4 Formas de Diseñar Componentes Automotrices Confiables

Desde sistemas de gestión del motor (índice de inyección de combustible, control de emisiones, sistemas de refrigeración) y controles autónomos (carril, velocidad, asistente de aparcamiento, control de crucero adaptativo) hasta sistemas de información y entretenimiento y sistemas de confort (climatizador, ajuste electrónico de asientos, limpiaparabrisas automáticos, etc.) , los vehículos modernos de gasolina y eléctricos tienen más dispositivos electrónicos que nunca. De hecho, los microprocesadores y los chips que impulsan los vehículos modernos ahora son tan frecuentes que son prácticamente una mercancía en la misma línea que el acero y el aluminio.

Según un estudio de Deloitte, 1 la electrónica es responsable del 40 % del costo total de un automóvil nuevo, con una expectativa de crecimiento del 45 % en los próximos años. Asegurar la confiabilidad de la electrónica automotriz debe ser una prioridad para los diseñadores y fabricantes a medida que implementan nuevos modelos en el mercado. El software de simulación de Ansys puede ayudar a los fabricantes de equipos originales (OEM) y proveedores a diseñar para la confiabilidad (DfR) desde el inicio de un proyecto, desde circuitos integrados (IC) hasta placas de circuito impreso (PCB) y gabinetes.

La electrónica automotriz generalmente se puede clasificar en cuatro categorías diferentes.

• Electrónica funcional (crítica para la operación del vehículo): sistemas de frenos antibloqueo (ABS), control de transmisión automática, arrancadores, inyección de combustible, faros y frenos de estacionamiento electromecánicos.
• Electrónica de cumplimiento normativo (obligatorio por NHTSA o DOT): bolsas de aire, controles de emisión, cámara de marcha atrás y radar de detección de colisión.
• Electrónica diferenciadora (tecnologías únicas y orientadas al cliente): infoentretenimiento, control de crucero adaptativo, conectividad Wi-Fi y sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS).
• Oportunidades de crecimiento (para vehículos en general): detección de colisiones, pantallas en el tablero, pantallas de visualización frontal (HUD), sistemas de información y entretenimiento mejorados, comunicación de vehículo a vehículo (V2V) y Wi-Fi mejorado.

Debido a la cantidad y variedad de componentes electrónicos dentro de los entornos de uso de un automóvil, incluidos ciclos de trabajo potencialmente mucho más largos para vehículos autónomos, y requisitos de vida útil más largos impulsados ​​por las demandas de los consumidores, los diseñadores y fabricantes de componentes electrónicos automotrices deben considerar la validación virtual junto con las pruebas físicas para poder mantener los costos a un ritmo razonable y cumplir con los plazos de desarrollo cada vez más reducidos.

El uso de la electrónica no es nuevo, y otras industrias, como la electrónica de consumo y la alta tecnología, deben cumplir una serie de requisitos, que incluyen:

• Inmovilidad/vibración limitada
• Poco o ningún choque mecánico
• Baja humedad/temperaturas controladas de los entornos de oficina
• Ciclos de trabajo predecibles

Si bien esas dinámicas son ideales para, por ejemplo, la electrónica del hogar, los factores estresantes a los que está expuesta la electrónica del automóvil son mucho más extremos, entre ellos:

• Entornos móviles hostiles
• Grandes cambios de temperatura
• Períodos sostenidos de vibración y, en el caso de accidentes, choque repentino
• Vidas más largas; se espera que un automóvil dure 10 años, a diferencia de un teléfono celular o una computadora portátil

Combine esto con tamaños de funciones cada vez más reducidos, incluidos sensores ambientales y de movimiento, redes y sistemas informáticos a bordo y actuadores de control de vehículos. De repente, la previsibilidad del mejor rendimiento está en una escala móvil durante uno, cinco o incluso 10 años de conducción, y la degradación pasa factura.

Para diseñar una electrónica automotriz más confiable, hay una serie de mejores prácticas a considerar.

Hasta el 73 % de los costos de desarrollo de productos están atrapados en un ciclo de “arreglar-fallar-arreglar-repetir”. Cuando los productos electrónicos se someten a pruebas físicas, pueden pasar por rondas de ciclos de diseño para corregir los modos de falla descubiertos. Sin embargo, esto puede ser costoso y llevar mucho tiempo.La creación de prototipos virtuales, o simulación, es una de las mejores formas de probar fallas antes de que un producto se fabrique físicamente.

Sin embargo, las simulaciones deben incluir entradas de material precisas y las condiciones de carga adecuadas para garantizar que los resultados de la simulación coincidan lo más cerca posible de la realidad física. Esto reduce los ciclos de diseño al detectar fallas al principio de la fase de diseño, lo que permite a los ingenieros realizar cambios en el diseño antes de que se produzca un prototipo físico. La simulación no reemplaza completamente las pruebas físicas, pero puede reducir en gran medida la cantidad de pruebas realizadas.

Gran parte de la electrónica automotriz fabricada puede aprovechar la reutilización del modelo. Una vez que se crea un modelo confiable, se puede seguir reutilizando y optimizando para futuras versiones. Este es un concepto que también se puede utilizar en simulación, en la que los modelos de simulación se pueden reutilizar y actualizar en función de los nuevos requisitos de fiabilidad y seguridad.

El beneficio de usar la simulación para ayudar al diseño es la variedad de configuración y gestión de datos, visualización, transparencia y colaboración que se proporciona. Todos los modelos y resultados de simulación se documentan para uso futuro, y los flujos de trabajo de automatización y optimización se pueden utilizar para facilitar las decisiones de diseño.

Además, tener una gestión de datos adecuada que sea transparente permite que diferentes departamentos (como los departamentos de ingeniería eléctrica y mecánica) trabajen juntos en un diseño común y garanticen que se cumplan todos los objetivos de confiabilidad entre departamentos y que los datos se transmitan de un lado a otro de manera eficiente.

Si usted es un fabricante de equipos originales (OEM), también es sumamente importante auditar a sus proveedores de productos electrónicos para automóviles. Desde el comienzo de la pandemia, las cadenas de suministro se han visto afectadas, particularmente dentro de la industria automotriz. Las cadenas de suministro se han ralentizado, abriendo el camino para la proliferación de piezas falsificadas o alternativas . Desafortunadamente, a menudo es difícil saber cuándo una pieza es falsificada. Es importante auditar a su proveedor o realizar una revisión sólida del diseño de las piezas recibidas para asegurarse de que sean válidas.

Hay una serie de especificaciones y requisitos que la electrónica automotriz debe cumplir antes de que se incluyan en un proceso de fabricación automotriz general. Algunas de esas especificaciones incluyen requisitos como el GMW 3172, VW 8000 y el estándar de seguridad ISO 26262 actualizados recientemente. La mayoría de estos estándares requieren que la electrónica funcione a un nivel confiable a ciertas temperaturas, niveles de vibración, niveles de humedad y más. Hay pruebas físicas que se pueden realizar para garantizar que las piezas electrónicas cumplan con estas especificaciones de confiabilidad, pero también hay flujos de trabajo de simulación que se pueden usar para ver si un diseño electrónico cumplirá con estos requisitos antes de que se construya un prototipo físico. La mayoría de estos flujos de trabajo de simulación incluyen multifísica e involucran varias herramientas de software diferentes.