El cerebro del coche eléctrico se reinventa: Así serán las arquitecturas de la próxima generación

La arquitectura eléctrica y electrónica se está convirtiendo en un factor crítico y objeto de grandes inversiones en la industria automotriz, especialmente en el desarrollo de coches eléctricos. Gigantes como Volkswagen, con su reciente inversión multimillonaria en la arquitectura de Rivian, y BMW, que presenta una arquitectura completamente nueva en su «Neue Klasse», demuestran la importancia estratégica de este campo. Pero, ¿qué implica exactamente este término y por qué está generando tanto interés?

Para la mayoría de los compradores de coches, la maraña de cables y unidades de control que componen la arquitectura de un vehículo moderno permanece oculta, funcionando silenciosamente para interconectar sensores, motores y sistemas de control. Sin embargo, esta compleja red es fundamental para el funcionamiento del vehículo y su capacidad para comunicarse internamente y, cada vez más, con el mundo exterior a través de internet.

El auge de los vehículos eléctricos y la creciente demanda de software avanzado y servicios de conectividad están impulsando esta transformación. En mercados como China, las decisiones de compra a menudo se basan en la calidad de las actualizaciones de software «Over-the-air» (OTA) y la integración del vehículo en el ecosistema digital personal del usuario, más que en detalles técnicos del tren motriz o la química de la batería.

Carsten Hoff, CEO de dSpace, empresa especializada en soluciones de ingeniería para la industria automotriz, arroja luz sobre este tema en una entrevista.

Preparando la arquitectura E/E para las actualizaciones OTA

Hoff subraya que la capacidad de realizar actualizaciones de software de forma remota requiere un enfoque integral en el diseño de la arquitectura E/E. No se trata de una simple adición, sino de un principio fundamental que debe guiar todo el desarrollo. La arquitectura debe ser modular tanto en hardware como en software, permitiendo la recepción, verificación, distribución y ejecución de futuras actualizaciones en las unidades de control del vehículo durante muchos años. La comunicación basada en servicios a través de Ethernet facilita esta flexibilidad.

Además, las actualizaciones OTA impactan profundamente en los procesos de desarrollo de los fabricantes. En lugar de entregar un vehículo finalizado, los fabricantes deberán gestionarlo y actualizarlo continuamente durante su vida útil, lo que exige una gestión de datos y versiones robusta, así como la capacidad de probar y homologar diferentes versiones de software. La verificación virtual a través de un «Digital Loop» se presenta como una solución clave para gestionar esta complejidad.

Si bien la conectividad es un motor importante, no es el único factor que influye en la arquitectura. La conducción autónoma, por ejemplo, genera y procesa enormes cantidades de datos, lo que impacta en las unidades de control específicas encargadas de estas funciones. Esto se traduce en la necesidad de conceptos de redundancia y altos requisitos de seguridad funcional, combinados con un gran ancho de banda y requisitos de tiempo real. Por otro lado, las unidades de control de conectividad requieren interfaces más flexibles y ciclos de actualización más rápidos, junto con estrictas medidas de seguridad.

Los fabricantes alemanes han reconocido la necesidad de una profunda transformación en este ámbito. BMW, con su «Neue Klasse», está adoptando una arquitectura centralizada con potentes computadoras centrales que reemplazan numerosas unidades de control individuales. Volkswagen, por su parte, está recurriendo a colaboraciones como la de Rivian para integrar soluciones innovadoras de software y hardware en su oferta. Esta tendencia se observa en toda la industria.

Sin embargo, la implementación de estas nuevas arquitecturas presenta desafíos, especialmente en lo que respecta a la capacidad de los fabricantes para desprenderse de sistemas heredados.

Arquitectura zonal: una respuesta a la complejidad

Un concepto clave en la evolución de la arquitectura E/E es la «arquitectura zonal». Hoff explica que esta arquitectura se compone de uno o varios ordenadores de alto rendimiento (HPC), varias unidades de control de zona y los componentes sensoriales y mecatrónicos. Los HPC centralizan funciones esenciales como las de conducción, conectividad y conducción autónoma. Las unidades de control de zona, lógicamente subordinadas, se encargan de la conexión de los componentes sensoriales y mecatrónicos en áreas específicas del vehículo, como la parte delantera, el habitáculo y la parte trasera. Los sensores para la conducción autónoma suelen conectarse directamente a los HPC.

Esta nueva estructura reduce drásticamente la complejidad, simplifica los mazos de cables, ahorra peso, reduce costes y aumenta la flexibilidad para integrar nuevas funciones, siendo una respuesta directa a la creciente complejidad de los vehículos modernos.

Ciberseguridad: un pilar fundamental

La ciberseguridad juega un papel crucial en el desarrollo de las arquitecturas E/E. Con la introducción de normativas como ISO/SAE 21434 y UN R.155, la ciberseguridad se ha convertido en un objetivo de desarrollo tan importante como la seguridad funcional. Al igual que las actualizaciones OTA, la ciberseguridad debe abordarse de manera integral, afectando a cada componente conectado y garantizándose durante años después de la producción. Esto requiere nuevos procesos, enfoques y métodos, desde el análisis de amenazas y riesgos (TARA) hasta las pruebas de ciberseguridad, incluso en combinación con pruebas funcionales, y la posible desactivación de funciones en el futuro.

En el contexto del «Software-Defined Vehicle» (SDV) y las arquitecturas zonales, los fabricantes de equipos originales (OEM) están fortaleciendo sus propias competencias, especialmente 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 recae claramente en los OEM, especialmente aquellos con un profundo conocimiento del sistema o que desean desarrollar partes definidas de la aplicación internamente.

Sin embargo, los proveedores siguen siendo socios indispensables, especialmente en el suministro de plataformas de hardware, software básico o tecnologías específicas como componentes de alto voltaje o sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS). La colaboración está evolucionando, con los OEM definiendo menos especificaciones y asumiendo una mayor responsabilidad del sistema, mientras que los proveedores actúan cada vez más como socios de desarrollo.

Tendencias futuras en la arquitectura E/E

La tendencia clara en la arquitectura E/E apunta hacia una mayor centralización de la potencia de cálculo en potentes HPC y controladores de zona, interconectados a través de redes Ethernet de alta velocidad. El hardware y el software se desacoplarán cada vez más, lo que permitirá la creación de sistemas más flexibles y modulares.

En el lado del software, se desarrollará y probará de forma cada vez más modular. La virtualización jugará un papel crucial para cumplir con los exigentes requisitos de ciclos de desarrollo rápidos, mayor complejidad y mayor calidad simultáneamente.

El aumento constante de las funcionalidades exigidas plantea un riesgo significativo de aumento de costes. La arquitectura E/E ya representa una parte considerable del coste total de un vehículo moderno. Sin embargo, Hoff señala que con los métodos, procesos y herramientas adecuados, es posible no solo detener este aumento, sino también revertirlo. La virtualización y las arquitecturas zonales con HPC potentes simplifican significativamente los mazos de cables, como lo demuestra BMW con una reducción del 30% en el peso del cableado y una disminución del factor 3.000 en el número de variantes en su «Neue Klasse».

Además, las nuevas arquitecturas E/E, con la monetización del software y las actualizaciones OTA, abren nuevas oportunidades de ingresos para los fabricantes.

En conclusión, la arquitectura E/E se erige como un pilar fundamental en la evolución del coche eléctrico. La capacidad de gestionar la creciente complejidad del software, garantizar la ciberseguridad, facilitar las actualizaciones remotas y optimizar los costes serán factores determinantes para el éxito de los fabricantes en el competitivo mercado del futuro. La innovación en este campo, como la que están impulsando empresas como VW y BMW, marcará el ritmo de la transformación de la industria automotriz a nivel global.

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