Reportaje - Circuitos electrónicos para construir vehículos eléctricos seguros y eficientes
Con los progresos logrados en los últimos años en las tecnologías de baterías y motores eléctricos, diversos fabricantes han producido un número cada vez mayor de vehículos eléctricos comerciales, desde autobuses y coches hasta motocicletas. Aunque sus ventas aumentan a buen ritmo, por las carreteras de Europa aún no circulan ni cien mil vehículos estrictamente eléctricos, lo cual contrasta con los más de doscientos cincuenta millones de vehículos convencionales, el 90 % de estos turismos. A pesar de que los VE animan a augurar un transporte más económico y menos ruidoso y un descenso de las importaciones de combustible y de las emisiones de CO2 y otros contaminantes, este mercado se ve lastrado por varios factores. «El obstáculo más evidente y que explica las reservas del consumidor ante la compra de un vehículo eléctrico es la relación entre coste y rendimiento, que no es muy atractiva si se compara con la de los vehículos convencionales», explicó el Dr. Volker Scheuch, investigador del grupo alemán de electrónica para automoción Intedis. «Uno de los inconvenientes por el lado del rendimiento es la poca autonomía que la tecnología de baterías otorga a los VE, ya que ésta se encuentra aún en una etapa inicial de su desarrollo. Además existen diseños de vehículos que siguen basados en ideas de los tiempos en los que apenas tenía relevancia el aprovechamiento económico de los recursos». Hay varios casos en los que el diseño y muchos de los componentes de los VE siguen estando basados en características de sus predecesores convencionales que no se han optimizado para conseguir eficiencia y seguridad en los VE. Y no basta con optimizar cada componente por separado; para que los VE alcancen su potencial pleno, hay que abordar la estructura general y las interacciones entre los componentes. En los últimos tiempos se han propuesto varios diseños de VE con motores paralelos, lo cual ofrece no sólo más maniobrabilidad y rendimiento que los diseños convencionales de motor único, sino también más eficiencia energética. Pero el control simultáneo de dos motores de modo seguro plantea una dificultad considerable y precisa de una estructura novedosa para todo el sistema y de una gama de dispositivos electrónicos, desde sensores hasta unidades de control. A esta labor se ha entregado un equipo de investigadores dirigido por el Dr. Scheuch en el marco del proyecto «Safe and efficient electrical vehicle» (EFUTURE), al que la Comisión Europea otorgó una financiación de 4 millones de euros. Su propósito es dar paso a una nueva generación de VE mediante la creación de software inteligente que reduzca al mínimo el consumo energético sin perder la capacidad de optimizar de forma dinámica el equilibrio entre seguridad y eficiencia energética. «Los vehículos de hoy presentan un nivel muy elevado de seguridad operativa que ha de mantenerse en la generación eléctrica -señaló el Dr. Scheuch-. Pero cuando las ruedas son accionadas por más de un motor surgen nuevas dificultades. Esto es lo que investigamos en EFUTURE: qué requisitos adicionales impone la instalación de dos motores frontales en paralelo y cómo se pueden integrar estos en el diseño de la seguridad de un sistema». Entre otras innovaciones fundamentales, el equipo introdujo unidades centrales de decisión de tal modo que el sistema de control del motor cuenta con varios niveles de redundancia en caso de avería, aplicando el concepto de «seguridad funcional», lo cual significa que todo componente o sistema debe estar diseñado para ser capaz de gestionar de forma segura cualquier error probable del usuario, fallo de la maquinaria o cambio del entorno. El equipo consiguió demostrar la viabilidad de un prototipo de vehículo eléctrico que no es sólo seguro, sino también más eficiente. Se ha logrado una autonomía posiblemente mucho mayor que la de los VE existentes de modo virtual, únicamente haciendo uso del software integrado. Incrementar la autonomía (y el atractivo) de los VE «Hemos demostrado que es factible crear un "prolongador virtual de la autonomía" (virtual range extender) que no va asociado a ningún sistema mecánico y que consiste en emplear funciones nuevas de asistencia al conductor cimentadas en una arquitectura racionalizada, manteniéndose al mismo tiempo un nivel superior de seguridad operativa», explicó el Dr. Scheuch. Algunos sistemas avanzados de ayuda al conductor (ADAS) desarrollados por el equipo de EFUTURE son un sistema ecológico llamado Green ACC (control de crucero autónomo) que ajusta automáticamente la velocidad del vehículo según las condiciones de tráfico y de la carretera, mejorando la eficiencia, y también un «modo ECO» que indica al conductor formas de conducción que comportan un menor consumo energético. Otras innovaciones de EFUTURE que quedan menos a la vista del conductor pero que no pierden un ápice de relevancia es un sistema automático de detección llamado Vehicle Observer (observador de vehículos) cuya función es incrementar la seguridad, y también una función de Torque Vectoring (control de vectores del par motor) que incrementa la estabilidad y la comodidad de la conducción. El Torque Vectoring también extiende las funciones del frenado antibloqueo (ABS) y el control electrónico de estabilidad (ESC) a la conducción normal, ampliando así la autonomía dinámica del vehículo. «Hay otras funciones que no quedan a la vista del conductor, como el sistema de gestión de la energía del vehículo, y unidades de decisión que definen la trayectoria y el control de los accionadores, que también elevan la eficiencia general», apuntó el Dr. Scheuch. El coordinador del proyecto explicó que uno de los retos más formidables que el equipo tuvo que superar fue adaptar un vehículo eléctrico de primera generación para cumplir los requisitos del proyecto, lo cual ilustró el problema de usar componentes «heredados» de sistemas empleados en los coches convencionales. «Para concretar nuestra propuesta de estructura, sustituimos los componentes centrales por otros nuevos: la unidad de control del vehículo, la unidad de control de la batería, la propia batería y los motores. Además, añadimos un sistema completo de funcionalidad ADAS (cámaras y radar) y aplicamos todo un conjunto nuevo de software de control para todos los componentes. En resumen, transformamos un vehículo muy básico en un coche dotado de numerosos instrumentos que ofrecen multitud de funciones innovadoras», resumió el Dr. Scheuch. Se espera que los diseños y sistemas prototipo desarrollados por los socios del proyecto, entre los que se incluye el Centro Técnico Europeo de Tata Motors, se integren en futuras generaciones de VE. «Muchas de las ideas surgidas de EFUTURE podrán hallarse integradas en productos y servicios futuros de los socios participantes. La arquitectura de dominio del controlador del vehículo, los algoritmos, las funciones de Green ADAS, los diseños de dispositivos de seguridad y muchos otros elementos formarán parte de nuevos proyectos de investigación o bien se encuentran ya integrados en nuevos productos físicos para vehículos futuros», destacó el coordinador del proyecto. «Cuantos más conceptos innovadores existan enfocados hacia una conducción eficiente, mayor será su repercusión en el mercado europeo de los vehículos, y EFUTURE forma parte de todo ello. Desde el punto de vista económico, hemos mostrado una forma factible de ampliar la autonomía energética de los VE, lo cual contribuye a incrementar la aceptación de los vehículos de tracción eléctrica entre los consumidores, ya que la inversión le reportará mayores prestaciones». La investigación de EFUTURE fue subvencionada por el Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea. Enlace al proyecto en CORDIS: - el 7PM en CORDIS - ficha informativa del proyecto EFUTURE en CORDIS Enlace a la página web del proyecto: - pagina web de «Safe and efficient electrical vehicle» Otros enlaces: - web de la Comisión Europea dedicada a la Agenda Digital