La tecnología de conducción por cable o DbW en la industria automotriz es el uso de sistemas electrónicos o electromecánicos en lugar de conexiones mecánicas que controlan las funciones de conducción. El concepto es similar al de fly-by-wire en la industria de la aviación. [2] La conducción por cable puede referirse solo a la propulsión del vehículo a través del control electrónico del acelerador , [3] o puede referirse al control electrónico sobre la propulsión, así como la dirección y el frenado, que por separado se conocen como dirección por cable y freno por cable , junto con el control electrónico sobre otras funciones de conducción del vehículo . [4]
La entrada del conductor se transfiere tradicionalmente mecánicamente al motor y las ruedas a través de un volante y una columna de dirección , acelerador , frenos hidráulicos , manijas de freno , etc. En los sistemas de conducción por cable, la entrada del conductor es procesada por un sistema de control electrónico que controla el vehículo mediante actuadores electromecánicos . La interfaz hombre-máquina , como un volante, un yugo, un pedal acelerador, un pedal de freno, etc., puede incluir retroalimentación háptica que simula la resistencia de los pedales hidráulicos y mecánicos y la dirección, incluido el contragolpe de la dirección . Los componentes como la columna de dirección, los ejes intermedios, las bombas, las mangueras, las correas, los refrigeradores, los servomotores de vacío y los cilindros maestros se eliminan del vehículo. Las normas de seguridad para la conducción por cable están especificadas por la norma ISO 26262 nivel D.
La eliminación de los enlaces mecánicos tiene varias ventajas: reduce la complejidad y simplifica el montaje; simplifica el servicio y la puesta a punto; reduce la fuerza necesaria para activar los mecanismos de entrada y permite personalizarlo con tecnología háptica ; permite una mayor libertad de diseño interior en la colocación de los mecanismos de entrada; permite la automatización de las funciones de conducción; reduce el ruido de la cabina al eliminar el enlace acústico con los sistemas de accionamiento; y al reducir las aberturas del piso mejora el comportamiento del vehículo en caso de colisión. [6] Debido a que las entradas del conductor se pueden anular, la seguridad se puede mejorar proporcionando una intervención controlada por computadora de los controles del vehículo con sistemas como el control electrónico de estabilidad (ESC), el control de crucero adaptativo y los sistemas de asistencia de carril . [2]
Cada sistema drive-by-wire implica más actuadores en el vehículo y, por lo tanto, un mayor consumo de energía. Por ejemplo, la tecnología drive-by-wire agrega motores actuadores para crear el par necesario para hacer girar las ruedas y un transductor de retroalimentación para crear la "sensación de carretera" en el volante.
Las consideraciones de seguridad requieren redundancia de sensores de entrada del conductor, redes de comunicación del vehículo , actuadores, [6] y otros sistemas. Las normas de seguridad automotriz como ISO 26262 requieren comportamientos de funcionamiento a prueba de fallos y de seguridad en caso de fallos en el sistema de conducción por cable . [7]
Los fallos en los sistemas de control por cable pueden dar lugar a situaciones potencialmente peligrosas en las que la seguridad depende por completo del tipo de fallo del vehículo . El Instituto Universitario de Vehículos a Motor de Aquisgrán (ika – Institut für Kraftfahrzeuge Aachen), en colaboración con Mercedes-AMG y otros, estudia el funcionamiento, los riesgos y los mecanismos de seguridad de los sistemas de control por cable a través de su vehículo conceptual de control por cable, SpeedE. Los escenarios estudiados incluyen la pérdida de control sobre la aceleración, los frenos o la dirección. [1]
Los primeros sistemas por cable tenían sistemas mecánicos de respaldo en caso de que fallaran los sistemas por cable. [3] El paradigma moderno de conducción por cable prescinde de los respaldos mecánicos y se basa en redundancia , sistemas operativos en caso de fallo y otras medidas de seguridad: redundancia computacional a través de CPUs sincronizadas ; redundancia funcional a través de diseño modular donde el fallo de un módulo se compensa con un módulo idéntico, por ejemplo, mediante vectorización de par para compensar un módulo de dirección o frenado averiado; detección de fallos de múltiples sensores; autoaislamiento de sistemas dañados; y comunicación tolerante a fallos. Estas medidas de seguridad están especificadas por el nivel D de la norma ISO 26262. [7]
También se ha evaluado y estandarizado la seguridad informática de los sistemas de control por cable . En 2011 [9] y 2013 [10] [11], los investigadores demostraron que algunos sistemas de los vehículos disponibles en el mercado son susceptibles de ser pirateados , lo que permite el control externo del vehículo. Las demostraciones de piratería incluyeron la activación remota de sistemas como la bocina, los limpiaparabrisas, el acelerador, los frenos y la transmisión. [11] Las normas modernas, como la norma ISO/SAE 21434 y las regulaciones UNCE 155, 156 y 157, requieren módulos criptográficos dedicados que encripten toda la comunicación entre las ECU y los componentes del sistema de transmisión. [3]
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Un sistema de freno por cable elimina la necesidad de una conexión mecánica que transfiera fuerza entre los frenos y un aparato de entrada del conductor, como un pedal o una palanca . Los tres tipos principales de sistemas de freno por cable son: frenos de estacionamiento electrónicos que, desde principios del siglo XXI, se han vuelto más comunes; frenos electrohidráulicos (EHB) que se pueden implementar junto con los frenos hidráulicos tradicionales y que a partir de 2020 han encontrado un uso a pequeña escala en la industria automotriz; y frenos electromecánicos (EMB) que no utilizan fluido hidráulico, que a partir de 2020 aún no se han introducido con éxito en vehículos de producción debido a sus novedosos métodos de actuación. [14]
El cambio por cable emplea conexiones eléctricas o electrónicas que reemplazan la conexión mecánica entre el mecanismo de cambio de marchas del conductor y la transmisión . Desde que se comercializó en 1996, el cambio por cable se ha utilizado comúnmente en transmisiones manuales automatizadas y luego se implementó en transmisiones semiautomáticas y automáticas . [6]
El sistema de estacionamiento por cable puede considerarse una forma de cambio por cable. [6] No debe confundirse con el freno de estacionamiento por cable, que activa el freno de estacionamiento ; el sistema de estacionamiento por cable activa el trinquete de estacionamiento . Un trinquete de estacionamiento en una transmisión automática tradicional tiene un enlace mecánico con la palanca de cambios y bloquea la transmisión en la posición de estacionamiento cuando la palanca de cambios se coloca en "estacionamiento". Un sistema de estacionamiento por cable utiliza comandos electrónicos enviados a un actuador que activa el trinquete de estacionamiento.
Un vehículo equipado con un sistema de dirección por cable puede dirigir algunas o todas sus ruedas sin una columna de dirección conectada a los ejes de las ruedas. Es diferente de la dirección asistida eléctrica o de la dirección asistida, ya que estos sistemas aún dependen de la columna de dirección para transferir mecánicamente parte del par de dirección a las ruedas. [15]
Un vehículo con un sistema de dirección por cable puede ser controlado manualmente por un conductor a través de un volante, un yugo o cualquier otro aparato de dirección que esté conectado a una o más unidades de control electrónico , que utiliza la entrada para controlar los actuadores de dirección que hacen girar las ruedas y dirigen el vehículo. El volante o el yugo pueden estar equipados con retroalimentación háptica para simular la sensación de la carretera y la resistencia de las ruedas, y cambiar según la velocidad del vehículo o configuraciones personalizables. [15] [16]
El acelerador por cable o acelerador por cable, [17] más comúnmente conocido como control electrónico del acelerador , es un sistema que activa la propulsión del vehículo sin ninguna conexión mecánica, como cables, desde el pedal del acelerador hasta la válvula de mariposa del motor u otros sistemas de propulsión . En los vehículos eléctricos, este sistema controla los motores eléctricos detectando la entrada del pedal del acelerador y enviando comandos a los módulos inversores de potencia.