Punto de vista: deshacerse de los cables para perder peso en el sector del automóvil

Aug 20, 2023

Los fabricantes de vehículos llevan mucho tiempo soñando con reducir el peso sustituyendo los pesados ​​cableados por tecnología de radiofrecuencia. Sin embargo, lograr este nirvana inalámbrico no es tan sencillo como parece a primera vista, escribe Sampson Hu, fundador del especialista en antenas del Reino Unido Novocomms.

Uno de los subsistemas más pesados ​​en la mayoría de los vehículos, los arneses de cableado pueden pesar alrededor de 150 libras, lo que genera un gran dolor de cabeza para los diseñadores. Dado el hecho de que un cambio al control inalámbrico podría reducir el peso total del vehículo hasta en un 50 por ciento, no es de extrañar que la "gestión del sistema inalámbrico" esté en la cima de la agenda de todos los principales fabricantes de equipos originales. De hecho, el paso a los vehículos eléctricos (EV) y la comprensible obsesión por la reducción de peso han hecho que el impulso a la gestión inalámbrica de vehículos sea aún más urgente en los últimos años.

Si los beneficios de deshacerse del alambre de cobre son tan grandes, ¿por qué todavía los vemos en los automóviles que salen de la línea de producción? La verdad es que lograr sistemas de comunicaciones por RF estables en los vehículos no es sólo una cuestión de "plug and play". Las cosas son mucho más complejas una vez que levantas el capó.

Si bien una señal interrumpida no es el fin del mundo para los usuarios de teléfonos móviles, cuando se trata de sistemas críticos del vehículo, como el frenado o la aceleración, simplemente no hay margen de error. Incluso las funciones que no son de misión crítica, como los faros o los limpiaparabrisas, requieren una señal confiable para garantizar una funcionalidad constante. En nuestras conversaciones con los fabricantes de equipos originales, esta cuestión fundamental todavía se considera la prueba de fuego central para la adopción de tecnología inalámbrica.

Para los ingenieros automotrices, esto implica un proceso de pensamiento simple: deshacerse del cableado pesado es excelente en principio, pero si compromete la seguridad en un ápice en la práctica, no vamos a llegar allí.

Uno de los mayores obstáculos a los que se enfrentan las comunicaciones inalámbricas en los vehículos es el compartimento del motor. Dentro de este tanque de metal, que no mide más de un metro de ancho, reside una gran cantidad de ruido eléctrico causado por las bujías (en el caso de los motores ICE), los motores eléctricos y los interruptores (en el caso de los vehículos eléctricos). Para las señales inalámbricas, este es un entorno enormemente agresivo y en constante cambio que presenta una serie de desafíos reales para los diseñadores de antenas.

En segundo lugar, la cuestión de la gestión de redes plantea verdaderos enigmas a los ingenieros eléctricos. Nuestro trabajo con fabricantes de equipos originales demuestra que la separación de señales inalámbricas (para diferentes niveles de control) es un elemento clave. Esta jerarquía, según la cual operaciones críticas para la seguridad, como frenar y acelerar, tendrían prioridad sobre funciones menos cruciales, como luces interiores o elevalunas eléctricos, requiere una forma de control central que mantenga distintas señales inalámbricas.

Sorprendentemente, nuestro trabajo de viabilidad también ha puesto de relieve los problemas que los humanos crean en los coches cuando se trata de una transmisión inalámbrica constante. En ocasiones, puede haber un solo conductor en el vehículo (compuesto por aproximadamente un 70 % de agua), mientras que en otras, el automóvil puede estar lleno de pasajeros, todos moviéndose dentro de la cabina, lo que crea más interferencias o bloqueos potenciales de las señales.

Estos son sólo algunos de los temas clave que hemos considerado durante nuestro trabajo con los fabricantes de vehículos. No hay respuestas simples a estas preguntas, sin embargo podemos sugerir un camino constructivo a seguir en el área dinámica del diseño inalámbrico.

Una posible solución al enigma inalámbrico es la interconexión de tecnologías, o "salto", como se le conoce en la jerga de Internet. Esto utiliza nodos alrededor del vehículo para acortar el camino y hacer que las señales sean menos propensas a sufrir interferencias. Es bastante complejo y no es barato de instalar, pero tiene potencial.

La asignación de frecuencias es otra consideración que se está explorando activamente. En principio, bajar la frecuencia de la señal facilita mucho la penetración en todo el vehículo. Sin embargo, la frecuencia inferior al gigabyte es un espectro muy congestionado.

Tesla, líder en paquetes de vehículos eléctricos, busca integrar cables de alimentación y datos, en un enfoque conocido como alimentación a través de Ethernet. Una gran ventaja aquí es que este sistema es menos propenso a interferencias. Sin embargo, en lo que respecta a los vehículos eléctricos, la cantidad de energía necesaria es considerable y las diferencias en los requisitos de energía podrían resultar problemáticas.

Un área realmente prometedora reside en el diseño de antenas de alto rendimiento. Actualmente estamos desarrollando tecnología de dirección de haz de próxima generación, que dirige eficazmente las ondas de radio a canales específicos. Este enfoque solía ser costoso, pero ahora se está volviendo mucho más asequible debido a la innovación en el diseño y la adopción de materiales novedosos.

La dirección del haz de señales de RF tiene el potencial de resolver muchos de los problemas citados anteriormente. Nuestro trabajo en esta área especializada demuestra que podemos lograr ganancias estables en una sola dirección, de manera mucho más rentable de lo que era posible anteriormente. Puede que no sea la única solución milagrosa en lo que respecta a las comunicaciones inalámbricas en los vehículos, pero es una de varias soluciones emergentes diseñadas para reducir el peso de los vehículos.

Con 14 años de experiencia en diseño de antenas móviles, Sampson Hu es el inventor principal de más de 80 patentes de Novocomms y ha estado trabajando en la tecnología principal desde 2009. Como fundador de Novocomms Limited, es responsable de la expansión global del negocio. , su operación global de diseño y fabricación de antenas.

Sampson Hu también desempeña las funciones de director de tecnología o vicepresidente de ingeniería y asume la responsabilidad total de la ejecución exitosa de la misión comercial de la empresa mediante el desarrollo y la implementación de la tecnología de la empresa. Ayuda directamente a la innovación tecnológica en toda la empresa, lidera la implementación de tecnología y guía a los ingenieros. A largo plazo, también prevé el riesgo y el crecimiento necesario del equipo global de I+D.