Tendencias, desafíos y soluciones de conectividad de datos automotrices

El acrónimo ACES está ganando impulso como el apodo que resume las cuatro tendencias clave en movilidad.  Automatizado.  Conectado.  Electrificado.  Movilidad compartida.  Mucho se ha escrito sobre estos temas y los emocionantes desarrollos técnicos están progresando a una velocidad vertiginosa. 
 

• La tendencia automatizada o asistida tiene que ver con el equilibrio entre la toma de decisiones y el control entre el conductor y su automóvil.  El aumento de la disponibilidad de datos y la potencia de procesamiento en un vehículo permite funciones avanzadas de asistencia al conductor (ADAS) que incluyen frenos antibloqueo (ABS), alerta de colisión, mantenimiento de carril, detección de peatones y estacionamiento paralelo automático.  Continuamente se introducen características adicionales de ADAS. El control adaptativo de la altura de la carrocería, por ejemplo, utiliza sensores de movimiento lateral para detectar una colisión lateral inminente y aumentar la altura de la carrocería del automóvil hasta en 10 cm o más. Más asistencia del vehículo significa más funcionalidad automatizada a medida que viajamos en la carretera para, potencialmente, 100 % de asistencia (conducción autónoma completa).
  
  
• La tendencia conectada está relacionada con el deseo cada vez mayor de la sociedad de mantenerse comprometida.  Dados los recientes eventos mundiales, se espera que los viajes personales y de negocios en automóvil aumenten a medida que las personas se sientan más cómodas y en control de su espacio personal.  Los consumidores esperan la capacidad de transmitir contenido de información y entretenimiento (música, películas), comprar en línea, navegar por viajes y realizar negocios (profesionales y personales) directamente desde sus automóviles. Atrás quedaron los días en que uno debe estar en casa o en la oficina para una conexión óptima.
  
  
• La tendencia de electrificación es la migración de motores de combustión interna a motores eléctricos (e-motors) como el método principal de propulsión.  Esta tendencia está impulsada por el deseo de reducir la dependencia de los combustibles fósiles, reducir (incluso eliminar) las emisiones del tubo de escape y mejorar la eficiencia del uso de energía.  Se emplean conjuntos de sensores y algoritmos de control complejos para optimizar el rendimiento del motor eléctrico, reducir los costos de mantenimiento, cargar las baterías de forma segura y maximizar la distancia recorrida por carga. Junto con la introducción del vehículo eléctrico de batería (BEV) viene la necesidad de pensar cuándo y dónde cargar el automóvil cuando está de viaje.  Al procesar automáticamente la información de alcance, ubicación y ruta, los automóviles abordan esta ansiedad de rango de frente porque pueden navegar a estaciones de carga convenientemente ubicadas.
  
  
• La tendencia de movilidad compartida está impulsada por la demanda de servicios de transporte compartido y el potencial de reducir la propiedad de vehículos personales a cambio de un fácil acceso a los vehículos. La experiencia del vehículo debe personalizarse para cada usuario. Tarde o temprano, cada vehículo compartido tendrá la capacidad de personalizarse para el conductor o motorista, al igual que el teléfono, la tableta, PC y televisión doméstica ofrecen experiencias personalizadas.  Ya sea un servicio de librea como Uber o Lyft o un alquiler de vehículos compartidos como ZipCar o Turo, el acceso fácilmente disponible a aplicaciones de movilidad (aplicaciones), así como a los datos de la nube, hace que todo esto sea posible.

La conectividad de datos se está convirtiendo rápidamente en el habilitador tecnológico más importante en la industria automotriz. Todo comenzó con la conexión de las unidades de control dentro del vehículo. Luego, los teléfonos inteligentes se conectaron al vehículo. Hoy en día, muchos automóviles pueden recopilar información de forma autónoma de la web. El siguiente paso lógico será conectar los carros entre sí y con el entorno, al utilizar la tecnología V2X (vehículo para todo). La conectividad de datos para aplicaciones automotrices es multifacética y sirve a una gran cantidad de aplicaciones a través de redes de datos compartidas.  Las aplicaciones generalmente encajan en una de tres categorías funcionales distintas: seguridad y protección, conveniencia, eficiencia.  La conectividad de datos automotrices generalmente se considera a lo largo de tres categorías físicas: vehículo a mundo; en el vehículo; vehículo a ocupante. La información puede ser generada y extraída desde cualquiera de las rutas de conectividad de datos físicos y utilizada por cualquiera de las aplicaciones funcionales.
 

• Conexiones del vehículo al mundo. Durante años, las comunicaciones inalámbricas para el transporte habían sido principalmente caminos unidireccionales para las transmisiones de radio. Hoy en día, los vehículos se han convertido esencialmente en sensores altamente móviles y plataformas informáticas rodantes. Las comunicaciones bidireccionales entre el vehículo y el resto del mundo es una función que permite aplicaciones seguras, convenientes y eficientes que se ajustan a las tendencias de ACES. Algunos ejemplos de estas rutas de comunicaciones inalámbricas, que utilizan antenas para conectar el automóvil al mundo, incluyen:
• AM/FM/DAB/TV
• LTE/5G
• GPS/GNSS
• V2X
   

V2X es la abreviatura de “vehículo para todo”. El término describe la comunicación de un vehículo con los usuarios y estructuras de la carretera circundantes o interactivos que incluyen otros vehículos (V2V), infraestructura vial (V2I), peatones (V2P), etc. La tendencia a confiar en la información que entra y sale de un vehículo significa, más que nunca, que los datos deben recibirse sin problemas y de una fuente confiable.
 

• Conexiones en el vehículo. Las redes en el automóvil han sido parte de las arquitecturas de vehículos durante los últimos 40 años. Ejemplos de algunas de las redes cableadas más comúnmente empleadas que se encuentran en los vehículos incluyen:
• CAN
• LIN
• FlexRay
• MOST
• Cámara de video
• Ethernet automotriz      

Con la evolución hacia sistemas avanzados de seguridad de asistencia al conductor y el mayor número de funciones de conducción automatizada dentro del vehículo, los carriles de transmisión de datos de alta velocidad en los vehículos son cada vez más relevantes para la seguridad del vehículo.  Esto significa que se requieren nuevas características de diseño para los componentes del vehículo y que los OEM del vehículo deben considerar las limitaciones de las propiedades del canal físico durante la definición de la arquitectura y selección del protocolo de comunicación.
 

• Conexiones del vehículo al ocupante.  Una conexión importante a considerar es la conexión entre el ser humano y la máquina. Ya sea proporcionando información al conductor, entretenimiento a un pasajero o una integración de una sola pieza con dispositivos personales, la conexión entre los ocupantes y el propio vehículo se está volviendo esencial. A través de la cabina digital del mañana, tanto los conductores como los ocupantes recibirán experiencias específicamente diseñadas para ellos. La configuración del asiento y el espejo, los ajustes preestablecidos de música, los ajustes de navegación y la información de la libreta de direcciones, por ejemplo, pueden seguir automáticamente al conductor de un vehículo a otro. Para los pasajeros, las cuentas de servicio de transmisión y la configuración de wifi pueden estar listas de un automóvil a otro. Algunos ejemplos de conexiones de vehículo a ocupante incluyen:
•  WLAN
• Bluetooth
• USB
• wifi
• Pantallas    

La evolución de las especificaciones y requisitos de conectividad de datos es un desafío y los OEM y proveedores automotores están trabajando juntos para abordar estos desafíos del vehículo.

• Existe una gran variedad de estrategias de mensajería de datos (capa funcional) y protocolos de transmisión (capa física) no solo entre fabricantes de vehículos, sino incluso en un solo vehículo. Las conexiones inalámbricas (antenas) vienen en muchas variedades dependiendo de la frecuencia y el protocolo de la interfaz. Las conexiones cableadas pueden ser de par trenzado diferencial, coaxiales, blindadas, sin blindaje, etc. Incluso pueden ser ópticos.
  
  
• Las conexiones deben ser rápidas.  Las arquitecturas de comunicaciones en el vehículo están impulsando velocidades de hasta 12 GB por segundo. Las aplicaciones impulsadas por ACES, con sus velocidades informáticas cada vez mayores necesarias para la toma de decisiones críticas, exigen canales de comunicación de gran ancho de banda, alto volumen y baja latencia.
  
  
• Las conexiones deben ser robustas y fiables.  La comunicación de datos debe ser impecable, incluso en un entorno totalmente eléctrico de alta potencia. Los enlaces de datos deben cumplir con rigurosos requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC), asegurando que no irradien inadvertidamente emisiones no deseadas ni sean susceptibles a campos electromagnéticos inadvertidos. Los canales de comunicación en el vehículo estarán sujetos a temperaturas y vibraciones extremas.
  
  
• Las conexiones deben ser pequeñas y ajustarse a la arquitectura de comunicaciones.  Deben apoyar los enfoques de miniaturización y aligeramiento impulsados por los fabricantes de automóviles y los proveedores de sistemas. A medida que la electrónica continúa reduciéndose mientras crece la funcionalidad, los conectores no pueden y no deben dictar el tamaño del encapsulado de la electrónica. Ya sea para un enfoque de arquitectura distribuida o para uno centralizado, la solución de conectividad debe ajustarse al enfoque.  Las nuevas arquitecturas que incorporan clústeres de computación de alta velocidad que admiten el procesamiento de señales para aplicaciones basadas en la fusión de sensores tendrán requisitos cada vez más desafiantes para las comunicaciones de alta velocidad de datos dentro de los vehículos.

TE Connectivity es un proveedor de componentes de conectividad de datos con conocimientos de sistemas con experiencia en arquitectura electrónica e integración física, lo que nos permite hablar el lenguaje técnico de nuestros clientes.  Trabajamos con los clientes, proporcionando soporte de aplicaciones para optimizar sus sistemas al proporcionar soluciones de componentes integrados optimizados. A medida que nuestros clientes desarrollan arquitecturas de vehículos nuevas y mejoradas, nos unimos para proporcionar un diseño optimizado de subsistemas y componentes escalables para ellos. Desde el punto en que se digitaliza la información hasta el punto en que se recibe, TE trabaja en colaboración con sus clientes para desarrollar y ofrecer soluciones personalizadas para satisfacer sus requisitos de conectividad de datos. Apoyamos a nuestros clientes con una amplia gama de productos, experiencia en diseño técnico y conocimientos, destreza en fabricación y máquinas y herramientas y aprovechando el poder de TE, nuestra profundidad y amplitud de industrias y mercados atendidos por nuestros ingenieros, científicos y presencia global.
 

• Gama de productos.  Como líder mundial en soluciones de conectividad, colaboramos con nuestros clientes y otros líderes tecnológicos de la industria para crear soluciones de ingeniería que aborden estos desafíos de conectividad automotriz física e inalámbrica del futuro alimentado por datos. Basada en todos los principales medios (diferenciales, coaxiales y ópticos) y tecnologías de transmisión, nuestra gama completa de potentes soluciones de conectividad de datos ofrece productos de interconexión de datos de alta velocidad desarrollados para satisfacer las crecientes demandas de rendimiento de las conexiones de vehículo a mundo automotriz, en el vehículo y de vehículo a ocupante.
   

Proporcionamos modelos de simulación para nuestros componentes para calcular el rendimiento del canal en función de los requisitos de enlace, al tiempo que admitimos diseños miniaturizados y modulares que permiten una integración óptima en arquitecturas heredadas y de próxima generación. Por ejemplo, el sistema de conectores coaxial miniaturizado de TE (MATE-AX) puede reducir la huella del conector en una PCB hasta en un 75 % en comparación con un componente FAKRA tradicional al tiempo que ofrece un mayor ancho de banda. El sistema de conectores Ethernet automotriz miniaturizado de TE (MATEnet) aborda la necesidad de soluciones de cableado eficientes para tecnologías de enlace físico que puedan integrarse sin problemas en las interfaces ECU existentes en arquitecturas de redes de datos de alta velocidad más complejas. Además, nuestra gama de antenas y tecnologías de conectividad inalámbrica ofrecen soluciones de comunicación externa para servicios de transmisión, celulares y telemática de próxima generación y V2X. Aquí, también estamos desarrollando soluciones integradas que combinan antenas y transceptores para reducir la complejidad, el espacio y el rendimiento.
 

Nuestra gama logra un alto rendimiento de canal alineado con las especificaciones de capa física de múltiples fabricantes de chips.  Esto incluye nuestra nueva solución para conectores Ethernet de varios gigabits que admiten velocidades de hasta 10 Gb/s y, con otros protocolos, superiores a 20 Gb/s para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de conducción autónoma y de seguridad de próxima generación.  Además, los productos de conectividad de datos de TE han sido diseñados específicamente para cumplir con los requisitos de entornos automotrices hostiles y cumplen con estándares como LV214 y USCAR, cumpliendo con los requisitos ambientales más estrictos. También se someten a pruebas con las especificaciones más estrictas para la integridad de la señal y la compatibilidad electromagnética, como el Comité Técnico de la Alianza One-Pair Ethernet (OPEN).
 

• Experiencia y conocimientos técnicos en diseño. Basándose en más de 75 años de experiencia en sistemas de conexión física, el equipo de ingenieros, físicos de contacto y científicos de materiales de TE Connectivity trabaja en estrecha colaboración con los clientes para desarrollar soluciones optimizadas para las demandas y desafíos de conectividad cada vez mayores. Con centros de diseño en todo el mundo, toda la simulación, modelado, creación de prototipos y pruebas se pueden realizar cerca de dónde se encuentran nuestros clientes. La capacidad técnica adicional incluye: diseño de RF y experiencia en EMC; diseño, fabricación y máquinas y herramientas en tecnología de interconexión miniaturizada y compatible que permite un empaquetado pequeño y robusto; integración electrónica de una sola pieza; sistemas de antenas a medida para una recepción y transmisión de señal optimizadas; interfaces de conectores robustas para la transmisión de datos en el vehículo; Análisis de canales PHY a PHY, incluidas las especificaciones de límite de componentes y el rendimiento completo del enlace.
  
  
• Profundidad y amplitud de las industrias atendidas y presencia global. TE Connectivity atiende a una amplia gama de clientes que representan diversas industrias y mercados, incluyendo electrónica de consumo, aeroespacial y defensa, industrial, electrodomésticos, transporte, por nombrar algunos.  Al vincular y aprovechar toda nuestra empresa, nuestros ingenieros enfocados en la automoción pueden aprovechar el conocimiento y la experiencia de colegas de todo el mundo para resolver los desafíos de la industria automotriz.  Participamos en varios comités de estándares y consorcios de la industria, lo que nos permite abordar soluciones de problemas al principio del proceso. Invertimos ampliamente en investigación y desarrollo por adelantado, buscando colaborar para resolver los difíciles desafíos de la industria antes de que se conviertan en problemas para nuestros clientes.
  
  
• Fabricación y máquinas y herramientas. Como fabricante global de soluciones de conectividad con una unidad de negocio de máquinas y herramientas interna, no solo practicamos procesos de fabricación de clase mundial para nuestros productos, sino que también confirmamos que nuestros diseños de productos se alinean con los métodos y prácticas de fabricación específicos de los clientes. Tenemos las herramientas y equipos para optimizar los diseños a las necesidades del entorno operativo en constante evolución de los clientes. Trabajamos con toda la cadena de suministro, desde los fabricantes de chips hasta los fabricantes de módulos y los proveedores de sistemas, para proporcionar un rendimiento optimizado en el nivel de sistema para la integridad de los datos y la calidad de la señal. Proporcionamos la solución de conectividad de datos adecuada para la aplicación y necesidad específicas.

1. V2X: un componente importante en los sistemas de transporte inteligentes cooperativos (C-ITS), Thomas Adam, Swen Kopp, Steffen Lang, Andreas Winkelmann, informe técnico de TE Connectivity,
2. Compatibilidad electromagnética en vehículos conectados y electrificados, Jens Wulfing, informe técnico de TE Connectivity,
3. Soluciones de conectividad robustas para redes de datos automotrices de última generación, Christian Rusch, Bert Bergner, informe técnico de TE Connectivity
4. ACES: enmarcando el futuro de la movilidad automotriz, 17 de febrero de 2020,  Puntos de vista, Por Chet Babla, VP automotriz, Arm
5. ¿Qué significa la movilidad ACES para el transporte? Por Hilary Davidson (https://www.act-news.com/author/hilary-davidson/), 30 de mayo de 2019, noticias de tecnología limpia avanzada
6. Fuegos artificiales sobre ACES como acrónimo clave para el futuro de la movilidad y los automóviles autónomos, Dr. Lance B. Eliot, https://www.forbes.com/sites/lanceeliot/2019/07/04/fireworks-about-aces-as-key-acronym-for-the-future-of-mobility-and-self-driving-cars/#1cb789c654ec
7. El futuro autónomo de la movilidad, Kersten Heineke y Philipp Kampshoff, McKinsey & Company

Conectividad: turboalimentando el nuevo ecosistema de movilidad, Michele Bertoncello, Gianluca Camplone y Asad Husain, McKinsey & Company

8. Viajes compartidos y el gran cambio urbano, Troy Baltic, Russell Hensley y Jeff Salazar, McKinsey & Company