reacción inmediata ante las influencias ambientales es imprescindible para los sistemas inteligentes de gestión del tráfico, en combinación con la conducción altamente automatizada. De este modo se pueden evitar desde el principio los posibles atascos y retenciones en el tráfico.   

Además, con la integración de sistemas de Infotainment extremadamente amplios aumentarán rápidamente las velocidades de transmisión de datos necesarias, especialmente para visualizar contenidos en streaming en pantallas de alta resolución de 8K. En este caso, no solo tiene que garantizarse el funcionamiento de la propia pantalla, sino también la recepción y la transmisión de los datos multimedia al dispositivo para evitar que las imágenes se vean pixeladas o entrecortadas en la pantalla.

Seguridad y sostenibilidad en la cadena de suministro

La creciente relevancia de las soluciones de transmisión de datos en las redes de a bordo modernas hace que un suministro fiable de los componentes correspondientes ocupe un lugar central para la industria automovilística. Especialmente desde la pandemia del coronavirus, los proveedores se enfrentan a enormes desafíos a la hora de garantizar la estabilidad en las cadenas de suministro. El enfoque tradicional «Just in time» con el objetivo de mantener un stock lo más reducido posible fue enormemente cuestionado a raíz de esta crisis. Los cuellos de botella en el suministro de los semiconductores y otros materiales críticos provocaron paradas de la producción. Para minimizar estos riesgos, las empresas apuestan cada vez más por estrategias de «Right Shoring», en las que la producción y la adquisición se desplazan a regiones con una relación óptima coste-riesgo. Además del clásico «Nearshoring» a México o a países de Europa del Este, también se contemplan países como Vietnam, Tailandia y Brasil como puntos de producción alternativos de componentes de vehículos. El objetivo de esta diversificación es evitar los cuellos de botella y reducir la dependencia de una única región, como por ejemplo, China. Además, también se apuesta por una amplia gama de alternativas adicionales (2nd y 3rd source) para tener un respaldo en caso de problemas en el suministro. Otro aspecto importante de la gestión de compras es la digitalización de la cadena de suministro. Las empresas invierten cada vez más en tecnologías que permiten la monitorización de las cadenas de suministro en tiempo real. Estas medidas ofrecen transparencia a lo largo de todo el proceso, desde los proveedores de las materias primas hasta los procesos logísticos.  

Las empresas OEM están estableciendo directrices conjuntas para los proveedores. El principio rector para mejorar la sostenibilidad en la cadena de suministro se centra especialmente en la implantación de una economía circular cerrada y en las materias primas empleadas. En este contexto, la reducción de la cantidad de desechos y la reutilización y el reciclaje de los materiales se encuentran en primer plano. Actualmente, las empresas OEM ya lo exigen en sus condiciones de suministro y sus documentos de requisitos. Con ello, el uso respetuoso de los recursos a través de la reutilización y el ahorro de material en la fabricación cobrará una importancia cada vez mayor para los proveedores.

Manejo de las interferencias electromagnéticas (CEM)

En los vehículos con motores de combustión convencionales, el problema de la compatibilidad electromagnética no es tan grave, ya que solo existe peligro de descarga de la batería durante el arranque. Sin embargo, este tipo de problemas aumenta drásticamente en los vehículos eléctricos, con sus potentes motores eléctricos. Una de las causas son los convertidores que llevan instalados y sus diferentes niveles de voltaje. En el peor de los casos, la incompatibilidad electromagnética puede provocar una avería grave en un aparato eléctrico. Por ejemplo, cuando determinados teléfonos móviles se acercan al volante, puede saltar el Airbag. Para aumentar la compatibilidad, se utilizan preferentemente, por ejemplo, cables trenzados y apantallados. Como ayuda adicional se pueden utilizar inductores pasivos de supresión de interferencias y condensadores combinados en la sección de la unidad de control y de alta tensión. En el desarrollo de componentes se presta una atención cada vez mayor a la compatibilidad electromagnética, para poder intervenir o realizar alguna optimización ya desde la fase de diseño.

Tendencias y avances en la transmisión de datos en el automóvil

Para poder reflejar estas velocidades de transmisión de datos teniendo en cuenta los aspectos del ahorro de material y la reducción del espacio, así como el rendimiento y la seguridad en el vehículo, surgen grandes desafíos para la industria de los proveedores.

Algunas aplicaciones como las pantallas en 4K o las cámaras de 4K de alta resolución requieren soluciones de conexión correspondientes, que tienen que transferir datos a velocidades de hasta 20 Gbit/s, en función de la resolución. Por eso, en el ámbito de los conectores de datos se está produciendo una transformación de la tecnología HSD hacia las tecnologías de Automotive Ethernet y soluciones de conexión como H-MTD y GEMnet.

Además, en los cables del ámbito de Automotive Ethernet también se observa un cambio de 4 hilos a 2 hilos. Mientras que el rango de frecuencia en la tecnología HSD era aún de hasta 3 GHz y 3 Gbit/s, en los nuevos sistemas de conexión el rango se amplía hasta alcanzar los 20 GHz y 56 Gbit/s. Y al mismo tiempo, con una reducción del espacio de hasta un 70 % en determinadas variantes. Esta transformación también se observa en el ámbito de los conectores coaxiales, donde se está experimentando un paso del sistema de conexión FAKRA a los sistemas mini coax, que son considerablemente más pequeños y más potentes. Los sistemas de conexión mini coax más conocidos seguramente son ADTCon-MC de MD ELEKTRONIK, MATE-AX de TE y HFM de Rosenberger. Con FAKRA, la banda de frecuencia aún era de 6 GHz y con mini coax aumenta hasta los 20 GHz.

Desarrollo e innovaciones

Existen tres pilares fundamentales que describen la situación actual en la que se encuentra el desarrollo de la industria automovilística en lo que se refiere a la transmisión de datos:

Flexibilidad e implementación de soluciones híbridas

El conector C-KLIC desarrollado por MD se puede utilizar tanto para la transmisión de datos como de electricidad. Este conector híbrido sustituye hasta 3 conectores individuales, con lo que se ahorra un 70 % de espacio y se reducen considerablemente los costes. Con ello se pueden realizar conexiones de vídeo como Display Port o PCIe, así como protocolos USB estándar (3.x/4.0). Además también sería posible el suministro eléctrico de los dispositivos.

Otro tipo de conectores híbridos para integrar las conexiones de datos y de señales son lo que se denominan «conectores híbridos modulares». Cada vez más fabricantes de componentes apuestan por este tipo de sistemas de conexión para el futuro con el objetivo, por un lado, de minimizar los procesos de conexión, y por otro, de reducir el espacio constructivo. Otra ventaja es que se pueden combinar en un conector tanto sistemas de conexión diferenciales como coaxiales y contactos estándar para la transmisión de electricidad. De este modo, es posible transmitir señales de control sencillas y también proporcionar el suministro eléctrico necesario a los sensores. Con la reducción de los componentes enchufables en el cableado del vehículo, el uso de los conectores híbridos es un paso más hacia una mayor automatización y, por tanto, el aumento de la eficiencia desde el punto de vista de la producción. Sobre todo, este es otro componente decisivo para simplificar la red de a bordo.

MD ELEKTRONIK: independiente y versátil

Como fabricante independiente y desarrolladora de sistemas de conexión, MD puede reaccionar de forma flexible ante las exigencias del mercado y, gracias al desarrollo de sus propios componentes, al mismo tiempo puede ofrecer soluciones completas innovadoras y a medida. Además, con el desarrollo y la construcción de sus propias plantas de producción, MD consigue un alto nivel de automatización y, con ello, la máxima calidad, reproducible en todos sus puntos de producción de todo el mundo: un requisito indispensable para los desafíos futuros de la conducción autónoma. Con esta orientación, MD aumenta su independencia de los proveedores y contribuye a estabilizar la cadena de suministro en relación con nuestros clientes.