La megatendencia C.A.S.E. describe los cuatro aspectos esenciales del futuro de la industria automotriz: Connected, Autonomous, Shared & Service and Electric. En este sentido, los datos desempeñan un papel central e impulsan el futuro de la industria automotriz.
Esto lanza dos cuestiones centrales: ¿cómo pueden dominar los datos la complejidad de los sistemas en el vehículo y el desarrollo más adelante? ¿Las especificaciones actuales reflejan los requisitos del futuro?
Estas son justamente las cuestiones de las que conoceremos en este artículo. Descubrirás por qué se necesitan nuevos sistemas de transmisión de datos, cómo se crean, por qué es recomendable participar lo antes posible en las organizaciones, qué consecuencias tiene esto en el proceso de desarrollo de productos y de qué forma se transfieren los requisitos resultantes en especificaciones y condiciones.
- 1 ¿Por qué se necesitan nuevos sistemas de transmisión de datos?
- 2 ¿Cómo se crean nuevos sistemas de transmisión de datos?
- 3 ¿Por qué se recomienda participar lo antes posible en organizaciones?
- 4 Influencia y efectos en el proceso de desarrollo de productos
- 5 Cómo se aplica en MD ELEKTRONIK
- 6 ¿Cómo se transfieren los requisitos resultantes en especificaciones y condiciones?
- 7 ¿Cuál es el siguiente paso?
- 8 Resumen y conclusión
¿Por qué se necesitan nuevos sistemas de transmisión de datos?
Durante muchos años, sistemas como LIN, CAN y FlexRay se han establecido como los principales sistemas de alimentación abordo en el vehículo, ofreciendo una gran confiabilidad. Estos sistemas ya no cumplen los requisitos actuales.
sistemas convencionales – separados entre sí
Automotive Ethernet – protocolos generales
Por un lado, con estos sistemas ya no es posible cumplir la demanda actual de una mayor velocidad de transmisión de datos. Por ello, se ha considerado la posibilidad de emplear Ethernet como sistema adecuado en el vehículo. Hace más de 10 años, Ethernet era capaz de reducir los tiempos de actualización en el servicio técnico de los vehículos en comparación con bus CAN, ya que permitía una velocidad de transmisión da datos 100 Mbit/s (100BASE-TX) mayor que CAN, con 1 Mbit/s. Por otro lado, Ethernet ofrece un sistema de red con protocolos estandarizados para unificar la comunicación.
Desde esa época, se ha avanzado mucho en el desarrollo de nuevos estándares de Ethernet para aplicaciones en el sector automotriz. Se alcanzó un gran éxito al adoptar la tecnología BroadR-Reach basándose en 100BASE-T (velocidad de transmisión de datos de 100 Mbit/s) para enviar y recibir datos con 1 par de datos, lo que se denomina Single Pair Ethernet (SPE), a diferencia de la cantidad mínima de 2 pares de datos que requiere el Ethernet estándar (100BASE-TX).
En distintos grupos de trabajo se desarrollan estándares para Automotive Ethernet, pero también se siguen desarrollando para aplicaciones SerDes (serializadores/deserializadores) con transmisión serial de datos mediante un número reducido de cables para la transmisión de datos asimétricos a través de uniones coaxiales o Twisted Pair.
Se necesitan nuevos sistemas de transmisión de datos para Automotive Ethernet o Automotive SerDes con el fin de generar las siguientes ventajas:
- Alta velocidad de transmisión de datos
- Unificación de la comunicación
- Protocolos estandarizados
- Uso de nodos comunes
- Reducción de los costos (dependiendo de la aplicación)
¿Cómo se crean nuevos sistemas de transmisión de datos?
El desarrollo de nuevos estándares de transmisión de datos representa una necesidad de los desarrolladores que trabajan para los fabricantes de vehículos (OEM) o TIER1 para obtener un mayor ecosistema con productos aptos para el mercado.
Los sistemas de transmisión de datos aptos para la industria automotriz surgen del trabajo de organizaciones de estandarización industrial consolidadas, como IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) o MIPI (Mobile Industry Processor Interface Alliance), cuyos estándares se aplican en numerosos sectores.
¡Pero esto no siempre es suficiente! También se han formado nuevas organizaciones como la OPEN Alliance (One Pair Ethernet) o la Automotive SerDes Alliance (ASA), en cuyas especificaciones se tienen en cuenta directamente los requisitos para los productos y componentes del sector automotriz. La OPEN Alliance utiliza la tecnología BroadR-Reach y la ha establecido como estándar abierto para las aplicaciones de red automotrices.
| Estándar IEEE | Denominación | Velocidad de transmisión de datos [Mbit/s] | |
|---|---|---|---|
| IEEE 802.3bw | 100BASE-T1 | 100 | Ya publicados |
| IEEE 802.3bp | 1000BASE-T1 | 1000 | Ya publicados |
| IEEE 802.3ch | 2.5GBASE-T1 | 2500 | Ya publicados |
| IEEE 802.3ch | 5GBASE-T1 | 5000 | Ya publicados |
| IEEE 802.3ch | 10GBASE-T1 | 10000 | Ya publicados |
| IEEE 802.3cy | 25GBASE-T1 | 25000 | En proceso |
¿Por qué se recomienda participar lo antes posible en organizaciones?
La participación de los fabricantes de vehículos (OEM) y los proveedores en círculos especializados y organizaciones (p. ej., IEEE, OPEN Alliance) es extremadamente importante, al igual que contar con expertos altamente calificados en el desarrollo de sistemas.
La combinación de los especialistas de estas áreas constituye la base del éxito en la creación de las especificaciones necesarias para el desarrollo de un estándar de transmisión de datos. Los objetivos del estándar de transmisión de datos se estipulan al principio. A lo largo de la creación del estándar, se va estableciendo una estructura con ciertos parámetros.
En una fase temprana, mediante la participación activa es posible influir en algunas propiedades importantes del medio físico de transmisión:
-
- Longitud máxima del canal de transmisión
- Número máximo de sistemas de conexión (conectores Inline, transición a placas de circuitos impresos)
- Propiedades de transmisión y reflexión
- Link Segment Insertion Loss
- Channel Return Loss
- Otras propiedades de la transmisión física
- Propiedades CEM
- Emisiones perturbadoras
- Resistencia a interferencias
- Diafonía
- Especificación de influencias ambientales
- Temperatura
- Humedad
- Envejecimiento
- Especificación de influencias mecánicas
- Esfuerzo dinámico
- Esfuerzo estático
La comunicación constante de los participantes en conferencias y encuentros conforma la base del éxito en la creación de un estándar, y los institutos de estandarización ofrecen las condiciones de estructura necesarias para ello.
Influencia y efectos en el proceso de desarrollo de productos
Las organizaciones dependen de una participación activa, y también de las contribuciones y propuestas de los participantes sobre las propiedades de los sistemas del futuro.
Los socios de desarrollo o las empresas pueden llevar a cabo pruebas de materiales (productos por metros, sistemas de conexión) en una fase temprana. Los resultados de dichas pruebas constituirán la base de los valores límite de los futuros estándares.
Esto permite establecer los Link Segments completos en una fase temprana de desarrollo. Por lo tanto, los nuevos productos por metros y los novedosos sistemas de conexión pueden probarse previamente y las tecnologías de fabricación se pueden desarrollar en paralelo.
Cómo se aplica en MD ELEKTRONIK
La participación activa en estas organizaciones nos permite poner a prueba los posibles componentes en máquinas durante la fase de estandarización y evaluar los desafíos que plantea el desarrollo de nuevas soluciones para el ensamble de cables.
En la división de Research & Development se seleccionan de forma específica todos los componentes necesarios, como los productos por metros y los sistemas de conexión, de acuerdo con las aplicaciones correspondientes.
En el área de productos Coax se crean soluciones para la transmisión de frecuencias de 50 MHz y hasta 9 GHz para conexiones de antena o estándares SerDes (FAKRA, Mini Coax).
Los cables de datos con sistemas de conexión Twisted Pair (H-MTD o HSD) se desarrollan para transmisiones LVDS o aplicaciones de Automotive Ethernet.
En los departamentos de desarrollo se efectúan simulaciones FEM, eléctricas, térmicas y mecánicas, así como simulaciones de alta frecuencia. En nuestro propio laboratorio de pruebas acreditado según la norma IEC 17025, pueden realizarse todas las pruebas requeridas por los OEM para las liberaciones en base a las especificaciones.
Las pruebas funcionales de productos Coax por metros, así como de productos por metros de cables Twisted Pair y Parallel Pair sin blindaje y con blindaje (UTP, STP, STQ y SPP) se llevan a cabo en nuestro centro tecnológico en la sede central en Alemania, o bien en las plantas de producción.
Las innovadoras tecnologías de fabricación y de conexión, combinadas con el desarrollo de máquinas de producción automatizadas, permiten el desarrollo y la producción de soluciones de cables ensamblados para el futuro, que darán respuesta a los asuntos pendientes de la industria automotriz.
¿Cómo se transfieren los requisitos resultantes en especificaciones y condiciones?
Los contenidos de los estándares y especificaciones que han sido publicados conforman la base de las especificaciones de productos individuales y las condiciones del cliente.
En el caso de las aplicaciones de Automotive Ethernet, p. ej., en la OPEN Alliance TC9 se establecen con gran detalle los requisitos relativos al canal y los componentes. Esta descripción de las propiedades eléctricas y físicas de la transmisión de datos es un consenso establecido en los círculos especializados. Esto facilita la creación de condiciones de los productos, ya que, por una parte, aquí se describen las pruebas y los procedimientos de medición necesarios, y por otra, también se encuentran los valores límite específicos de los componentes.
Sin embargo, hay que tener cuidado: deben compararse los requisitos y especificaciones de cada uno de los componentes. Los ejemplos de la práctica muestran los desafíos que supone comparar los valores límite de condiciones de los OEM para los cables de datos (productos por metros) y para los cables completamente ensamblados. En parte, para los cables ensamblados hay valores límite más estrictos que para los productos por metros. Los expertos responsables deben tener esto en cuenta, realizar la comparación y, si es necesario, las correcciones que sean oportunas. Esto resulta imprescindible para cumplir los requisitos para la transmisión de datos completos en el Link Segment y garantizar la calidad correspondiente de las cadenas de suministro.
¿Cuál es el siguiente paso?
Los requisitos de los sistemas de transmisión de datos no solo aumentan en lo que se refiere a la longitud máxima y la velocidad de transmisión: a ello se suma la demanda de opciones para la transmisión de datos y el rendimiento a través de los mismos canales físicos de transmisión.
Esto se puede ver en los modelos de la arquitectura de zonas en el vehículo. La consolidación de los sistemas de asistencia del conductor (ADAS: Advanced Driver Assistant Systems) marca el camino del aumento de la cantidad de sensores en el automóvil.
Además del suministro de energía, los sensores también requieren la conexión al sistema de alimentación de datos abordo. Los sensores pueden integrarse en el intercambio de datos a través de cables de datos de alto rendimiento, y también recibir suministro de energía con Power over Data Line (PoDL) o Power over Coax (PoC).
Con nuestro sistema de conexión C-KLIC, hemos desarrollado un sistema adecuado que combina las ventajas de un suministro con energía de gran rendimiento y de la transmisión de datos con una alta velocidad de transmisión de los datos.
Incluso hay requerimientos adicionales al powertrain, debido a los cambios en los sistemas de manejo a eléctrico con baterías (BEV: Battery Electric Vehicle).
La compatibilidad electromagnética (CEM) supone un gran desafío aquí. Estos problemas pueden reducirse con el uso de sistemas ópticos de transmisión como Optical Automotive Ethernet (IEEE 802.3bv/IEEE 802.3cz) en el sistema de alimentación de datos abordo.
Nosotros nos enfrentamos a este desafío y desarrollamos soluciones para la transmisión de Automotive Ethernet a través de componentes y cables de fibra óptica.
Resumen y conclusión
Para mantenerse actualizados, un requisito de vital importancia para las empresas de la industria automotriz es la consideración específica y estructurada de los temas del futuro. Mediante la participación en organizaciones y grupos de trabajo, es posible derivar estos requisitos en nuevos productos de forma temprana. Esto se aplica especialmente a los medios de transmisión físicos con los componentes de conectores y productos por metros, y su procesamiento en el ensamble de cables. La verificación de las especificaciones del producto y la adaptación a las correspondientes aplicaciones y requisitos conforman la base del éxito en las soluciones para la transmisión de datos.
Así, las «Specs» no solo serán suficientes para el futuro, sino también adecuadas.
Acerca de Christian Neulinger
Christian Neulinger es «Manager Radio Frequency & Simulation» y cuenta con más de 10 años de experiencia profesional en el desarrollo y la adaptación de innovadores componentes eléctricos para la transmisión de datos a alta velocidad por cable. Como miembro activo en distintas organizaciones de estandarización como la IEEE 802.3, trabaja en el desarrollo de nuevos sistemas de transmisión de datos de gran rendimiento para la industria automotriz.