"Estamos en un punto de inflexión": los expertos debaten sobre la electrónica automotriz

Los cambios en la industria automotriz son un tema candente. Los avances en la tecnología están impulsando muchas tendencias y actualizaciones en los vehículos, que van desde tendencias a gran escala como los automóviles de cero emisiones y la autonomía hasta tendencias de nicho como la miniaturización, los métodos de almacenamiento de energía y más.

Hoy en día, los vehículos tienen más electrónica que nunca. Tanto los consumidores como los profesionales del transporte exigen más capacidades de sus vehículos: características de seguridad avanzadas, opciones de infoentretenimiento, seguridad mejorada y facilidad y comodidad para los pasajeros, entre otras.

Los componentes de alimentación e interconexión son fundamentales para impulsar los vehículos y muchos otros modos de transporte. Tres expertos en componentes automotrices de dos compañías de electrónica líderes en la industria, Shawn Luke, gerente de marketing técnico de DigiKey, Matt McWhinney y Kirk Ulery, gerentes de desarrollo comercial de Molex, debatieron recientemente los factores que impulsan el diseño automotriz actual.

A medida que los fabricantes de automóviles se apresuran a hacer que los automóviles sean más inteligentes y estén más conectados, la cantidad de componentes electrónicos necesarios para alimentarlos seguirá aumentando. De hecho, según Statista, se espera que la electrónica represente el 50% del costo de un automóvil nuevo para 2030.

"La explosión de las características electrónicas en los vehículos ofrece un lienzo en blanco", dijo Ulery. "Dondequiera que terminemos en términos de vehículos electrificados y otros sistemas de propulsión, la electrónica será, de lejos, uno de los componentes más clave en los vehículos en el futuro".

La electrificación permite la innovación

La electrificación de los automóviles ha abierto la puerta a nuevos diseños de vehículos innovadores. Sin la necesidad de acomodar un motor de combustión interna tradicional, los fabricantes de automóviles tienen más flexibilidad en cuanto a dónde distribuir las baterías y los puertos de carga, la capacidad de aumentar la cantidad de espacio para pasajeros o carga, y más.

Las ubicaciones de los puertos de carga de vehículos eléctricos pueden tener muchas opciones en la fase de diseño. (Fuente de la imagen: Molex)

Esto ha llevado a un mayor número de nuevos fabricantes de vehículos eléctricos que ingresan al mercado, ofreciendo una amplia variedad de marcas y modelos. En este punto, muchos siguen siendo caros y carecen de estandarización en todo el espacio. Sin embargo, esta mayor variedad ofrece a los consumidores más opciones de estilo y personalización, y es probable que el costo de los vehículos disminuya a medida que la tecnología avanza y la producción aumenta.

"Todavía pasará algún tiempo antes de que haya una presentación común para el diseño de vehículos eléctricos porque es una competencia reñida para lograr nuevas tecnologías e innovaciones", predijo McWhinney. "Los diseños en la industria automotriz tienden a ser muy resistentes, confiables y bien probados, pero en este período de cambios rápidos, hay muchas plataformas que aún están en pañales, esencialmente prototipos muy caros".

Independientemente del fabricante, la marca o el modelo, todos los vehículos eléctricos requieren una transmisión de potencia fiable y una transmisión de datos de alta velocidad para permitir la toma de decisiones en tiempo real guiada por software.

El avance de los microprocesadores también ha llevado a un cambio de paradigma en el diseño automotriz con la introducción de la plataforma de vehículo definida por software, que gestiona la funcionalidad y el comportamiento de los sistemas del vehículo. Con una menor dependencia del hardware, se produce una mayor modularidad, flexibilidad y conectividad: se necesitan menos piezas y cables para gestionar un sistema extremadamente complejo.

"Estamos en un punto de inflexión en el que realmente no podemos agregar más cableado a los vehículos", explicó Ulery. "La industria automotriz ha comenzado a tomar prestado de la industria informática, en el sentido de que ahora tenemos un estándar Ethernet de dos cables que puede funcionar en el rango de gigahercios, por lo que podemos reducir la cantidad de cableado en el vehículo.

"El [sistema eléctrico] de 48 voltios es otro ejemplo: ahora se puede acudir a cables más pequeños, y con las arquitecturas zonales en el vehículo definido por software, se puede tener un controlador y esos dispositivos están todos en el mismo bus con un solo cable para conectarlos a todos. Vamos a ver menos contenido de conectores de cobre, pero los vehículos estarán mejor diseñados y serán más capaces para los requisitos de velocidad de conectividad más altos que verá en los vehículos futuros".

Es eléctrico (o híbrido)

Aunque los fabricantes de automóviles están centrando sus esfuerzos en la producción de vehículos eléctricos de batería, los consumidores estadounidenses están cubriendo sus apuestas mientras la infraestructura de carga y la autonomía de los vehículos se ponen al día. En 2023, The Associated Press informó que la tasa de crecimiento de las compras de vehículos híbridos en los EE. UU. aumentó en un 76% y el crecimiento de las ventas de vehículos eléctricos se ha estancado.

"Hemos tenido altibajos en la electrificación en América del Norte", dijo Ulery. "Si se deben recorrer más de 100 millas de una sola vez, ya se sabe que la infraestructura de carga necesita ser abordada".

"El evento más esperado en muchas plataformas es simplemente obtener un híbrido", agregó McWhinney. "La economía, y tal vez incluso las administraciones políticas, tendrán un impacto en términos de cómo se adoptan los vehículos eléctricos".

Aun así, las opciones eléctricas están creciendo en adopción más allá de los vehículos de consumo. A medida que las flotas comerciales ponen su mirada en la sostenibilidad, algunos de los vehículos utilizados para la entrega de última milla, el transporte público y los vehículos ligeros y medianos utilizados en los patios de camiones están recurriendo a la electricidad de batería, la electricidad enchufable y los combustibles alternativos como el hidrógeno.

"En la Semana del Camión de Trabajo de 2024 en Indianápolis, básicamente todo lo más pequeño que un semirremolque estaba disponible con un motor eléctrico, y había bastantes sistemas impulsados por hidrógeno, que desde el punto de vista ambiental son de cero emisiones", agregó Ulery.

Especificación de componentes automotrices

Los vehículos de pasajeros modernos contienen un promedio de 80 sensores, 100 unidades electrónicas y una gran cantidad de cableado. Cada uno de estos componentes debe cumplir con un riguroso conjunto de estándares para funcionar bien en los entornos exigentes que experimenta un automóvil: clima y humedad, condiciones variables de la carretera, altas temperaturas, vibraciones y más.

La electrónica inteligente de los vehículos debe cumplir con estándares estrictos para funcionar en el exigente entorno de los vehículos eléctricos. (Fuente de la imagen: Molex)

"La robustez y la confiabilidad son enormes para el transporte", dijo Luke. "Algunos de los componentes de los vehículos deben durar décadas. Con plazos tan largos como ese, puede llevar mucho tiempo preparar una flota para los cambios que están ocurriendo con los componentes, como los estándares USB-C para los cables de carga, que los consumidores esperan encontrar cuando viajan en un automóvil o avión".

Hay varios organismos de certificación que establecen los estándares para las piezas utilizadas por los fabricantes de automóviles, incluido el Consejo Electrónico Automotriz (AEC) y el Consejo de Investigación Automotriz de EE. UU. ( USCAR). Estas organizaciones definen los requisitos de rendimiento y revisan y certifican cuidadosamente los componentes que están aprobados para su uso en entornos automotrices.

Reconocidos a nivel mundial, los componentes con calificación AEC (AECQ) suelen ser piezas de alta calidad, resistentes y confiables que sean capaces de soportar las duras condiciones en la carretera sin sacrificar el rendimiento. Algunas consideraciones adicionales a tener en cuenta al seleccionar componentes para diseños automotrices incluyen: 

• Modularidad: ¿la pieza es fácil de reemplazar por el propietario o por un taller de reparación si es necesario?
• Geometrías de los contactos: ¿cuántas veces se puede enchufar y desenchufar el componente? En resumen, ¿el conector hace su trabajo?
• Eficiencia: ¿la pieza utiliza la energía de forma inteligente o disipa la potencia adicional?
• Caso de uso: ¿la pieza se construye según las especificaciones para cumplir con el caso de uso? Es posible que las piezas subcalificadas solo sobrevivan en lugar de funcionar, y las piezas sobrecalificadas pueden limitar la flexibilidad del diseño.
• Conveniencia para el montaje: ¿la línea de montaje podrá instalar la pieza repetidamente a escala en función de dónde se encuentre en el vehículo?
• Seguridad: si la pieza falla mientras el vehículo está en movimiento, ¿hay un respaldo para evitar un accidente?

"Hay dos caras de la moneda cuando se trata de la evaluación de riesgos y las especificaciones de los componentes automotrices", dijo McWhinney. "Con el advenimiento no solo de la supervivencia, sino también de la funcionalidad, a veces es necesario redefinir o actualizar la especificación. Por otro lado, tal vez esa especificación esté por encima de las especificaciones y haya demasiado costo incorporado, o limite la flexibilidad del diseño. Las especificaciones son cada vez más importantes a medida que las arquitecturas evolucionan".

"Lo bueno del espacio de interconexión es que puedes hacer piezas modulares que se pueden intercambiar", agregó Luke. "Puede parecer un principio básico, pero se subestima lo importante que es la interconexión en el diseño automotriz".

Sobre todo, coincidieron los expertos, en los diseños de automóviles, la seguridad debe ser lo primero.

"Lo que no podemos enfatizar lo suficiente es el aspecto de la seguridad", dijo Ulery. "Cuando tu computadora no funciona, simplemente la reinicias. No puedes hacer eso cuando estás ejecutando un bus de computación en tu vehículo y estás conduciendo a altas velocidades. Ese es un nivel completamente adicional que tenemos que considerar en todo lo que hacemos.

"Siempre estamos buscando lo último y lo mejor cuando se trata de componentes: cómo podemos agregar las características más nuevas para obtener el mejor rendimiento, y queremos hacerlo rápidamente, pero estamos involucrando la vida de las personas, por lo que tenemos que asegurarnos de que la confiabilidad sea inquebrantable".

El camino por delante

De cara al futuro, es probable que los consumidores sigan exigiendo características cada vez más avanzadas de seguridad y comodidad, así como vehículos eléctricos y otros modos de transporte que reduzcan la dependencia de los combustibles fósiles.

"La electrificación simplemente no se detiene", dijo McWhinney. "En todo caso, probablemente se esté acelerando".

A lo largo de todo este tiempo, la tendencia de los componentes electrónicos automotrices miniaturizados continuará, según McWhinney.

"El avance de la microelectrónica ha llevado a que se instalen más microprocesadores en los vehículos que están avanzando hacia la plataforma de vehículos definidos por software", declaró. "Eso no significa que todos los elementos de los vehículos serán controlados dinámicamente directamente en ese punto por software, pero la rearquitectura de los sistemas de control en esa dirección tiene vastas implicaciones".

Un mayor número de microprocesadores en los vehículos podría impulsar muchas innovaciones que dependen en gran medida de un procesamiento de datos increíblemente rápido en el borde, incluida la autonomía. Aunque todavía faltan varios años, los vehículos autónomos podrían ser algo habitual para el año 2030. La mayoría de las personas ya están familiarizadas y se sienten cómodas con el uso de funciones semiautónomas como el control de crucero en los automóviles o el "piloto automático" en los aviones. En los años intermedios, es probable que el conductor o piloto aún deba participar en el proceso e involucrarse con el mismo.

Las industrias del transporte y el sector automotriz seguirán impulsando la innovación durante muchos años, y proveedores como Molex y DigiKey seguirán proporcionando los componentes y servicios necesarios para acelerar ese progreso.