La influencia de Internet of Things (IoT) en los vehículos modernos

Gerd, cuéntanos un poco sobre ti. ¿Qué es lo que más te gusta de tu trabajo?

Tras mi formación profesional y mis estudios universitarios de Electrotecnia, durante más de ocho años ocupé diferentes puestos en la industria de los semiconductores, trabajando en Baseband Ics*. Desde 2008 formo parte de MD y aquí he ocupado diversos puestos de liderazgo en distintas áreas, que me han brindado la oportunidad de participar de forma activa en el futuro de la empresa con nuevas ideas y enfoques. Como Global Vice President R&D, desde 2013 estoy construyendo y ampliando las áreas de las que soy responsable: Desarrollo de producto (I+D), Gestión de producto, Gestión de proyectos, Gestión de la innovación y Patentes. En esta época, que es la más apasionante desde la invención del automóvil, es todo un privilegio poder participar de forma activa en el desarrollo de la comunicación de los datos.

¿Qué se entiende por el término IoT (Internet of Things) en general y concretamente en el sector del automóvil?

IoT es la abreviatura de Internet of Things, o sea, el internet de las cosas. En general se entiende como una red de dispositivos físicos que están conectados entre sí a través de dominios individuales y pueden intercambiar datos.

En la industria del automóvil, IoT se refiere especialmente a la interconexión de los componentes del vehículo y sistemas externos. Por una parte, estos dispositivos son cada vez más económicos en cuanto a su fabricación, pero al mismo tiempo también son cada vez más «inteligentes» y potentes, lo cual permite un mayor uso y una amplia interconexión en diferentes ámbitos de aplicación, creando un ecosistema relacionado. Gracias a ello, los vehículos son capaces de intercambiar datos en tiempo real, lo que conlleva una mayor eficiencia, seguridad y facilidad de uso.

Las aplicaciones de IoT contribuyen especialmente al desarrollo de los vehículos autónomos permitiendo una comunicación fluida entre los vehículos (Vehicle-to-vehicle, V2V) y entre los vehículos y la infraestructura (Vehicle-to-Infrastructure, V2I). Todos estos avances son posibles gracias a tecnologías como el protocolo «Ethernet» y a las soluciones en la nube, que garantizan una comunicación y una ejecución de acciones de forma rápida y autónoma.

¿Qué papel desempeña IoT en la industria automotriz?

Las aplicaciones de IoT en la industria automotriz son muy diversas. Por una parte, esta tecnología se extiende a lo largo de todo el proceso de valor añadido, y por otra, en muchos vehículos actuales ya se han implementado aplicaciones concretas de IoT. Algunos ejemplos en la industria automovilística son las plantas de producción en la línea de Industria 4.0, en las que las máquinas y las instalaciones de producción están interconectadas para optimizar los procesos y aumentar la eficiencia. Esto permite un control más preciso de la producción, mejora el aseguramiento de la calidad y disminuye el riesgo de errores humanos. Además, es posible supervisar y analizar de forma exhaustiva los datos de producción en tiempo real, lo cual contribuye a identificar y solucionar los problemas de forma prematura. IoT también influye en la logística y la gestión de la cadena de suministro, haciendo posible una gran transparencia en la trazabilidad y la gestión de los materiales y productos. Los análisis de datos en tiempo real ayudan a evitar los cuellos de botella y a mejorar la eficiencia de toda la cadena de suministro. En la fase de desarrollo, los ingenieros utilizan los datos de IoT para diseñar y probar nuevos modelos de vehículos. Mediante el análisis de los datos de vehículos interconectados es posible detectar tendencias y patrones que se pueden integrar en el desarrollo de nuevas tecnologías y sistemas.

En los vehículos se encuentran aplicaciones de IoT en sistemas avanzados de asistencia al conductor (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS), que aumentan la seguridad y la comodidad para el conductor. Además, también se utilizan sistemas In-Vehicle-Infortainment (IVI), que ofrecen opciones avanzadas de entretenimiento e información para el conductor y los ocupantes.

En conjunto, la integración de Internet de las cosas supondrá una amplia interconexión y digitalización en la industria del automóvil que van a revolucionar tanto los procesos de producción como la experiencia de conducción.

Y si nos centramos en el vehículo, ¿qué papel desempeña la red de a bordo y, concretamente, la red de a bordo de datos?

IoT se compone de muchas pequeñas «unidades de control inteligentes» que están interconectadas. Estas conexiones se realizan a través de la red de a bordo de datos del vehículo. A lo largo del tiempo han ido surgiendo diferentes protocolos para el intercambio de información que se utilizan para distintos casos de aplicación. Para velocidades más bajas de transmisión de datos hasta 3-5 Mbit/s, de forma estándar se utiliza el bus CAN. Para velocidades mayores se usa FlexRay, y desde hace algunos años también está ganando terreno en el vehículo el protocolo Ethernet, que es la base de internet. Estos protocolos son decisivos para garantizar la transmisión de datos amplia y rápida que necesitan los sistemas de los vehículos modernos.

Además, las tecnologías como Time-Sensitive Networking (TSN) permiten realizar la sincronización necesaria y ofrecen breves tiempos de latencia en las arquitecturas del vehículo interconectadas. Esto resulta decisivo para una transmisión de datos eficiente y segura en tiempo real, que es imprescindible para las funciones de conducción autónoma y los vehículos interconectados.

¿No resulta muy engorroso si se usan distintos protocolos en el vehículo?

Sí, no solo es engorroso, sino que también es caro y requiere tiempo para reenviar la información. Pero los distintos protocolos están especializados en diferentes aplicaciones y están optimizados para ello. La desventaja de esto es que solo se puede efectuar una comunicación independientemente de los protocolos a través de gateways, es decir, traductores electrónicos. Estos gateways aumentan tanto la complejidad como los costes, y ralentizan la transmisión de los datos. Por eso, en los últimos años se están haciendo cada vez más esfuerzos por reducir el número de protocolos diferentes y dirigirse más en dirección a Ethernet, con el fin de conseguir una comunicación más eficiente y más unificada en el vehículo.

¿Por qué la dirección es Ethernet y no otro protocolo?

Como he mencionado antes, Ethernet es el protocolo de internet. Lo conocemos de casa o de la oficina: el ordenador u otros dispositivos están conectados entre sí a través de Ethernet y la conexión a internet también se lleva a cabo a través de este protocolo. Existen millones de dispositivos y componentes de semiconductores que son compatibles con Ethernet. Para la industria automotriz, el reto consistía en reducir el número necesario de hilos de cobre en el cable, ya que ocho hilos habrían resultado demasiado caros. Sin embargo, se consiguió crear una variante especial compatible con la estándar que solo tenía dos hilos de cobre, denominada Twisted Pair (par trenzado). Esta solución ofrece las altas velocidades de transmisión de datos y la fiabilidad que necesitan las redes de los vehículos modernos.

Ahora, los distintos protocolos también tienen diferentes anchos de banda o velocidades de transmisión de datos. ¿Es posible cubrir todo con el protocolo Ethernet?

El protocolo Ethernet se ha especificado y estandarizado para diferentes velocidades de transmisión de datos. El inicio fue la variante de 100 Mbit/s del estándar IEEE 100BASE -T1. Después llegó el IEEE 1000BASE-T1 para la variante de 1 Gbit/s. Se están preparando estandarizaciones multi-gigabit, pero también existen actividades de estandarización en dirección a velocidades de transmisión más bajas. Para los 10 Mbit/s se ha definido el IEEE 10BASE-T1S. Estos avances demuestran que Ethernet es capaz de cubrir un amplio espectro de requisitos en cuanto al ancho de banda y, por tanto, de reducir el número de protocolos diferentes en el vehículo para reducir la complejidad y los costes.

¿Qué ventajas tiene Ethernet en comparación con los otros protocolos que se están utilizando actualmente en el vehículo?

Esa es una buena pregunta: qué ventajas tiene Ethernet con respecto a los otros protocolos. Aquí solo vamos a mencionar unas cuantas. Para las aplicaciones de ADAS es importante contar con unos tiempos de latencia muy breves para que el retardo temporal entre la detección y la acción sea lo más reducido posible. Aquí, Ethernet ofrece ventajas gracias a sus elevadas velocidades de transmisión de datos y sus breves tiempos de latencia. El estándar 100BASE-T1 se considera un estándar industrial que permite el uso del protocolo de internet TCP/IP en diferentes aplicaciones, reduciendo la complejidad. Además, los estándares de Ethernet como Audio-Video-Bridging (AVB) y Time-Sensitive Networking (TSN) permiten nuevas aplicaciones que dependen de una sincronización temporal precisa. Finalmente, con el sencillo cableado con cables trenzados (con o sin blindaje) es posible ahorrar costes en la red de a bordo, lo cual supone una implementación eficiente en cuanto a los costes. Automotive Ethernet es flexible y escalable, lo que facilita la integración con los servicios en la nube y los productos de consumo. Además se pueden utilizar menos cables y más cortos, reduciendo el peso y los costes. Y para terminar, Ethernet es compatible con diferentes capas físicas, lo cual facilita la adaptación a diferentes casos de aplicación.

¿Cómo contribuye concretamente MD a que IoT se siga estableciendo en el sector del automóvil?

En los primeros debates en las organizaciones ya prestamos apoyo en el desarrollo de nuevos componentes mediante mediciones técnicas de alta frecuencia y la interpretación de los resultados. Además, en esta época pudimos contribuir con los primeros patrones para mediciones avanzadas y debates. La coordinación técnica que se llevó a cabo ya en una fase temprana con los fabricantes de semiconductores y de unidades de control permite proporcionar y evaluar los componentes nuevos con mayor rapidez. Además, la gama de productos de MD comprende todos los componentes necesarios y también ofrece una producción en serie altamente automatizada de grandes volúmenes. Por tanto, MD es un socio perfecto, desde la idea hasta la fabricación en serie para todas las empresas del sector en todo el mundo.

Gerd, ¡muchas gracias por esta charla tan interesante!

* Los Baseband-ICs (circuitos integrados) procesan y controlan las señales de banda base en sistemas de comunicación. Estas señales proceden directamente de la fuente y aún no están moduladas.