Tercer Milenio

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Automoción

Bancos de ensayo separados miles de kilómetros que trabajan como uno solo

El proyecto XILforEV está desarrollando una nueva metodología experimental para desarrollar sistemas complejos para vehículos eléctricos. En la plataforma que dará como resultado, se podrán realizar ensayos conectados en bancos separados miles de kilómetros

Ensayo en Itainnova de la suspensión activa desarrollada en el proyecto europeo XILforEV
Ensayo en Itainnova de la suspensión activa desarrollada en el proyecto europeo XILforEV
Itainnova

El coche del futuro será, según marcan las tendencias, más inteligente, más seguro y más respetuoso con el medio ambiente. Unas mejoras van ligadas con otras: "Además de los evidentes beneficios en la reducción de emisiones y en la eficiencia energética por la recuperación de parte de la energía en las frenadas, los vehículos eléctricos también facilitan la introducción de distintos niveles de conducción autónoma, al ser más sencillo el control de la tracción y disponer de sistemas eléctricos también para la dirección y el frenado", señala Carlos Bernad, ingeniero del equipo de Simulación y Control de Itainnova. Sin embargo, la combinación de estas dos grandes tendencias –electrificación y conducción autónoma– hace cada vez más complejos el diseño e integración de los distintos subsistemas y componentes.

Ningún vehículo se diseña hoy entero en un mismo lugar. Modelos y simulaciones primero, y después ensayos específicos, preceden a los ensayos de vehículo completo. Pero "cuando se integran diferentes subsistemas que dependen de proveedores distintos, surgen problemas que no pueden detectarse con una aproximación puramente virtual o con bancos de ensayo individuales y, por lo tanto, no se detectan hasta las pruebas finales con el vehículo completo". Para evitarlo, el proyecto europeo XILforEV está desarrollando "una nueva metodología basada en la conexión en tiempo real de bancos de ensayo de distintos subsistemas separados miles de kilómetros como si fueran uno; constituirán un entorno experimental X-in-the-loop único". Este proyecto ha recibido financiación de la convocatoria Horizonte 2020: Construyendo un futuro con bajas emisiones de carbono y resiliente al clima: vehículos ecológicos (programa de investigación y formación de Euratom 2014-2018).

Entre otras cosas, se busca así "reducir tanto el ‘time-to-market’ (tiempo que transcurre entre que se concibe un producto y se pone a la venta) como los costes de desarrollo de las nuevas funcionalidades, a la vez que se mantienen la fiabilidad y la seguridad del vehículo". Algo muy interesante si pensamos que, según los estudios realizados, el coste de la conectividad incrementa el precio de un vehículo un 2%, la electrificación alrededor de un 15% y la conducción autónoma hasta un 20%. Con la plataforma experimental que resultará de este proyecto, se abaratará la fase de validación experimental, lo que contribuirá a "aprovechar al máximo las capacidades de la electrificación para mejorar el control y la seguridad de los vehículos, pero minimizando la repercusión en el coste".

Uno de los casos en los que trabaja el proyecto XILforEV es "el desarrollo de algoritmos de control que combinen la actuación simultánea de motores eléctricos en cada rueda, las suspensiones activas y el sistema de frenado, para que el vehículo sea más estable en cualquier maniobra y, al mismo tiempo, mejore el grado de confort de marcha –precisa Bernad–. Llegar a ese nivel de complejidad tan alto –no alcanzable en un vehículo de combustión– en un plazo de tiempo corto y sin afectar a la fiabilidad y seguridad del vehículo requiere herramientas como las que estamos desarrollando".

X-in-the-loop

Los distintos subsistemas y componentes mecánicos de los vehículos cada vez incorporan más electrónica y software. Para su desarrollo eficaz y eficiente han precisado metodologías llamadas X-in-the-loop (XiL), donde los algoritmos y el hardware de control se comprueban actuando sobre componentes virtuales que emulan los componentes físicos reales y que son fundamentales para anticipar posibles problemas en la integración y funcionamiento conjunto de los distintos subsistemas –tracción, dirección, suspensión, frenado…– en el vehículo completo.

Gemelos digitales que unen precisión y bajo coste computacional

Como si estuvieran en un mismo laboratorio, esta nueva metodología experimental conectará en tiempo real bancos de ensayo de distintos subsistemas situados en diferentes localizaciones geográficas para el desarrollo de sistemas complejos para vehículos eléctricos. Para modelar los componentes que se probarán en estos ensayos simultáneos entran en juego los gemelos digitales, pero adaptados a lo que se les pide: "Los modelos no pueden ser infinitamente complejos, deben tener suficiente precisión y bajo coste computacional, ya que tienen que hacer predicciones en tiempo real", advierte Carlos Bernad desde el Instituto Tecnológico de Aragón. Este es uno de los retos que está en manos de Itainnova en este proyecto XILforEV, coordinado por la Universidad Técnica de Ilmenau (Alemania) y en el que participan empresas como Audi y Siemens.

Bernad destaca que "la aproximación que usamos para la generación de los gemelos digitales no está solamente basada en los datos adquiridos, sino que también utiliza el conocimiento físico de los componentes, lo que consigue acelerar mucho el proceso de generación del gemelo. Es decir, si los modelos puros basados en datos son ‘cajas negras’ y los modelos de simulación basados en la resolución de la física del problema son ‘cajas blancas’, nosotros trabajamos con aproximaciones de ‘caja gris’ que buscan aprovechar lo mejor de ambos enfoques".

Además, Itainnova desarrollará los algoritmos necesarios para compensar retrasos en las comunicaciones y pérdida de información entre los distintos bancos de ensayo por la conexión a través de internet. Será en sus instalaciones donde se encuentre uno de los bancos de ensayo específicos que se conectarán con el resto: el de suspensión activa.

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