Una primera estimación establece que hay, en números redondos, algo más de 1.000 microchips en un vehículo no eléctrico y el doble en uno eléctrico. En un ordenador personal o en un teléfono móvil hay muchos menos microchips que en un automóvil.
Para controlar, monitorear y administrar la gran cantidad de sistemas de un automóvil, los fabricantes invierten mucho en desarrollo de ingeniería para diseñar las ECU o unidades de control electrónico. Estas ECUs incorporan microcontroladores destinados a gestionar las diferentes funciones específicas del automóvil y para conseguirlo este microchip ha de ejecutar su software o firmware propio. Estos equipos reciben información de los sensores incorporados en varias partes del vehículo, según sea su función, y actúan enviando órdenes a los relés y actuadores para que pongan en marcha lo necesario. Algunos de estos ECUs en ocasiones, pueden requerir conexiones de datos para funcionar correctamente.
Cada módulo ECU puede albergar varios microcontroladores y otros microchips y un automóvil promedio tiene cerca de 100 módulos ECU. El proceso de datos entre los diferentes módulos es más eficiente si se realiza de forma dustribuida en lugar de estar controlado por un único microprocesador. En los vehículos eléctricos e inteligentes la cantidad de ECUs fácilmente se duplica.
1. Seguridad, protección y acceso
A este cometido se dedican varias ECU, teniendo en cuenta que hay vidas en juego si alguna de estas no se activa cuando es necesario, la precisión y la confiabilidad son imprescindibles para cualquier ECU automotriz, aún más para las relacionadas con la seguridad.
Estos módulos controlan la activación de los airbags, la asistencia al estacionamiento, la prevención de colisiones, la seguridad eléctrica, la asistencia al frenado, el control de la presión de los neumáticos y el control de la tracción.
Una ECU dedicada a evitar colisiones, por ejemplo, monitorea la proximidad alrededor del automóvil para advertir al conductor y ayudarle a evitar o reducir significativamente el riesgo que conlleva una colisión, especialmente vital en los automóviles autónomos. La ECU dedicada a los airbags facilita su expulsión una vez que se detecta un choque. El momento preciso del despliegue poede significar la vida o la muerte del pasajero.
Las ECUs para seguridad y acceso incluyen las destinadas a cerraduras de puertas, entrada sin llave y sistemas de alarma, que también se dedican a proporcionar seguridad el vehículo y los pasajeros en su interior. Las funciones de encendido sin llave ya están comenzando a reemplazar a los llaveros automáticos habituales, y esto necesita de una ECU dedicada a esta función.
2. Tren de potencia y sistemas eléctricos
Para optimizar el funcionamiento del vehículo se utilizan muchos subsistemas para controlar y monitorizar el tren motriz y los sistemas eléctricos. Entre estos están los que controlan el motor, los sistemas de inyección de combustible, el control de los sistemas híbrido-eléctrico, el control de la transmisión, el arranque, los sistemas de iluminación y los sistemas de diagnóstico del vehículo. Estos sistemas son imprescindibles para garantizar que un vehículo pueda funcionar de manera segura y económica. Un automóvil eléctrico tiene lógicamente un sistema de transmisión diferente y más simple que el de un motor de combustión interna, pero que aún requiere una ECU para su monitorizacion y control. Los módulos ECU de la instalación eléctrica se encargan de distribuir la energía a todos los demás módulos dentro del vehículo.
3. Comodidad, entretenimiento y conectividad
Viajar con comodidad es siempre un punto importante para el usuario del automóvil. Entre todos estos elementos que ayudan a una conducción cómoda están los controles para levantar las ventanillas y mover los espejos, la calefacción para los asientos, la clinatizacion, etc.
A todo lo anterior se han de añadir los sistemas de información y entretenimiento en el automóvil, tales como los sistemas de control de audio y video, las pantallas para el conductor e incluso las de navegación. Estos sistemas comprenden interficies como el panel de botones tradicional o la pantalla táctil más moderna y los comandos activados por voz. Las unidades principales integradas ahora son en su mayoría pantallas táctiles que sirven como control central para los sistemas de entretenimiento.
Algunos automóviles modernos disponen de un Heads Up Display (HUD) activo que muestra la información en tiempo real del vehículo en una pantalla transparente ubicada en el tablero de instrumentos para ayudar a reducir las distracciones del conductor al mirar demasiado lejos de la carretera. Algunas características premium pueden incluir varias pantallas que requerirán procesadores de señales digitales (chips DSP) y unidades de procesamiento gráfico (GPU) de gama alta.
Conectar un vehículo a la red abre nuevas posibilidades. Un protocolo CAN (Controller Area Network) ayuda a estandarizar la comunicación dentro de un vehículo, lo que permite que los sistemas y dispositivos se comuniquen entre sí. Otras opciones de conectividad incluyen GPS, Wi-Fi, Bluetooth y actualizaciones de software, todo controlado por ECUs dedicadas.
A principios de la década de 2000, la electrónica de un automóvil suponía aproximadamente el 18% del coste total. En 2020 representaba el 40% del coste del automóvil, y las previsiones indican que aumentará hasta el 45% en 2030.
En un vehículo Ford típico hay de 25 a 35 ECUs y en automóviles de lujo, como la serie siete de BMW de 60 a 65.
Microcontroladores utilizados en automoción
Microcontrolador de tres núcleos de Infineon
Tri-core es un microcontrolador de 32 bits desarrollado por Infineon. Estos microcontroladores se ensamblan en más de 50 marcas de automóviles, lo que significa que uno de cada dos vehículos que se diseñan en la actualidad incluye un microcontrolador basado en Tri-core. Es responsable de mantener las emisiones de gases de escape y el consumo de combustible lo más bajo posible. Los microcontroladores de tres núcleos se utilizan para controlar la inyección de combustible y en las unidades de control central para el encendido de los motores de combustión. Progresivamente, también se están utilizando en la propulsión de vehículos eléctricos e híbridos.
Microcontrolador Atmel AVR
Los microcontroladores Atmel AVR (Alf-Egil-Bogen-Vegard-Wollan- RISC ) se utilizan para controlar la potencia, el rendimiento y la flexibilidad en los automóviles. Este microcontrolador consta de la arquitectura Harvard. Por lo tanto, el dispositivo funciona muy rápido con un número reducido de instrucciones a nivel de máquina. Los microcontroladores AVR se clasifican en tres tipos: Tiny AVR, Mega AVR y Xmega AVR. Las características principales de los microcontroladores AVR en comparación con otros microcontroladores incluyen ADC incorporado, comunicación de datos en serie de 6 modos de suspensión y oscilador interno.
Microcontrolador PIC
La forma abreviada de denominar al microcontrolador de interfaz periférica es PIC. Está programado y controlado de tal manera que puede realizar múltiples tareas y controla una línea de proceso. Estos microcontroladores se utilizan en numerosas aplicaciones, como teléfonos inteligentes, automóviles, accesorios de audio y dispositivos médicos. Los microcontroladores PIC disponibles en el mercado van desde el PIC16F84 al PIC16C84, que son microcontroladores flash asequibles. Los microcontroladores PIC18F458 y PIC18F258 son ampliamente utilizados en automóviles.
Microcontrolador Renesas
Renesas es la última familia de microcontroladores para automóviles, que ofrece alto rendimiento y bajo consumo de energía en una amplia gama de elementos. Este microcontrolador ofrece características de seguridad integradas y seguridad funcional para aplicaciones automotrices avanzadas. Estos microcontroladores ofrecen diferentes familias de microcontroladores. Por ejemplo, la familia RX ofrece varios tipos de dispositivos con variaciones de memoria desde 32K flash/4K RAM hasta un increíble 8 flash/512K RAM. Este microcontrolador de la familia RX utiliza una arquitectura Harvard CISC mejorada de 32 bits para lograr un rendimiento muy alto.
8051 Microcontrolador
El microcontrolador 8051 es un microcontrolador de 40 pines y se basa en la arquitectura de Harvard en la que la memoria del programa y la memoria de datos son diferentes. Este microcontrolador se utiliza en una gran cantidad de máquinas, como automóviles, ya que puede integrarse fácilmente en una máquina.
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