Entrevista con la directora de tecnología Transformamos las arquitecturas de los vehículos
Perspectivas sobre el impacto de la conectividad avanzada en la tecnología de los vehículos inteligentes.
Productos
Hoy, los componentes se conectan a través de redes estandarizadas, al igual que cualquier otro dispositivo electrónico. El auge de una arquitectura más homogénea, con base en bus, representa una oportunidad y a la vez un reto para los ingenieros que diseñan componentes.
Los avances en la tecnología de vehículos inteligentes —como el cambio acelerado hacia la electrificación y la mayor complejidad de los sistemas automotrices— impulsan una evolución significativa en la industria. Enesta entrevista, Lamar F. Ricks (Drector de confiabilidad y pruebas de TE Connectivity; antes Director de tecnología de sensores para transporte) explica cómo los ingenieros pueden integrar sensores en las nuevas arquitecturas vehiculares.
A medida que madura el mercado de los vehículos eléctricos, los requisitos de sistema para los fabricantes de componentes se estandarizan cada vez más. En la actualidad, sin embargo, los ingenieros deben desarrollar soluciones integrales que anticipen las tendencias del mercado y ayuden a los fabricantes a definir un plan de acción. Ese proceso requiere un profundo conocimiento de los materiales y de la capacidad de fabricación. Las soluciones viables deben ser lo suficientemente robustas como para tolerar altas temperaturas y vibraciones, y deben integrarse a la perfección con los demás sistemas del vehículo.
Otro aspecto a considerar en la evolución de la arquitectura vehicular es comparar arquitectura zonal vs. centralizada por dominios y evaluar los retos y beneficios de la zonal: reducción de costos, mayor confiabilidad y mejor ciberseguridad. La visión del futuro de los vehículos definidos por software —donde el desarrollo de software se vuelve central en el diseño del vehículo— provoca un cambio de sistemas centrados en autopartes a sistemas centrados en software.
¿Cómo han transformado los avances en la tecnología de vehículos inteligentes el diseño de la arquitectura vehicular?
En este momento, se observan muchas tendencias Esas tendencias giran en torno a los vehículos eléctricos, híbridos y enchufables. Lo importantes es la electrificación. Factores como la urbanización, la presión por la sustentabilidad y la transición hacia energías limpias han llevado a los gobiernos de todo el mundo a implementar nuevas leyes y regulaciones, lo que ayuda a los OEM a acelerar la electrificación. Los incentivos fiscales también han impulsado que los consumidores adopten la electrificación. El cambio se está dando con rapidez.
Las arquitecturas de los vehículos están migrando hacia un enfoque zonal. Ese enfoque zonal ha estandarizado las plataformas eléctricas y electrónicas. La estandarización y modularidad de esos sistemas electrónicos es clave para el éxito de los VE y ofrece muchos beneficios, como reducción de costos y peso, facilidad para intercambiar subsistemas y componentes, y habilita funciones más avanzadas en los vehículos. El ritmo acelerado de innovación en los sistemas de propulsión de alta tensión impulsa nuevas arquitecturas en el vehículo y da como resultado replantear y rediseñar por completo los sistemas eléctricos y electrónicos de baja tensión, sus arquitecturas y las distintas plataformas asociadas. Algunos programas de vehículos ya pasaron de una arquitectura distribuida heredada a una centralizada por dominios, y ahora esas arquitecturas deberán evolucionar a una arquitectura zonal optimizada para los VE del futuro. Esto incluye sistemas de alta tensión complejos que energizan el vehículo y habilitan funciones de conducción automatizada.
Los sistemas anteriores utilizaban arquitecturas distribuidas heredadas. Migraron a una arquitectura más centralizada por dominios. En el futuro pasarán a una arquitectura zonal. Un pequeño porcentaje de vehículos ya aprovecha arquitecturas zonales; son los líderes de la industria. Se estima que en menos de 10 años, alrededor del 40% de los OEM adoptará la arquitectura zonal. La tendencia empuja a los competidores a mantenerse al día y adoptar rápido esos cambios. Hoy, los OEM de vehículos electrificados usan software no solo para mejorar seguridad, confort e infoentretenimiento, sino también para aumentar la electrificación y las funciones ADAS. En el futuro, las funciones del vehículo y todo el software relacionado se desarrollarán de forma independiente de las autopartes y se actualizarán durante todo el ciclo de vida del vehículo. Esto conduce al Vehículo definido por software (SDV). Participamos en este impulso hacia ADAS y la mejora de funciones. ULanzamos recientemente una plataforma: un sensor de velocidad de rueda de alta resolución. Ese sensor ofrece más de cuatro veces la resolución de los sensores de velocidad de rueda anteriores. La mayor resolución brinda control más preciso del movimiento de la rueda y habilita funciones como estacionamiento automático e incluso asistencia en congestiones viales, lo que lleva la funcionalidad del vehículo a otro nivel.
¿Por qué arquitectura zonal en lugar de la centralizada por dominios?
Las arquitecturas por dominios organizan lógicamente los sistemas y se adaptan bien a la conectividad en la nube. Por ejemplo, infoentretenimiento, ADAS, telemática y pasarelas se agrupan, y cada uno tiene su propia unidad de control electrónico (ECU). Sin embargo, esa arquitectura incrementa el cableado y las conexiones del vehículo, lo que aumenta el peso y el costo del vehículo. Y aunque con esa arquitectura los OEM pueden agregar funciones con nuevos sensores, electrónica e incluso otra ECU, la proliferación de ECUs interconectadas aumenta el costo del sistema. Y también crece la amenaza de ciberataques por múltiples puntos potenciales de acceso externo. En consecuencia, las arquitecturas centralizadas por dominios, hoy dominantes, no son la forma más eficiente de organizar el sistema eléctrico del vehículo. Por ello, revisar la arquitectura central y el sistema de distribución eléctrica es indispensable, e impulsa la adopción masiva de la arquitectura zonal. Con la arquitectura zonal, los sistemas se agrupan lógica y físicamente en zonas organizadas con eficiencia. En cada zona, un mismo procesador maneja todos los sistemas y cada zona tiene su propia unidad de distribución de energía. Todas las zonas se conectan por Ethernet mediante una pasarela y, finalmente, a la computadora central del vehículo. Así, unas pocas ECUs pueden manejar todo el vehículo y, al mismo tiempo, ofrecer nuevas funciones avanzadas y complejas.
En un sistema que se basa en arquitectura zonal, como la ECU está más cerca de actuadores y sensores, se requiere menos cableado y menos conexiones. El resultado final es un diseño más optimizado, eficiente y con capacidad de expansión, que además aporta conectividad eficiente, reduce peso y costos del sistema del vehículo, y fortalece la ciberseguridad y la confiabilidad La arquitectura zonal promueve un entorno bien estructurado, limpio y seguro para el software y el vehículo definido por software. Se llevarán a cabo actualizaciones inalámbricas (OTA) como en tu celular, servicios por suscripción y más. El avance hacia la arquitectura zonal hará que el vehículo se parezca a un teléfono inteligente o supercomputadora sobre ruedas, donde el conductor optimiza su experiencia descargando aplicaciones. Quizá te preguntes qué implica esto para los sensores. En algunos vehículos actuales, aún hay sensores con salidas analógicas que se envían a convertidores A/D ubicados en las tarjetas electrónicas de la ECU local del cliente. En el futuro predominarán sensores con salidas digitales que se comuniquen en un sistema intrínsecamente basado en bus, aprovechando la arquitectura zonal.
¿Qué impacto han tenido estos avances en el desarrollo de sensores para vehículos?
El cambio hacia lo zonal impulsará y hará posible el vehículo definido por software y sin esa transición, no sería viable. En el futuro, los OEM se enfocarán principalmente en desarrollo de software. Históricamente, los OEM y los Tier 1 diseñaban sistemas optimizados centrados en las autopartes. Después definían el software necesario para habilitar esos sistemas. Con la arquitectura zonal ocurrirá lo contrario. Primero diseñarán y evolucionarán el software para controlar las zonas y luego adaptarán las autopartes para dar apoyo. Ahora las autopartes se desarrollarán en función del software, lo que transferirá la soberanía del desarrollo de software de los Tier 1 a los OEM. Esa separación estricta entre autopartes y software, mediante una capa intermedia, habilita procesos y ciclos de vida independientes de desarrollo para ambos. La analogía se parece a las primeras computadoras, muy personalizadas, que después adoptaron tarjetas madre estándar. Se darán muchas analogías entre los vehículos actuales y la evolución de las computadoras. Y, para lograrlo, la estandarización y la modularización son fundamentales. Son cruciales.
Los OEM controlarán la mayor parte del desarrollo de software e impulsarán la estandarización de las autopartes y de los módulos electrónicos. Esto dará más valor a los fabricantes de autos, al maximizar la reutilización entre sus diferentes plataformas. Con la arquitectura zonal, también habrá una migración a sistemas de 48 voltios para cubrir mayores demandas de potencia y redundancia. Y los sistemas de 48 V reducen pérdidas de potencia. La clave es que habilitan arneses de cableado mucho más ligeros. Hoy los vehículos llevan cableado voluminoso y diverso por todo el auto. Con la arquitectura zonal habrá muchos menos ensambles de cables; serán más ligeros y fáciles de enrutar. El beneficio para los OEM al migrar a la arquitectura zonal incluye una fuerte reducción de costos de desarrollo y de CapEx fabril, mayor eficiencia de manufactura, ciclos de desarrollo más cortos, menos inventario y muchas otras ventajas, lo que beneficiará mucho a los OEM. Con cableado más corto y sensores con salidas digitales, será aún más sencillo para los OEM añadir o quitar sensores y ajustar la funcionalidad de cada vehículo.
De hecho, el impulso económico para combinar varios sensores en un solo paquete podría disminuir o desaparecer, porque será más fácil agregar o retirar sensores individuales. Además, crece la necesidad de dominar la seguridad funcional. Prácticamente todas las organizaciones deben contar con personal responsable de seguridad funcional capacitado y certificado y también ingenieros y diseñadores de CI y todos ellos deben dominar el tema de la seguridad funcional. La seguridad funcional se refiere al nivel de integridad de seguridad: SIL. Y un SIL aplica a una función de seguridad de principio a fin y confirma que el sistema vuelve a un estado seguro o funciona correctamente incluso ante fallas o pérdida de funcionalidad. Se basa en arquitectura tolerante a fallas. Tanto el diseño como el proceso de desarrollo de producto deben seguir normas de seguridad funcional encargadas por la IEC y regidas por estándares como IEC 61508 e ISO 26262. Y todos deben superar auditorías independientes de seguridad funcional para lograr las métricas cuantitativas que demuestran el cumplimiento.
Existe la descomposición ASIL . Es una técnica en el desarrollo automotriz que maneja y mitiga riesgos asociados a distintas funciones o componentes. Consiste en descomponer un sistema con un requisito ASIL en partes y funciones más pequeñas, asignando a cada una un ASIL menor para cumplir el ASIL de nivel superior del vehículo. Y ese enfoque vuelve más manejable y rentable la implementación de medidas de seguridad. ASIL se divide en cuatro niveles. A, B, C y D: ASIL D exige el mayor rigor de control de peligros; ASIL A, el menor. Esta clasificación ayuda a evaluar gravedad, exposición y controlabilidad de riesgos potenciales. Y guía el desarrollo para enfocarse en las medidas de seguridad críticas. ASIL A aplica a sistemas con riesgo relativamente bajo, pero que aún requieren mitigación. ASIL B aplica a riesgo moderado y exige controles más estrictos que ASIL A; ASIL C aborda riesgos mayores y demanda medidas más rigurosas. ASIL D, el más alto, se reserva para sistemas críticos con mayor riesgo de daño y requiere los requisitos de seguridad más estrictos. Todos estos cambios retan a los ingenieros a entender mejor los detalles de la aplicación final. Deben definir qué requiere el sensor en el sistema, su papel y valor no solo en funcionalidad y desempeño, sino también en seguridad, calidad, confiabilidad, peso, sustentabilidad y costo. Hay muchos factores que considerar en el desarrollo de producto. Mientras los OEM avanzan hacia el mundo del vehículo definido por software y se enfocan en software, su dominio de sistemas mecánicos y sensores puede disminuir. Antes el enfoque era en las autopartes y los logros eran excelentes. En el futuro, con los vehículos definidos por software, más de esa labor pasará a los Tier 1, integradores de sistemas y proveedores de sensores.
¿Qué se está haciendo para mejorar la confiabilidad y la seguridad de los sensores?
Se mencionó la confiabilidad. He institucionalizado la metodología de diseño para la confiabilidad (DIR) en mi organización global de I+D. El DIR asegura que el producto cumpla su función prevista bajo condiciones y cargas especificadas, durante un periodo definido y en un entorno particular donde pueden ocurrir fallas. Esta metodología integra la confiabilidad en el diseño del producto, ayuda a minimizar fallas y mejora desempeño y seguridad. Utilizamos el perfil de misión. Un perfil de misión describe en detalle condiciones operativas y requisitos que el producto enfrentará a lo largo de su vida útil. Incluye cargas funcionales —térmicas, mecánicas y eléctricas— y tensiones ambientales, que dependen de las condiciones de uso de la aplicación final. Comúnmente, esas entradas del perfil de misión alimentan el documento de requisitos del producto. Con base en la aportación del cliente definimos cómo debe desempeñarse el producto y lo diseñamos y validamos como resultado de esa información. Necesitamos entender el perfil de uso y los datos del cliente: simulaciones, datos de prueba y datos de campo. samos normas de la industria y esa información, además de modos de falla conocidos por nuestra experiencia en distintos productos. Contamos con FMEA de producto y de diseño para plataformas y productos similares; todo eso alimenta la definición de requisitos para el desarrollo del producto. Así garantizamos que el desarrollador del sensor entregue un producto confiable que cumpla los requisitos de la aplicación final y evitamos el sobrediseño o sobredimensionamiento que agregaría costos innecesarios. Esto es lo que llamamos ingeniería optimizada. Ni más ni menos.
También realizamos evaluaciones de seguridad funcional. Ya hablé del personal responsable de la seguridad funcional y de cómo todo nuestro equipo de ingeniería recibe capacitación en ese tema. Nuestro personal responsable de la seguridad funcional y el equipo de I+D sostienen conversaciones a fondo con expertos de los OEM y los Tier 1 para asegurar comprensión y alineación total sobre los requisitos ASIL de los sensores y las metodologías de descomposición aplicadas a nivel de sistema. Es indispensable entender bien el vehículo, la arquitectura del sistema y el desglose hacia subsistemas, componentes y hasta nuestros sensores. Es un tema complejo que debe atenderse con especialistas capacitados y certificados.
¿Cómo imaginas la evolución de la próxima generación de vehículos?
Ya mencioné que el desarrollo de la próxima generación de vehículos se centrará mucho menos en autopartes que las plataformas anteriores con motor de combustión interna. Los vehículos serán plataformas definidas por software. Mencioné el vehículo definido por software, con niveles muy altos de estandarización y modularidad de las autopartes. Los vehículos de última generación se diferenciarán por la experiencia a bordo de conductores y pasajeros. Los sensores jugarán un papel clave, aportando funciones que se ajustan a las necesidades específicas de conductores y pasajeros. Y la experiencia de manejo será muy distinta a la del pasado, con funciones de conducción asistida y automatizada, entre otras.
La SAE definió seis niveles de automatización en la conducción. El nivel 0 es totalmente manual. Sin automatización. El conductor realiza todas las tareas: dirección, aceleración, cambio de carril, frenado, etc. Esos son los antiguos vehículos. El nivel 1 es asistencia al conductor. Y en el nivel 1, el vehículo puede tener un único sistema automatizado, como control de crucero para mantener la velocidad, entre otros. En el nivel 3, automatización parcial (ADAS), el vehículo realiza dirección, aceleración, cambio de carril y frenado. Pero el conductor monitorea y puede retomar el control en cualquier momento. El nivel 4 es automatización condicional: el vehículo realiza toda la conducción y maniobras, pero el conductor aún puede intervenir en ciertas condiciones. El nivel 5 es alta automatización: el vehículo realiza toda la conducción y maniobras y requiere geocercas. En el nivel 5 el conductor aún puede intervenir; en el nivel 6 se alcanza autonomía total y el vehículo asume conducción y maniobras en todas las condiciones. No se requiere interacción del conductor. En el nivel 6 desaparece la figura de conductor: el vehículo asume toda la conducción. La mayoría de los vehículos hoy operan entre nivel 2 y nivel 3. Aunque hace unos años los OEM preveían avanzar rápido al nivel 4, la mayoría ha bajado sus expectativas porque el enfoque está en la seguridad de conductores y pasajeros.
¿Qué factores deben considerar los ingenieros al seleccionar sensores para diseños de vehículos?
Existen muchos factores clave. Empecemos por la robustez del producto. Ya lo comentamos. El diseño para la confiabilidad y la validación de robustez son la base para entregar un producto altamente confiable en la aplicación final y una experiencia de clase mundial para nuestros clientes. Y esos clientes incluyen a propietarios de vehículos, OEM y Tier 1. Hablamos de confiabilidad: diseñarla y validarla. Rendimiento y funcionalidad son requisitos que un sensor debe cumplir. En TE Connectivity utilizamos la metodología Diseño para Seis Sigma (DFSS), que nos ayuda a asegurar que los productos cumplen especificaciones y requisitos en todas las condiciones de la aplicación. Seguridad funcional. Otro pilar que ya abordamos. ¿Cumple el sensor los requisitos de seguridad funcional adecuados para la aplicación? Una evaluación completa de seguridad funcional debe estar liderada por un supervisor certificado, y los ingenieros deben estar capacitados en esa disciplina. Eso es crucial. Con la estandarización y la modularidad mencionadas, la intercambiabilidad y la normalización para el vehículo definido por software serán clave. Con la migración hacia vehículos definidos por software, la necesidad de estandarización es enorme. Es clave dar prioridad a la intercambiabilidad. Los OEM y los Tier 1 buscarán sensores que puedan cambiarse con facilidad y sin complicaciones, ya sea dentro de la aplicación o incluso entre distintos proveedores.
Transición a lo verde, sustentabilidad. Ese es otro gran tema. Hoy el mayor desafío para la industria automotriz es, sin duda, la huella de carbono. Los materiales y procesos de fabricación tradicionales dependen en gran medida de combustibles fósiles. Todo ello contribuye de manera importante a las emisiones de gases de efecto invernadero, y muchos ya se prohíben por ley. Debemos desarrollar materiales alternativos, y algunos quizá no estén tan probados ni sean tan robustos como los que se han utilizado en el pasado. Pero, con leyes que prohíben el uso de varios de ellos, el reto crece. Así que, en el futuro, uno de los mayores retos para los ingenieros de sensores será mantener la robustez del producto utilizando materiales verdes. Otro punto: la continuidad de la cadena de suministro. ¿Qué tan confiable y sólida es la cadena de suministro de componentes, materiales e incluso del equipo? ¿Existe una fuente única o hay múltiples opciones disponibles en caso de obsolescencia? Ante riesgos geopolíticos que dificulten el envío a lo largo de la cadena, contar con presencia global es clave. Y nosotros la tenemos. Por ejemplo, contamos con resolutores para vehículos eléctricos para la posición del motor eléctrico y una presencia global. Fabricamos resolutores en todas las regiones para abastecer a nuestra base de clientes. Además, contamos con soporte técnico y de calidad. En la industria automotriz, alcanzar cero defectos es prioridad máxima. Claves para nosotros: análisis rápido de la raíz del problema, resolución de problemas para impulsar la mejora continua y enfoque en cero defectos.
¿Cómo apoya TE Connectivity a los OEM a desarrollar soluciones de sensores innovadoras y a la medida?
Nos involucramos con mucha anticipación en los ciclos de desarrollo para entender los problemas actuales y las necesidades futuras de nuestros clientes. Les preguntamos qué funciona y qué no. Y con nuestra experiencia en sensores, también ayudamos a identificar aspectos que quizá no habían detectado. Es decir, necesidades no articuladas. Y a menudo colaboramos en desarrollos avanzados con clientes clave para crear tecnologías de última generación que serán el enfoque de nuestras plataformas de detección por años. Si conoces una nueva aplicación por medio de una RFI (solicitud de información) o una RFQ (solicitud de cotización), llegas con unos tres años de retraso. Por eso nos involucramos con mucha anticipación con nuestros clientes. Ya mencioné a nuestro equipo de ingeniería de aplicaciones de sistemas. Contamos con expertos en tecnología y en la materia dentro de I+D. Todos trabajan de cerca con los equipos de desarrollo avanzado de esos OEM y de los Tier 1. Así nos hemos convertido en su proveedor de confianza.
¿Qué consejo les das a los ingenieros que quieren mantenerse a la vanguardia?
Si algo he aprendido en mi carrera es que lo único constante es el cambio. Debes aprender a adaptarte con extrema rapidez. No te confíes. Manténte alerta. En TE Connectivity evaluamos constantemente el mercado, las tecnologías que podemos elegir y desarrollar, las opciones de nuestra base de suministro y los productos de la competencia. Y, sobre todo, evaluamos de forma continua las necesidades de nuestros clientes para entender sus problemas. Sus necesidades cambian y evolucionan continuamente. En TE Connectivity nos enorgullece ayudar a nuestros clientes a adquirir una ventaja competitiva. Al entender qué les preocupa, desarrollamos soluciones que realmente agregan valor. Somos expertos en sensores, y nuestros clientes valoran poder colaborar con nosotros para resolver sus necesidades de detección más complejas.
Si alguien que escucha esto tiene preguntas, ¿a dónde puede acudir?
En el sitio TE.com, se pueden encontrar los sensores para transporte. Si alguien quiere contactarme personalmente, puede hacerlo en LinkedIn. Con gusto responderé cualquier pregunta. Utiliza tus recursos.
Hoy, los componentes se conectan a través de redes estandarizadas, al igual que cualquier otro dispositivo electrónico. El auge de una arquitectura más homogénea, con base en bus, representa una oportunidad y a la vez un reto para los ingenieros que diseñan componentes.
Los avances en la tecnología de vehículos inteligentes —como el cambio acelerado hacia la electrificación y la mayor complejidad de los sistemas automotrices— impulsan una evolución significativa en la industria. Enesta entrevista, Lamar F. Ricks (Drector de confiabilidad y pruebas de TE Connectivity; antes Director de tecnología de sensores para transporte) explica cómo los ingenieros pueden integrar sensores en las nuevas arquitecturas vehiculares.
A medida que madura el mercado de los vehículos eléctricos, los requisitos de sistema para los fabricantes de componentes se estandarizan cada vez más. En la actualidad, sin embargo, los ingenieros deben desarrollar soluciones integrales que anticipen las tendencias del mercado y ayuden a los fabricantes a definir un plan de acción. Ese proceso requiere un profundo conocimiento de los materiales y de la capacidad de fabricación. Las soluciones viables deben ser lo suficientemente robustas como para tolerar altas temperaturas y vibraciones, y deben integrarse a la perfección con los demás sistemas del vehículo.
Otro aspecto a considerar en la evolución de la arquitectura vehicular es comparar arquitectura zonal vs. centralizada por dominios y evaluar los retos y beneficios de la zonal: reducción de costos, mayor confiabilidad y mejor ciberseguridad. La visión del futuro de los vehículos definidos por software —donde el desarrollo de software se vuelve central en el diseño del vehículo— provoca un cambio de sistemas centrados en autopartes a sistemas centrados en software.
Entrevista con la directora de tecnología Transformamos las arquitecturas de los vehículos
Perspectivas sobre el impacto de la conectividad avanzada en la tecnología de los vehículos inteligentes.
¿Cómo han transformado los avances en la tecnología de vehículos inteligentes el diseño de la arquitectura vehicular?
En este momento, se observan muchas tendencias Esas tendencias giran en torno a los vehículos eléctricos, híbridos y enchufables. Lo importantes es la electrificación. Factores como la urbanización, la presión por la sustentabilidad y la transición hacia energías limpias han llevado a los gobiernos de todo el mundo a implementar nuevas leyes y regulaciones, lo que ayuda a los OEM a acelerar la electrificación. Los incentivos fiscales también han impulsado que los consumidores adopten la electrificación. El cambio se está dando con rapidez.
Las arquitecturas de los vehículos están migrando hacia un enfoque zonal. Ese enfoque zonal ha estandarizado las plataformas eléctricas y electrónicas. La estandarización y modularidad de esos sistemas electrónicos es clave para el éxito de los VE y ofrece muchos beneficios, como reducción de costos y peso, facilidad para intercambiar subsistemas y componentes, y habilita funciones más avanzadas en los vehículos. El ritmo acelerado de innovación en los sistemas de propulsión de alta tensión impulsa nuevas arquitecturas en el vehículo y da como resultado replantear y rediseñar por completo los sistemas eléctricos y electrónicos de baja tensión, sus arquitecturas y las distintas plataformas asociadas. Algunos programas de vehículos ya pasaron de una arquitectura distribuida heredada a una centralizada por dominios, y ahora esas arquitecturas deberán evolucionar a una arquitectura zonal optimizada para los VE del futuro. Esto incluye sistemas de alta tensión complejos que energizan el vehículo y habilitan funciones de conducción automatizada.
Los sistemas anteriores utilizaban arquitecturas distribuidas heredadas. Migraron a una arquitectura más centralizada por dominios. En el futuro pasarán a una arquitectura zonal. Un pequeño porcentaje de vehículos ya aprovecha arquitecturas zonales; son los líderes de la industria. Se estima que en menos de 10 años, alrededor del 40% de los OEM adoptará la arquitectura zonal. La tendencia empuja a los competidores a mantenerse al día y adoptar rápido esos cambios. Hoy, los OEM de vehículos electrificados usan software no solo para mejorar seguridad, confort e infoentretenimiento, sino también para aumentar la electrificación y las funciones ADAS. En el futuro, las funciones del vehículo y todo el software relacionado se desarrollarán de forma independiente de las autopartes y se actualizarán durante todo el ciclo de vida del vehículo. Esto conduce al Vehículo definido por software (SDV). Participamos en este impulso hacia ADAS y la mejora de funciones. ULanzamos recientemente una plataforma: un sensor de velocidad de rueda de alta resolución. Ese sensor ofrece más de cuatro veces la resolución de los sensores de velocidad de rueda anteriores. La mayor resolución brinda control más preciso del movimiento de la rueda y habilita funciones como estacionamiento automático e incluso asistencia en congestiones viales, lo que lleva la funcionalidad del vehículo a otro nivel.
¿Por qué arquitectura zonal en lugar de la centralizada por dominios?
Las arquitecturas por dominios organizan lógicamente los sistemas y se adaptan bien a la conectividad en la nube. Por ejemplo, infoentretenimiento, ADAS, telemática y pasarelas se agrupan, y cada uno tiene su propia unidad de control electrónico (ECU). Sin embargo, esa arquitectura incrementa el cableado y las conexiones del vehículo, lo que aumenta el peso y el costo del vehículo. Y aunque con esa arquitectura los OEM pueden agregar funciones con nuevos sensores, electrónica e incluso otra ECU, la proliferación de ECUs interconectadas aumenta el costo del sistema. Y también crece la amenaza de ciberataques por múltiples puntos potenciales de acceso externo. En consecuencia, las arquitecturas centralizadas por dominios, hoy dominantes, no son la forma más eficiente de organizar el sistema eléctrico del vehículo. Por ello, revisar la arquitectura central y el sistema de distribución eléctrica es indispensable, e impulsa la adopción masiva de la arquitectura zonal. Con la arquitectura zonal, los sistemas se agrupan lógica y físicamente en zonas organizadas con eficiencia. En cada zona, un mismo procesador maneja todos los sistemas y cada zona tiene su propia unidad de distribución de energía. Todas las zonas se conectan por Ethernet mediante una pasarela y, finalmente, a la computadora central del vehículo. Así, unas pocas ECUs pueden manejar todo el vehículo y, al mismo tiempo, ofrecer nuevas funciones avanzadas y complejas.
En un sistema que se basa en arquitectura zonal, como la ECU está más cerca de actuadores y sensores, se requiere menos cableado y menos conexiones. El resultado final es un diseño más optimizado, eficiente y con capacidad de expansión, que además aporta conectividad eficiente, reduce peso y costos del sistema del vehículo, y fortalece la ciberseguridad y la confiabilidad La arquitectura zonal promueve un entorno bien estructurado, limpio y seguro para el software y el vehículo definido por software. Se llevarán a cabo actualizaciones inalámbricas (OTA) como en tu celular, servicios por suscripción y más. El avance hacia la arquitectura zonal hará que el vehículo se parezca a un teléfono inteligente o supercomputadora sobre ruedas, donde el conductor optimiza su experiencia descargando aplicaciones. Quizá te preguntes qué implica esto para los sensores. En algunos vehículos actuales, aún hay sensores con salidas analógicas que se envían a convertidores A/D ubicados en las tarjetas electrónicas de la ECU local del cliente. En el futuro predominarán sensores con salidas digitales que se comuniquen en un sistema intrínsecamente basado en bus, aprovechando la arquitectura zonal.
¿Qué impacto han tenido estos avances en el desarrollo de sensores para vehículos?
El cambio hacia lo zonal impulsará y hará posible el vehículo definido por software y sin esa transición, no sería viable. En el futuro, los OEM se enfocarán principalmente en desarrollo de software. Históricamente, los OEM y los Tier 1 diseñaban sistemas optimizados centrados en las autopartes. Después definían el software necesario para habilitar esos sistemas. Con la arquitectura zonal ocurrirá lo contrario. Primero diseñarán y evolucionarán el software para controlar las zonas y luego adaptarán las autopartes para dar apoyo. Ahora las autopartes se desarrollarán en función del software, lo que transferirá la soberanía del desarrollo de software de los Tier 1 a los OEM. Esa separación estricta entre autopartes y software, mediante una capa intermedia, habilita procesos y ciclos de vida independientes de desarrollo para ambos. La analogía se parece a las primeras computadoras, muy personalizadas, que después adoptaron tarjetas madre estándar. Se darán muchas analogías entre los vehículos actuales y la evolución de las computadoras. Y, para lograrlo, la estandarización y la modularización son fundamentales. Son cruciales.
Los OEM controlarán la mayor parte del desarrollo de software e impulsarán la estandarización de las autopartes y de los módulos electrónicos. Esto dará más valor a los fabricantes de autos, al maximizar la reutilización entre sus diferentes plataformas. Con la arquitectura zonal, también habrá una migración a sistemas de 48 voltios para cubrir mayores demandas de potencia y redundancia. Y los sistemas de 48 V reducen pérdidas de potencia. La clave es que habilitan arneses de cableado mucho más ligeros. Hoy los vehículos llevan cableado voluminoso y diverso por todo el auto. Con la arquitectura zonal habrá muchos menos ensambles de cables; serán más ligeros y fáciles de enrutar. El beneficio para los OEM al migrar a la arquitectura zonal incluye una fuerte reducción de costos de desarrollo y de CapEx fabril, mayor eficiencia de manufactura, ciclos de desarrollo más cortos, menos inventario y muchas otras ventajas, lo que beneficiará mucho a los OEM. Con cableado más corto y sensores con salidas digitales, será aún más sencillo para los OEM añadir o quitar sensores y ajustar la funcionalidad de cada vehículo.
De hecho, el impulso económico para combinar varios sensores en un solo paquete podría disminuir o desaparecer, porque será más fácil agregar o retirar sensores individuales. Además, crece la necesidad de dominar la seguridad funcional. Prácticamente todas las organizaciones deben contar con personal responsable de seguridad funcional capacitado y certificado y también ingenieros y diseñadores de CI y todos ellos deben dominar el tema de la seguridad funcional. La seguridad funcional se refiere al nivel de integridad de seguridad: SIL. Y un SIL aplica a una función de seguridad de principio a fin y confirma que el sistema vuelve a un estado seguro o funciona correctamente incluso ante fallas o pérdida de funcionalidad. Se basa en arquitectura tolerante a fallas. Tanto el diseño como el proceso de desarrollo de producto deben seguir normas de seguridad funcional encargadas por la IEC y regidas por estándares como IEC 61508 e ISO 26262. Y todos deben superar auditorías independientes de seguridad funcional para lograr las métricas cuantitativas que demuestran el cumplimiento.
Existe la descomposición ASIL . Es una técnica en el desarrollo automotriz que maneja y mitiga riesgos asociados a distintas funciones o componentes. Consiste en descomponer un sistema con un requisito ASIL en partes y funciones más pequeñas, asignando a cada una un ASIL menor para cumplir el ASIL de nivel superior del vehículo. Y ese enfoque vuelve más manejable y rentable la implementación de medidas de seguridad. ASIL se divide en cuatro niveles. A, B, C y D: ASIL D exige el mayor rigor de control de peligros; ASIL A, el menor. Esta clasificación ayuda a evaluar gravedad, exposición y controlabilidad de riesgos potenciales. Y guía el desarrollo para enfocarse en las medidas de seguridad críticas. ASIL A aplica a sistemas con riesgo relativamente bajo, pero que aún requieren mitigación. ASIL B aplica a riesgo moderado y exige controles más estrictos que ASIL A; ASIL C aborda riesgos mayores y demanda medidas más rigurosas. ASIL D, el más alto, se reserva para sistemas críticos con mayor riesgo de daño y requiere los requisitos de seguridad más estrictos. Todos estos cambios retan a los ingenieros a entender mejor los detalles de la aplicación final. Deben definir qué requiere el sensor en el sistema, su papel y valor no solo en funcionalidad y desempeño, sino también en seguridad, calidad, confiabilidad, peso, sustentabilidad y costo. Hay muchos factores que considerar en el desarrollo de producto. Mientras los OEM avanzan hacia el mundo del vehículo definido por software y se enfocan en software, su dominio de sistemas mecánicos y sensores puede disminuir. Antes el enfoque era en las autopartes y los logros eran excelentes. En el futuro, con los vehículos definidos por software, más de esa labor pasará a los Tier 1, integradores de sistemas y proveedores de sensores.
¿Qué se está haciendo para mejorar la confiabilidad y la seguridad de los sensores?
Se mencionó la confiabilidad. He institucionalizado la metodología de diseño para la confiabilidad (DIR) en mi organización global de I+D. El DIR asegura que el producto cumpla su función prevista bajo condiciones y cargas especificadas, durante un periodo definido y en un entorno particular donde pueden ocurrir fallas. Esta metodología integra la confiabilidad en el diseño del producto, ayuda a minimizar fallas y mejora desempeño y seguridad. Utilizamos el perfil de misión. Un perfil de misión describe en detalle condiciones operativas y requisitos que el producto enfrentará a lo largo de su vida útil. Incluye cargas funcionales —térmicas, mecánicas y eléctricas— y tensiones ambientales, que dependen de las condiciones de uso de la aplicación final. Comúnmente, esas entradas del perfil de misión alimentan el documento de requisitos del producto. Con base en la aportación del cliente definimos cómo debe desempeñarse el producto y lo diseñamos y validamos como resultado de esa información. Necesitamos entender el perfil de uso y los datos del cliente: simulaciones, datos de prueba y datos de campo. samos normas de la industria y esa información, además de modos de falla conocidos por nuestra experiencia en distintos productos. Contamos con FMEA de producto y de diseño para plataformas y productos similares; todo eso alimenta la definición de requisitos para el desarrollo del producto. Así garantizamos que el desarrollador del sensor entregue un producto confiable que cumpla los requisitos de la aplicación final y evitamos el sobrediseño o sobredimensionamiento que agregaría costos innecesarios. Esto es lo que llamamos ingeniería optimizada. Ni más ni menos.
También realizamos evaluaciones de seguridad funcional. Ya hablé del personal responsable de la seguridad funcional y de cómo todo nuestro equipo de ingeniería recibe capacitación en ese tema. Nuestro personal responsable de la seguridad funcional y el equipo de I+D sostienen conversaciones a fondo con expertos de los OEM y los Tier 1 para asegurar comprensión y alineación total sobre los requisitos ASIL de los sensores y las metodologías de descomposición aplicadas a nivel de sistema. Es indispensable entender bien el vehículo, la arquitectura del sistema y el desglose hacia subsistemas, componentes y hasta nuestros sensores. Es un tema complejo que debe atenderse con especialistas capacitados y certificados.
¿Cómo imaginas la evolución de la próxima generación de vehículos?
Ya mencioné que el desarrollo de la próxima generación de vehículos se centrará mucho menos en autopartes que las plataformas anteriores con motor de combustión interna. Los vehículos serán plataformas definidas por software. Mencioné el vehículo definido por software, con niveles muy altos de estandarización y modularidad de las autopartes. Los vehículos de última generación se diferenciarán por la experiencia a bordo de conductores y pasajeros. Los sensores jugarán un papel clave, aportando funciones que se ajustan a las necesidades específicas de conductores y pasajeros. Y la experiencia de manejo será muy distinta a la del pasado, con funciones de conducción asistida y automatizada, entre otras.
La SAE definió seis niveles de automatización en la conducción. El nivel 0 es totalmente manual. Sin automatización. El conductor realiza todas las tareas: dirección, aceleración, cambio de carril, frenado, etc. Esos son los antiguos vehículos. El nivel 1 es asistencia al conductor. Y en el nivel 1, el vehículo puede tener un único sistema automatizado, como control de crucero para mantener la velocidad, entre otros. En el nivel 3, automatización parcial (ADAS), el vehículo realiza dirección, aceleración, cambio de carril y frenado. Pero el conductor monitorea y puede retomar el control en cualquier momento. El nivel 4 es automatización condicional: el vehículo realiza toda la conducción y maniobras, pero el conductor aún puede intervenir en ciertas condiciones. El nivel 5 es alta automatización: el vehículo realiza toda la conducción y maniobras y requiere geocercas. En el nivel 5 el conductor aún puede intervenir; en el nivel 6 se alcanza autonomía total y el vehículo asume conducción y maniobras en todas las condiciones. No se requiere interacción del conductor. En el nivel 6 desaparece la figura de conductor: el vehículo asume toda la conducción. La mayoría de los vehículos hoy operan entre nivel 2 y nivel 3. Aunque hace unos años los OEM preveían avanzar rápido al nivel 4, la mayoría ha bajado sus expectativas porque el enfoque está en la seguridad de conductores y pasajeros.
¿Qué factores deben considerar los ingenieros al seleccionar sensores para diseños de vehículos?
Existen muchos factores clave. Empecemos por la robustez del producto. Ya lo comentamos. El diseño para la confiabilidad y la validación de robustez son la base para entregar un producto altamente confiable en la aplicación final y una experiencia de clase mundial para nuestros clientes. Y esos clientes incluyen a propietarios de vehículos, OEM y Tier 1. Hablamos de confiabilidad: diseñarla y validarla. Rendimiento y funcionalidad son requisitos que un sensor debe cumplir. En TE Connectivity utilizamos la metodología Diseño para Seis Sigma (DFSS), que nos ayuda a asegurar que los productos cumplen especificaciones y requisitos en todas las condiciones de la aplicación. Seguridad funcional. Otro pilar que ya abordamos. ¿Cumple el sensor los requisitos de seguridad funcional adecuados para la aplicación? Una evaluación completa de seguridad funcional debe estar liderada por un supervisor certificado, y los ingenieros deben estar capacitados en esa disciplina. Eso es crucial. Con la estandarización y la modularidad mencionadas, la intercambiabilidad y la normalización para el vehículo definido por software serán clave. Con la migración hacia vehículos definidos por software, la necesidad de estandarización es enorme. Es clave dar prioridad a la intercambiabilidad. Los OEM y los Tier 1 buscarán sensores que puedan cambiarse con facilidad y sin complicaciones, ya sea dentro de la aplicación o incluso entre distintos proveedores.
Transición a lo verde, sustentabilidad. Ese es otro gran tema. Hoy el mayor desafío para la industria automotriz es, sin duda, la huella de carbono. Los materiales y procesos de fabricación tradicionales dependen en gran medida de combustibles fósiles. Todo ello contribuye de manera importante a las emisiones de gases de efecto invernadero, y muchos ya se prohíben por ley. Debemos desarrollar materiales alternativos, y algunos quizá no estén tan probados ni sean tan robustos como los que se han utilizado en el pasado. Pero, con leyes que prohíben el uso de varios de ellos, el reto crece. Así que, en el futuro, uno de los mayores retos para los ingenieros de sensores será mantener la robustez del producto utilizando materiales verdes. Otro punto: la continuidad de la cadena de suministro. ¿Qué tan confiable y sólida es la cadena de suministro de componentes, materiales e incluso del equipo? ¿Existe una fuente única o hay múltiples opciones disponibles en caso de obsolescencia? Ante riesgos geopolíticos que dificulten el envío a lo largo de la cadena, contar con presencia global es clave. Y nosotros la tenemos. Por ejemplo, contamos con resolutores para vehículos eléctricos para la posición del motor eléctrico y una presencia global. Fabricamos resolutores en todas las regiones para abastecer a nuestra base de clientes. Además, contamos con soporte técnico y de calidad. En la industria automotriz, alcanzar cero defectos es prioridad máxima. Claves para nosotros: análisis rápido de la raíz del problema, resolución de problemas para impulsar la mejora continua y enfoque en cero defectos.
¿Cómo apoya TE Connectivity a los OEM a desarrollar soluciones de sensores innovadoras y a la medida?
Nos involucramos con mucha anticipación en los ciclos de desarrollo para entender los problemas actuales y las necesidades futuras de nuestros clientes. Les preguntamos qué funciona y qué no. Y con nuestra experiencia en sensores, también ayudamos a identificar aspectos que quizá no habían detectado. Es decir, necesidades no articuladas. Y a menudo colaboramos en desarrollos avanzados con clientes clave para crear tecnologías de última generación que serán el enfoque de nuestras plataformas de detección por años. Si conoces una nueva aplicación por medio de una RFI (solicitud de información) o una RFQ (solicitud de cotización), llegas con unos tres años de retraso. Por eso nos involucramos con mucha anticipación con nuestros clientes. Ya mencioné a nuestro equipo de ingeniería de aplicaciones de sistemas. Contamos con expertos en tecnología y en la materia dentro de I+D. Todos trabajan de cerca con los equipos de desarrollo avanzado de esos OEM y de los Tier 1. Así nos hemos convertido en su proveedor de confianza.
¿Qué consejo les das a los ingenieros que quieren mantenerse a la vanguardia?
Si algo he aprendido en mi carrera es que lo único constante es el cambio. Debes aprender a adaptarte con extrema rapidez. No te confíes. Manténte alerta. En TE Connectivity evaluamos constantemente el mercado, las tecnologías que podemos elegir y desarrollar, las opciones de nuestra base de suministro y los productos de la competencia. Y, sobre todo, evaluamos de forma continua las necesidades de nuestros clientes para entender sus problemas. Sus necesidades cambian y evolucionan continuamente. En TE Connectivity nos enorgullece ayudar a nuestros clientes a adquirir una ventaja competitiva. Al entender qué les preocupa, desarrollamos soluciones que realmente agregan valor. Somos expertos en sensores, y nuestros clientes valoran poder colaborar con nosotros para resolver sus necesidades de detección más complejas.
Si alguien que escucha esto tiene preguntas, ¿a dónde puede acudir?
En el sitio TE.com, se pueden encontrar los sensores para transporte. Si alguien quiere contactarme personalmente, puede hacerlo en LinkedIn. Con gusto responderé cualquier pregunta. Utiliza tus recursos.
