Los vehículos conectados y autónomos de la actualidad incluyen numerosos componentes electrónicos y mucha potencia de cálculo para realizar funciones de asistencia de manejo. Esos dispositivos no solo consumen mucha energía, sino que también agregan un peso considerable al automóvil.
En 2005, “Standley,” el ganador del desafío original de Darpa para vehículos autónomos, incluyó cinco unidades Sick AG LIDAR montadas en el techo, un sistema de dirección interno que utilizaba giroscopios y acelerómetros, una cámara de video para observar las condiciones de manejo a ochenta metros (más allá del alcance de LIDAR) y seis computadoras basadas en Intel Pentium M en el maletero. Todo ese equipo le permitió a Standley navegar por sí solo una ruta predeterminada de 150 millas a través del desierto de Mojave.
Como versión modificada del Volkswagen Touareg europeo, el automóvil tenía un motor diésel. Si fuese un automóvil eléctrico equipado con las baterías actuales, solo habría podido conducir unas millas, ya que los sistemas a bordo habrían agotado las baterías en unos minutos.
Hoy, 17 años después, un vehículo conectado con los Sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) de Nivel 2, que realizan algunas tareas autónomas como aviso de cambio de carril, frenado de emergencia y asistencia de estacionamiento, tiene 100 veces más potencia de procesamiento y capacidades del sensor, y utiliza solo una fracción de la energía.
La llegada de los vehículos completamente eléctricos plantea un desafío adicional para la industria electrónica. A diferencia de sus homólogos con motor de combustión interna, los vehículos eléctricos utilizan la energía almacenada en sus baterías para todo, y los componentes electrónicos a bordo, además del motor eléctrico, consumen una cantidad sustancial de energía que, a su vez, reduce la autonomía del vehículo eléctrico.
Además, los fabricantes de automóviles mejoran constantemente sus vehículos eléctricos con más características, lo que incluye más funciones ADAS, equipos de infoentretenimiento y comodidades adicionales, todo lo cual, una vez más, aumenta el consumo de energía.
La conectividad por sí sola es una de las fugas de energía significativas. Un automóvil conectado, sin características autónomas, podría estar enviando y recibiendo varios gigabytes de datos al día utilizando redes celulares. Se calcula que un automóvil ADAS Nivel 1 básico podría intercambiar más de 100 terabytes en menos de cinco años, sobre todo para actualizar los mapas y enviar datos de sensores. Al utilizar redes 5G y comunicación C-V2X, un vehículo totalmente autónomo transmitirá más de 5 terabytes en 24 horas de funcionamiento.
Reducir las capacidades de los vehículos no es una opción
La inversión en componentes electrónicos más pequeño e informática de bajo consumo es necesaria para reducir la energía requerida. Además, la informática periférica eficiente debería reducir la necesidad de cargar cantidades masivas de datos a la nube, lo que reduciría el uso de la conectividad celular que tanta energía consume.
Los vehículos eléctricos conectados de la actualidad cuentan con un ejército de sensores para comprender el entorno y comunicaciones adicionales para conectarse con otros vehículos (V2V) y a la infraestructura vial (V2X). Incluso los modelos más básicos tienen sensores de proximidad para ayudar a los conductores a estacionar y moverse en espacios reducidos. Los modelos avanzados también tienen varias cámaras para detectar otros vehículos e infraestructura a su alrededor, y los automóviles con características ADAS sofisticadas también poseen otros sensores como radares y LiDAR.
Afortunadamente, esos subsistemas electrónicos han mejorado mucho más rápido que el propio vehículo. Una unidad LiDAR actual de Velodyne puede captar varios millones de puntos de datos por segundo para crear una imagen precisa del camino por delante. En comparación con el vehículo que se usó para el desafío de Darpa, un Velarray H800 puede caber perfectamente detrás del parabrisas de un camión, un autobús o un automóvil y usar menos del 5 % de la energía.
La electrónica y los procesadores integrados avanzan a la velocidad de las computadoras
Empresas como Nvidia, Arm, NXP, Infineon, Qualcomm y muchas otras están realizando inversiones considerables en la industria automotriz. A medida que los automóviles se asemejan más a computadoras sobre ruedas, es necesario optimizar y reducir sus CPU mientras se mejora el rendimiento para disminuir el consumo de energía.
Recientemente, Arm presentó su Arquitectura abierta escalable para periferia integrada (SOAFEE), un entorno informático heterogéneo optimizado para automoción dentro de una ventana de rendimiento energético requerida para ADAS de Nivel 4 y Nivel 5, todo dentro de un SoC que requiere poca o ninguna refrigeración externa. El año pasado, Nvidia anunció su plataforma de vehículos autónomos Atlan, un SoC de próxima generación para ofrecer más de 1000 billones de operaciones por segundo (TOPS) en un solo chip.
Estos son solo algunos ejemplos de lo rápido que avanza el procesamiento informático en la industria automotriz. Este nuevo nivel de potencia informática, que podría caber fácilmente debajo del tablero de mando, permite el procesamiento a bordo de todos los sensores del vehículo y otros subsistemas, lo que reduce la necesidad de cargar información en la nube.
Los vehículos autónomos actuales y futuros podrían operar sin ninguna ayuda externa, excepto para su comunicación local con otros vehículos y con la infraestructura vial.
La carga de CC podría reducir aún más la electrónica a bordo y permitir cargas rápidas
Para las personas que cargan sus coches eléctricos en casa, la opción más popular es una estación de carga de CA montada en la pared. Desafortunadamente, enchufar un vehículo eléctrico en una estación de carga de CA significa que la conversión de CA a CC necesaria para cargar las baterías ocurre dentro del vehículo.
Un vehículo eléctrico debe conectarse a una estación de carga rápida que utilice alimentación de CC para permitir una carga rápida. Hoy en día, la infraestructura para las estaciones de carga rápida, las que ahora se encuentran en los estacionamientos de las empresas, las calles de la ciudad, las carreteras y algunas estaciones de servicio tradicionales, cuentan con diferentes conectores, los cuales incluyen alimentación de CA y CC.
Sería verdaderamente revolucionario si los fabricantes de vehículos eléctricos pudieran eliminar los transformadores de CA y los propietarios de vehículos eléctricos también pudieran usar la carga de CC en el hogar.
Empresas como Wallbox ahora están vendiendo una solución doméstica para la carga de CC. Al usar un conector CHAdeMO, el cargador doméstico Quasar 2 de Wallbox ofrece una carga de CC de hasta 11,5 kW, lo que permite que la batería del automóvil alimente la casa, incluso durante un corte de energía. Por ejemplo, un coche eléctrico con capacidad de 75 kWh completamente cargado puede suministrar electricidad para las necesidades esenciales de un hogar típico durante más de una semana. Para obtener más información sobre la carga de vehículos eléctricos, consulte Cómo los OBC y los cargadores rápidos de CC superan la ansiedad por la autonomía en los vehículos eléctricos.
Los fabricantes de vehículos eléctricos deben empezar a pensar como empresas informáticas
Los vehículos con motor de combustión interna se enfrentan a retiros graduales en todo el mundo. Los fabricantes de vehículos eléctricos deben trabajar en estrecha colaboración con las empresas de tecnología que fabrican productos electrónicos a bordo, infraestructura de comunicaciones celulares, estaciones de carga y servicios en la nube para aprovechar esta tendencia.
Optimizar la electrónica existente no es suficiente. Los fabricantes de automóviles necesitan adaptar sus líneas de producción para lograr la flexibilidad del diseño electrónico. Esto les ayudaría a aprovechar las tecnologías más nuevas de forma más rápida y a gestionar mejor la escasez en sus cadenas de suministro cuando algunos componentes son difíciles de adquirir. El vehículo eléctrico de hoy es más una computadora y baterías sobre ruedas que un mero sistema de transporte. Los fabricantes de automóviles deben pensar "fuera de la caja" y darse cuenta de esta realidad imparable.
