electrónica automotriz

La electrónica automotriz comprende los sistemas electrónicos utilizados en los vehículos , incluyendo la gestión del motor , el encendido , la radio , los ordenadores de a bordo , la telemática , los sistemas de entretenimiento y otros. La electrónica de encendido, motor y transmisión también se encuentra en camiones , motocicletas , vehículos todoterreno y otra maquinaria con motor de combustión interna, como carretillas elevadoras , tractores y excavadoras . Asimismo, los elementos relacionados para el control de los sistemas eléctricos pertinentes se encuentran en vehículos híbridos y eléctricos .

Los sistemas electrónicos se han convertido en un componente cada vez mayor del costo de un automóvil, pasando de representar solo alrededor del 1 % de su valor en 1950 a cerca del 30 % en 2010. ^{[ 1 ]} Los autos eléctricos modernos dependen de la electrónica de potencia para el control del motor de propulsión principal, así como para la gestión del sistema de baterías . Los futuros autos autónomos dependerán de potentes sistemas informáticos, una variedad de sensores, redes y navegación por satélite, todo lo cual requerirá electrónica.

Los primeros sistemas electrónicos disponibles como instalaciones de fábrica fueron las radios de coche con válvulas de vacío , a partir de principios de la década de 1930. El desarrollo de los semiconductores después de la Segunda Guerra Mundial amplió enormemente el uso de la electrónica en los automóviles, con los diodos de estado sólido convirtiendo al alternador automotriz en el estándar después de 1960 aproximadamente, y los primeros sistemas de encendido transistorizados aparecieron en 1963. ^{[ 2 ]}

La aparición de la tecnología metal-óxido-semiconductor (MOS) condujo al desarrollo de la electrónica automotriz moderna. ^{[ 3 ]} El MOSFET fue inventado en Bell Labs entre 1955 y 1960, después de que Frosch y Derick descubrieran la pasivación de la superficie por dióxido de silicio y usaran su hallazgo para crear los primeros transistores planares, los primeros transistores de efecto de campo en los que el drenador y la fuente estaban adyacentes en la misma superficie, más tarde un equipo demostró un MOS funcional en Bell Labs. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} Dawon Kahng resumió en un memorando de Bell Labs el logro: EE LaBate y EI Povilonis que fabricaron el dispositivo; MO Thurston, LA D'Asaro y JR Ligenza que desarrollaron los procesos de difusión, y HK Gummel y R. Lindner que caracterizaron el dispositivo. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Esto condujo al desarrollo del MOSFET de potencia por Hitachi en 1969, ^{[ 12 ]} y del microprocesador de un solo chip por Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima y Stanley Mazor en Intel en 1971. ^{[ 13 ]}

El desarrollo de los chips de circuitos integrados MOS (MOS IC) y los microprocesadores hizo que una serie de aplicaciones automotrices fueran económicamente viables en la década de 1970. En 1971, Fairchild Semiconductor y RCA Laboratories propusieron el uso de chips de integración a gran escala (LSI) MOS para una amplia gama de aplicaciones electrónicas automotrices, incluyendo una unidad de control de transmisión (TCU), control de crucero adaptativo (ACC), alternadores , atenuadores automáticos de faros , bombas de combustible eléctricas , inyección electrónica de combustible , control electrónico de encendido , tacómetros electrónicos , señales de giro secuenciales , indicadores de velocidad , monitores de presión de neumáticos , reguladores de voltaje , control de limpiaparabrisas , prevención electrónica de deslizamiento (ESP) y calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). ^{[ 14 ]}

A principios de la década de 1970, la industria electrónica japonesa comenzó a producir circuitos integrados y microcontroladores para la industria automotriz japonesa , utilizados para el entretenimiento en el automóvil, limpiaparabrisas automáticos, cerraduras electrónicas, tablero y control del motor. ^{[ 15 ]} El sistema Ford EEC (Control Electrónico del Motor), que utilizaba el microprocesador Toshiba TLCS-12 PMOS , entró en producción en masa en 1975. ^{[ 16 ] [ 17 ]} En 1978, el Cadillac Seville incorporó una "computadora de viaje" basada en un microprocesador 6802. Los sistemas de encendido e inyección de combustible controlados electrónicamente permitieron a los diseñadores de automóviles lograr vehículos que cumplieran con los requisitos de ahorro de combustible y menores emisiones, manteniendo al mismo tiempo altos niveles de rendimiento y comodidad para los conductores. Los automóviles actuales contienen una docena o más de procesadores, en funciones como la gestión del motor, el control de la transmisión, el control del clima, el freno antibloqueo, los sistemas de seguridad pasiva, la navegación y otras funciones. ^{[ 18 ]}

El MOSFET de potencia y el microcontrolador , un tipo de microcomputadora de un solo chip, dieron lugar a avances significativos en la tecnología de vehículos eléctricos . Los convertidores de potencia MOSFET permitieron operar a frecuencias de conmutación mucho más altas, hicieron más fácil conducir, redujeron las pérdidas de potencia y redujeron significativamente los precios, mientras que los microcontroladores de un solo chip podían gestionar todos los aspectos del control de conducción y tenían la capacidad de gestionar la batería . ^{[ 3 ]} Los MOSFET se utilizan en vehículos ^{[ 19 ]} como automóviles , ^{[ 20 ]} coches , ^{[ 21 ]} camiones , ^{[ 20 ]} vehículos eléctricos , ^{[ 3 ]} y coches inteligentes . ^{[ 22 ]} Los MOSFET se utilizan para la unidad de control electrónico (ECU), ^{[ 23 ]} mientras que el MOSFET de potencia y el IGBT se utilizan como controladores de carga para cargas automotrices como motores , solenoides , bobinas de encendido , relés , calentadores y lámparas . ^{[ 19 ]} En 2000, el vehículo de pasajeros promedio de gama media tenía un contenido estimado de semiconductores de potencia de $100 a $200 , aumentando potencialmente de 3 a 5 veces para vehículos eléctricos e híbridos . A partir de 2017, el vehículo promedio tiene más de 50 actuadores , controlados típicamente por MOSFET de potencia u otros dispositivos semiconductores de potencia . ^{[ 19 ]}

Otra tecnología importante que hizo posible los coches eléctricos modernos aptos para circular por carretera es la batería de iones de litio . ^{[ 24 ]} Fue inventada por John Goodenough , Rachid Yazami y Akira Yoshino en la década de 1980, ^{[ 25 ]} y comercializada por Sony y Asahi Kasei en 1991. ^{[ 26 ]} La batería de iones de litio fue responsable del desarrollo de vehículos eléctricos capaces de recorrer largas distancias, para la década de 2000. ^{[ 24 ]}

La electrónica automotriz o los sistemas embebidos para automóviles son sistemas distribuidos y, según los diferentes ámbitos del sector automotriz, se pueden clasificar en:

1. Electrónica del motor
2. electrónica de transmisión
3. Electrónica del chasis
4. Seguridad pasiva
5. Asistencia al conductor
6. Comodidad de los pasajeros
7. Sistemas de entretenimiento
8. Sistemas de cabina electrónica integrada

En promedio, un automóvil de la década de 2020 tiene entre 50 y 150 chips , según Chris Isidore de CNN Business. ^{[ 27 ]}

Para minimizar el riesgo de fallos peligrosos, los sistemas electrónicos relacionados con la seguridad deben desarrollarse conforme a los requisitos de responsabilidad del producto aplicables. El incumplimiento o la aplicación inadecuada de estas normas puede ocasionar no solo lesiones personales, sino también graves consecuencias legales y económicas, como la cancelación o la retirada de productos del mercado .

La norma IEC 61508 , aplicable generalmente a productos eléctricos, electrónicos y programables relacionados con la seguridad, solo satisface parcialmente los requisitos de desarrollo del sector automotriz. Por consiguiente, para la industria automotriz , esta norma se sustituye por la ISO 26262 , actualmente publicada como Borrador Final de Norma Internacional (FDIS). La ISO/DIS 26262 describe el ciclo de vida completo de los sistemas eléctricos y electrónicos relacionados con la seguridad en vehículos de carretera. Su versión final se publicó como norma internacional en noviembre de 2011. La implementación de esta nueva norma conllevará modificaciones e innovaciones en el proceso de desarrollo de la electrónica automotriz, ya que abarca el ciclo de vida completo del producto, desde la fase conceptual hasta su desmantelamiento.

A medida que más funciones del automóvil se conectan a redes de corto o largo alcance, se requiere ciberseguridad para proteger los sistemas contra modificaciones no autorizadas. Con sistemas críticos como el control del motor, la transmisión, los airbags y el frenado conectados a redes de diagnóstico internas, el acceso remoto podría permitir que un intruso malintencionado altere o desactive el funcionamiento de los sistemas, causando posibles lesiones o incluso la muerte. Cada nueva interfaz representa una nueva " superficie de ataque ". La misma función que permite al propietario desbloquear y arrancar el coche desde una aplicación móvil también presenta riesgos debido al acceso remoto. Los fabricantes de automóviles pueden proteger la memoria de varios microprocesadores de control para evitar modificaciones no autorizadas y garantizar que solo los centros autorizados por el fabricante puedan diagnosticar o reparar el vehículo. Sistemas como la entrada sin llave utilizan técnicas criptográficas para evitar ataques de " repetición " o de " intermediario " que impidan registrar secuencias y permitir el acceso no autorizado al automóvil posteriormente. ^{[ 28 ]}

En 2015, el club general alemán del automóvil encargó una investigación sobre las vulnerabilidades del sistema electrónico de un fabricante, que podrían haber dado lugar a ataques como el desbloqueo remoto no autorizado del vehículo. ^{[ 29 ]}

• Sistemas Cellport
• Electrónica vehicular
• Sistema avanzado de asistencia al conductor (ADAS)
• Vehículo definido por software (SDV)

• William B. Ribbens y Norman P. Mansour (2003). Comprensión de la electrónica automotriz (6.ª  ed.). Newnes. ISBN 9780750675994.

• Congreso Internacional de Electrónica Automotriz
• Sociedad de Ingenieros Automotrices
• Laboratorio de Electrónica Vehicular de Clemson (Sección de Electrónica Automotriz)