Qué papel desempeñarán las arquitecturas E/E en el coche eléctrico del futuro - Ocho preguntas para Carsten Hoff de dSpace

Se conocen como las "vías nerviosas del automóvil": las innumerables líneas de datos de los coches modernos que conectan entre sí sensores, motores y unidades de control en mazos de cables kilométricos. Todos estos sistemas no sólo tienen que armonizar perfectamente entre sí, sino que algunos de ellos también se comunican con el mundo exterior a través de Internet. Un sistema muy complejo, del que los compradores de coches suelen saber lo menos posible, si los fabricantes y proveedores tienen su arquitectura E/E bajo control.

Así que no es de extrañar que las arquitecturas E/E se hayan convertido en un tema de enorme importancia para los fabricantes de equipos originales y sus socios, y que se estén invirtiendo miles de millones. Después de todo, las tendencias de ventas muestran que muchos clientes, especialmente en el mercado chino, están más interesados en cuestiones de software y servicios de conectividad que en los detalles técnicos del sistema de propulsión de su (futuro) coche. Hoy en día, las decisiones de compra se basan a veces en los ciclos de actualización del software o en lo bien que encaja el coche en su propio ecosistema digital. Y no en función de la química de la batería, el diseño de los motores eléctricos o incluso el número de cilindros.

Pero, ¿cómo interactúa todo ello? ¿Hacia dónde se dirigen las tendencias, dónde están las oportunidades y los riesgos? En una entrevista con electrive, Carsten Hoff, director general del Grupo dSPACE y presidente de la conferencia EEHE ("sistemas eléctricos + electrónicos en vehículos híbridos y eléctricos"), que tuvo lugar en Bamberg (Alemania), responde a estas preguntas.

Sr. Hoff, la mayoría de los compradores de automóviles probablemente no estén familiarizados con las arquitecturas E/E, pero sí saben lo que son las actualizaciones de software OTA. ¿Cómo debe preparar un OEM su arquitectura E/E para estar óptimamente equipado para las actualizaciones OTA?

Las actualizaciones OTA exigen un enfoque holístico, ya que no sólo requieren arquitecturas E/E especiales en el vehículo, sino que también tienen un impacto significativo en el OEM y sus procesos de desarrollo.

La arquitectura E/E del vehículo debe diseñarse de forma que siga siendo capaz de recibir, verificar, distribuir a una o varias unidades de control y, en última instancia, ejecutar el software futuro dentro de varios años. Esto requiere arquitecturas modulares de hardware y software. Normalmente, éstas se comunican basadas en servicios a través de Ethernet, de modo que la comunicación entre las unidades de control sea flexible.

Los efectos sobre el OEM son igual de amplios. Además de la conexión backend, obviamente necesaria, los cambios relacionados con el desarrollo son de mayor alcance. En lugar de entregar un vehículo acabado, en el futuro un vehículo se seguirá desarrollando a lo largo de muchos años. Esto requiere una gestión coherente de datos y versiones y la capacidad de probar y homologar estas diferentes versiones de software. Una solución para dominar esta complejidad es la verificación virtual mediante el llamado bucle digital.

En resumen: la capacidad OTA debe ser un principio básico de todo el proceso de arquitectura y desarrollo, no sólo un añadido posterior.

¿La arquitectura E/E de un vehículo es relevante sobre todo en cuestiones de conectividad? ¿Qué papel desempeñan los motores eléctricos y la conducción autónoma?

La conectividad es un motor importante, pero ni mucho menos el único. La conducción autónoma, en particular, tiene un impacto en la arquitectura E/E, ya que hay que generar y procesar enormes cantidades de datos. Sin embargo, estas cuestiones no afectan tanto a la comunicación entre las unidades de control como a las unidades de control en sí.

Para las unidades de control de las funciones de conducción autónoma, por ejemplo, esto significa conceptos de redundancia y elevados requisitos de seguridad funcional en combinación con grandes anchos de banda y requisitos de tiempo real.

Las unidades de control de conectividad tienen interfaces más flexibles y diferentes. Suelen tener ciclos de actualización más rápidos y están vinculadas a elevados requisitos de seguridad.

¿Cómo ve la posición de los fabricantes alemanes en este ámbito? Con su nueva clase, BMW ha anunciado una arquitectura completamente nueva con cuatro grandes ordenadores centrales, mientras que VW está trabajando con la startup estadounidense Rivian.

Los OEM alemanes han reconocido que es necesaria una transformación de gran alcance. BMW está dando un paso audaz con su nueva clase y apuesta por una arquitectura informática centralizada que sustituye a muchas unidades de control individuales. Volkswagen está utilizando cooperaciones como la que mantiene con Rivian para aportar soluciones innovadoras de software y hardware a su cartera. Estos y otros pasos similares pueden observarse en toda la industria, no sólo entre los OEM alemanes.

Sin embargo, pueden reconocerse claras diferencias en la aplicación. Un factor clave para una aplicación coherente es hasta qué punto se pueden desechar las cuestiones heredadas.

A menudo se habla de una arquitectura E/E "zonal". ¿Qué hay detrás de este término?

Las "zonas" de una arquitectura E/E son sólo una parte del concepto global. Por regla general, una arquitectura zonal consta de uno a unos pocos ordenadores de alto rendimiento (HPC), varias unidades de control zonal y los componentes sensores/mecatrónicos.

Los HPC tienen funciones centralizadas y realizan las tareas esenciales. Por ejemplo, podría haber un HPC para cada una de las funciones de conducción, conectividad y conducción autónoma. Las unidades de control de zona -como el frontal, el habitáculo y la parte trasera, que conectan los componentes sensoriales/mecatrónicos- están dispuestas lógicamente por debajo. La excepción son los sensores para las funciones de conducción autónoma, que suelen conectarse directamente al HPC.

La nueva estructura reduce drásticamente la complejidad, simplifica los mazos de cables, ahorra peso, disminuye los costes y aumenta la flexibilidad a la hora de integrar nuevas funciones.

En resumen: las arquitecturas zonales son la respuesta a la creciente complejidad de los vehículos modernos.

¿Qué papel desempeña la ciberseguridad en el desarrollo? ¿Es posible estandarizar las medidas o hay que adaptarlas específicamente?

Con la introducción de nuevas normas de ciberseguridad como la ISO/SAE 21434 y la UN R.155 a más tardar, la seguridad funcional no es el único objetivo clave de desarrollo. Al igual que las actualizaciones de la OTA, la ciberseguridad debe considerarse de forma holística, ya que afecta a todos los componentes conectados en red y debe garantizarse durante años en la fase posterior a la producción. Esto requiere nuevos procesos, procedimientos y métodos, empezando por un Análisis de Amenazas y Riesgos (TARA), pruebas de ciberseguridad (también en combinación con pruebas funcionales) y, si es necesario, el posterior desmantelamiento de funciones.

¿Cuánta experiencia tienen realmente los OEM en los "centros neurálgicos del automóvil" y qué papel desempeñan los proveedores en la arquitectura E/E?

En el contexto de los vehículos definidos por software (SDV) y las arquitecturas zonales, los OEM están adquiriendo cada vez más experiencia propia, sobre todo en áreas clave como la arquitectura de software, la integración de sistemas y la seguridad funcional. La definición de la arquitectura, los sistemas de bus y la comunicación está claramente en manos de los OEM. Esto se aplica en particular a los OEM que tienen un alto nivel de comprensión del sistema o quieren desarrollar ellos mismos partes definidas de la aplicación.

Al mismo tiempo, los proveedores siguen siendo socios indispensables, especialmente cuando se trata de proporcionar plataformas de hardware, software básico o tecnologías específicas como componentes de alto voltaje o sistemas de asistencia al conductor. Sin embargo, la cooperación está cambiando: Los fabricantes de equipos originales proporcionan menos especificaciones y asumen más responsabilidad sobre los sistemas, mientras que los proveedores actúan cada vez más como socios de desarrollo.

¿Qué tendencias ve en la arquitectura E/E? ¿Hacia dónde se dirige el hardware y qué requisitos tendrá que cumplir el software del futuro?

La dirección está clara: una mayor centralización de la potencia de cálculo en potentes HPC y controladores de zona, conectados a través de redes Ethernet rápidas. El hardware y el software están cada vez más desacoplados, lo que da lugar a sistemas más flexibles y modulares.

En cuanto al software, el desarrollo y las pruebas son cada vez más modulares. La virtualización desempeña aquí un papel importante, ya que es la única forma de satisfacer los elevados requisitos de ciclos de desarrollo rápidos, mayor complejidad y mayor calidad.

La gama de funciones necesarias aumenta constantemente. ¿Puede esto convertirse también en una trampa de costes? ¿De qué costes estamos hablando para la arquitectura E/E de un coche eléctrico moderno conectado en red, y a dónde irán a parar los costes si las exigencias a los sistemas siguen aumentando?

Por supuesto, el aumento de la complejidad funcional supone un alto riesgo de explosión de los costes. La arquitectura E/E ya representa una parte importante de los costes totales de un vehículo.

Sin embargo, con los métodos, procesos y herramientas adecuados, es posible no sólo detener la espiral de costes, sino también invertirla. La virtualización antes mencionada es una posibilidad. Las arquitecturas zonales con potentes HPC permiten simplificar considerablemente los mazos de cables. BMW ha anunciado que el mazo de cables de la nueva clase es 30% más ligero y que el número de variantes se ha reducido en un factor de 3.000.

Además, las nuevas arquitecturas E/E con monetización de software y actualizaciones OTA también abren nuevas oportunidades para los OEM.