La banda ancha, clave en la transmisión de datos entre camión y remolque

Se espera que en la próxima década haya muchos avances para la mejora de la seguridad vial, especialmente en el caso de los camiones pesados y otros vehículos comerciales. Uno de los motores de esta evolución será el Reglamento General de Seguridad (RGS) de la UE, el cual prevé a partir de julio de 2024 la introducción de diversos sistemas de asistencia a la conducción y seguridad, incluida la mejora del campo de visión inmediato del conductor, en los camiones de nueva matriculación. Esto puede lograrse, por ejemplo, mediante el uso de cámaras; sin embargo, los conectores actuales para remolques no ofrecen las velocidades de transmisión de datos necesarias para este tipo de aplicaciones. En colaboración con la Asociación Alemana de la Industria del Automóvil (VDA), la especialista en conectores para remolques de camión Erich Jaeger ha analizado el futuro de la transmisión de datos de banda ancha entre la cabeza tractora y el remolque.

Erich Jaeger analiza futuro de la transmisión de datos de banda ancha entre cabeza tractora y remolque

Tecnología actual: conectores normalizados con líneas de datos CAN-Bus

Dos conexiones enchufables normalizadas representan el estado actual de la técnica para la transmisión eléctrica de señales entre vehículos de tracción y remolques en el sector de los vehículos industriales. El sistema enchufable de 15 clavijas según ISO 12098 transmite las funciones de luces y auxiliares, y el sistema de 7 clavijas según ISO 7638-1 transmite las señales de freno. Además, dos bobinas de aire alimentan el sistema de frenos neumáticos.

Durante el desarrollo y la normalización de estos dos conectores eléctricos se utilizó la última tecnología de transmisión de datos del momento, además de los contactos para transmitir señales luminosas y alimentación eléctrica a los consumidores. El bus CAN (Controller Area Network) desarrollado por Bosch llegó primero a los turismos y poco después a los camiones. Esta tecnología de transmisión de datos en serie a través de dos hilos trenzados sigue siendo hoy en día la solución más extendida, segura y rentable para aplicaciones de automoción.

El bus CAN se implementa en el conector 15P para las líneas de luz y alimentación según la norma ISO 12098, así como en el conector 7P EBS (Electronic Braking System) de la norma ISO 7638-1.

conector 15P para las líneas de luz y alimentación y conector 7P para el sistema electrónico de frenos EBS

El futuro RGS impondrá nuevas exigencias a los remolques

Con el Reglamento nº 2019/2144 de la UE sobre la homologación de vehículos de motor y remolques de vehículos de motor, que entró en vigor el 5 de enero de 2020, se hacen obligatorios nuevos sistemas de seguridad para los vehículos comerciales pesados en el futuro. Estos nuevos requisitos pueden implementarse en los protocolos de datos según ISO 11992-2 y -3 en las líneas de bus CAN existentes.

A la hora de implantar nuevos sistemas de seguridad, los autores de la directiva de la UE habrían deseado integrar aún más funciones de conducción parcial o totalmente autónoma. Sin embargo, el factor que limita la introducción de estas funciones es la velocidad limitada de la transmisión de datos actual: a través del canal de datos CAN-BUS es posible una velocidad máxima de transmisión de datos de 125 kbit/s.

Cambio tecnológico hacia la transmisión de datos de banda ancha

Erich Jaeger colabora con la Asociación de Investigación del Automóvil (dependiente de la VDA) en el futuro de la transmisión de datos de banda ancha para la transmisión de datos a alta velocidad entre camión y remolque. Uno de los resultados de esta cooperación es el estudio «Transmisión de datos de banda ancha y alta velocidad entre camión y remolque como requisito previo para la conducción altamente automatizada de combinaciones de camión y remolque».

Las funciones de conducción parcial o altamente automatizada recurren a numerosos sensores interconectados para identificar objetos en el entorno: los sistemas de cámaras y lidar requieren sistemas de bus más potentes, con altas velocidades de transmisión de datos y tiempos de latencia cortos. Los fabricantes de turismos y vehículos comerciales ligeros ya están empezando a aplicar estas nuevas tecnologías.

La complejidad de la banda ancha en los camiones

En los vehículos comerciales, sin embargo, las cosas son más complejas. Aquí confluyen diferentes fabricantes de camiones con diferentes fabricantes de remolques. La interoperabilidad sin problemas es un requisito previo para la transmisión de las funciones de seguridad. Además, la transmisión de datos debe garantizarse a distancias que pueden alcanzar los 40 metros en el caso de combinaciones de vehículos de gran tamaño.

Los retos que plantea un nuevo sistema de conectores de datos de banda ancha son muy complejos, ya que los fabricantes de vehículos deben tener en cuenta las normativas nacionales y de la UE, así como las internacionales. Además, los conectores actuales se utilizan desde hace unos 30 años, y también se espera que la nueva tecnología sea el estándar durante un largo periodo de tiempo a pesar de los rápidos cambios tecnológicos y que, además, sea compatible con versiones anteriores.

La adaptación de reglamentos, leyes y normas requerirá varios años de trabajo para garantizar la seguridad jurídica y la compatibilidad en el procedimiento de admisión del tráfico de reparto transfronterizo. Debido a las iniciativas transnacionales para introducir más funciones de conducción autónoma, en el futuro llegarán nuevas normativas. Sin embargo, aún no es posible predecir en qué momento será posible una conducción 100% autónoma de acuerdo con el nivel 5 de automatización. No obstante, los autores del estudio han prestado atención a la mayor seguridad futura posible al considerar el nuevo sistema.

Requisitos de la norma ISO 26262

Como es lógico, las funciones y sistemas de conducción parcialmente autónoma deben funcionar de forma extremadamente segura y fiable para que la seguridad vial sea lo más elevada posible. Para ello, existe la clasificación ASIL (Automotive Safety Integrity Level) a la que deben ajustarse estos sistemas. Al llegar al ámbito de la conducción automatizada según el nivel 3, se debe asignar a la función el ASIL D más alto según la norma ISO 26262.

En el estudio de todos los canales de transmisión posibles se excluyó la transmisión de datos por radio u óptica. Por ello, el estudio considera el sistema de transmisión por cable como la solución definitiva para cumplir los requisitos especificados y enumerados. Tras considerar varios sistemas de comunicación con distintas velocidades de transmisión, los autores se decantaron finalmente por la tecnología Ethernet.

Un criterio de exclusión fueron las aplicaciones previstas y la velocidad de datos y latencia requeridas. Las aplicaciones con mayor volumen de datos son las cámaras: por ejemplo, para la vigilancia de la zona trasera como asistencia al conductor o para vistas de 360º como ayuda a las maniobras. Muchas otras aplicaciones para controlar nuevas funciones en el remolque requieren velocidades de datos más bajas.

Automotive Ethernet 1000Base-T1

La evaluación de los conjuntos de datos para las distintas aplicaciones dio como resultado final los siguientes parámetros necesarios: 40 metros de longitud, latencia de 1 ms y velocidad de datos de 1 Gbit/s.

El estudio examinó todos los sistemas de bus ya utilizados técnicamente, así como los sistemas aún en desarrollo, con el fin de definir una tecnología de gran alcance y preparada para el futuro. La elección recayó entonces en la tecnología 1000Base-T1, especificada en «Fast Ethernet».

La tecnología Ethernet se basa en la tecnología de redes conmutadas por paquetes con direccionamiento a un único receptor. Esta tecnología, establecida desde hace tiempo en el sector industrial, ya se utiliza en el sector de los turismos: Se aplica allí donde la tecnología CAN-BUS, que funciona según un principio maestro-esclavo, ha alcanzado sus límites.

1000Base-T1 es una tecnología de par único con un ancho de banda de 600 MHz. También se conoce como IEEE 802.3bp y está especificada por Open Alliance para su uso en automoción. Se han definido dos tipos diferentes en función de la longitud del canal de transmisión:

Tipo A para líneas no apantalladas (UTP) para un alcance de 15 metros.
Tipo B para líneas apantalladas (STP) para un alcance de 40 metros.

Por su parte, todas las investigaciones en profundidad para cualificar los sistemas de conectores existentes según ISO 7638 e ISO 12098 para la transmisión de datos según 1000Base-T1 fracasaron.

El enfoque de Erich Jaeger

En consecuencia, Erich Jaeger, como socio colaborador del estudio, proporcionó un prototipo de nuevo desarrollo de una conexión completa entre camión y remolque para una investigación. En la conexión enchufable con los datos geométricos externos de la conocida conexión enchufable de 15 polos según ISO 12098, la empresa integró dos nuevos tipos de canales de datos, así como contactos de señal adicionales. Un desarrollo completamente nuevo es también un cable en espiral equipado con dos canales 1000Base-T1.

Erich Jaeger prototipo de conexión completa entre camión y remolque según tecnología 1000Base-T1

Los sistemas probados por Erich Jaeger han demostrado que los conectores y cables en espiral, tecnológicamente nuevos, cumplen los requisitos del canal de transmisión de 40 metros. Más allá de esto, sin embargo, las investigaciones del informe VDA sólo pueden considerarse informativas debido a la falta de cualificación de los transceptores para el 1000Base-T1 Tipo B.

No obstante, es de suponer que próximamente lleguen al mercado los primeros chips para el canal de datos de 40 metros. Esto convertiría al nuevo sistema de conectores con un canal de datos basado en la tecnología 1000Base-T1 Fast Ethernet en el sistema más moderno disponible actualmente en el mercado.

Compatibilidad con versiones anteriores

¿Qué significa la introducción de un nuevo sistema de conectores de este tipo para el panorama actual de sistemas con el conocido conector de 7 patillas («conector de freno» según ISO 7638) y el conector de 15 patillas («conector de luz» según ISO 12098)?

A partir de aquí comienza el trabajo de estandarización, en el que la compatibilidad con versiones anteriores es prioritaria para el usuario. Así pues, los sistemas conocidos seguirán existiendo por el momento pero, en un futuro no muy lejano, el panorama de sistemas se ampliará y serán posibles nuevas funciones inteligentes a través de un nuevo conector.

Conclusiones finales

Con el actual canal de datos, Erich Jaeger está dando forma al futuro de la transmisión de datos de banda ancha entre la cabeza tractora y el remolque. La integración de la nueva tecnología en el mundo de los vehículos industriales y de la maquinaria agrícola o de construcción es una de las principales competencias del proveedor automotriz.

Los nuevos conectores modulares tienen en cuenta las particularidades de cada sector. Sin embargo, lo que todos tienen en común son los elevados requisitos en términos de extrema robustez y fiabilidad:

Entorno operativo de -40ºC a +125ºC.
Máximos requisitos de estanqueidad (IPX9K, IPX7)
Elevado número de ciclos de acoplamiento: varios miles a lo largo de toda la vida útil.
Integración en un sistema que también cumple los más altos requisitos de seguridad de las funciones de conducción automatizada con un nivel de seguridad ASIL aún por definir.
Utilización de cables híbridos resistentes para las líneas de datos y suministro con elevadas fuerzas de retroceso elástico para los cables en espiral.
Fiabilidad funcional a bajas temperaturas en invierno y calor extremo debido a las altas temperaturas ambiente y del motor/transmisión.