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Con los progresos
logrados en los últimos años en las tecnologías de baterías y motores
eléctricos, diversos fabricantes han producido un número cada vez mayor
de vehículos eléctricos comerciales, desde autobuses y coches hasta
motocicletas. Aunque sus ventas aumentan a buen ritmo, por las
carreteras de Europa aún no circulan ni cien mil vehículos estrictamente
eléctricos, lo cual contrasta con los más de doscientos cincuenta
millones de vehículos convencionales, el 90 % de estos turismos.
A pesar de que los VE animan a augurar un transporte más económico y
menos ruidoso y un descenso de las importaciones de combustible y de
las emisiones de CO2 y otros contaminantes, este mercado se ve lastrado
por varios factores.
«El obstáculo más evidente y que explica las reservas del consumidor
ante la compra de un vehículo eléctrico es la relación entre coste y
rendimiento, que no es muy atractiva si se compara con la de los
vehículos convencionales», explicó el Dr. Volker Scheuch, investigador
del grupo alemán de electrónica para automoción Intedis. «Uno de los
inconvenientes por el lado del rendimiento es la poca autonomía que la
tecnología de baterías otorga a los VE, ya que ésta se encuentra aún en
una etapa inicial de su desarrollo. Además existen diseños de vehículos
que siguen basados en ideas de los tiempos en los que apenas tenía
relevancia el aprovechamiento económico de los recursos».
Hay varios casos en los que el diseño y muchos de los componentes de
los VE siguen estando basados en características de sus predecesores
convencionales que no se han optimizado para conseguir eficiencia y
seguridad en los VE. Y no basta con optimizar cada componente por
separado; para que los VE alcancen su potencial pleno, hay que abordar
la estructura general y las interacciones entre los componentes.
En los últimos tiempos se han propuesto varios diseños de VE con
motores paralelos, lo cual ofrece no sólo más maniobrabilidad y
rendimiento que los diseños convencionales de motor único, sino también
más eficiencia energética. Pero el control simultáneo de dos motores de
modo seguro plantea una dificultad considerable y precisa de una
estructura novedosa para todo el sistema y de una gama de dispositivos
electrónicos, desde sensores hasta unidades de control.
A esta labor se ha entregado un equipo de investigadores dirigido
por el Dr. Scheuch en el marco del proyecto «Safe and efficient
electrical vehicle» (EFUTURE),
al que la Comisión Europea otorgó una financiación de 4 millones de
euros. Su propósito es dar paso a una nueva generación de VE mediante la
creación de software inteligente que reduzca al mínimo el consumo
energético sin perder la capacidad de optimizar de forma dinámica el
equilibrio entre seguridad y eficiencia energética.
«Los vehículos de hoy presentan un nivel muy elevado de seguridad
operativa que ha de mantenerse en la generación eléctrica -señaló el Dr.
Scheuch-. Pero cuando las ruedas son accionadas por más de un motor
surgen nuevas dificultades. Esto es lo que investigamos en EFUTURE: qué
requisitos adicionales impone la instalación de dos motores frontales en
paralelo y cómo se pueden integrar estos en el diseño de la seguridad
de un sistema».
Entre otras innovaciones fundamentales, el equipo introdujo unidades
centrales de decisión de tal modo que el sistema de control del motor
cuenta con varios niveles de redundancia en caso de avería, aplicando el
concepto de «seguridad funcional», lo cual significa que todo
componente o sistema debe estar diseñado para ser capaz de gestionar de
forma segura cualquier error probable del usuario, fallo de la
maquinaria o cambio del entorno.
El equipo consiguió demostrar la viabilidad de un prototipo de
vehículo eléctrico que no es sólo seguro, sino también más eficiente. Se
ha logrado una autonomía posiblemente mucho mayor que la de los VE
existentes de modo virtual, únicamente haciendo uso del software
integrado.
Incrementar la autonomía (y el atractivo) de los VE
«Hemos demostrado que es factible crear un "prolongador virtual de
la autonomía" (virtual range extender) que no va asociado a ningún
sistema mecánico y que consiste en emplear funciones nuevas de
asistencia al conductor cimentadas en una arquitectura racionalizada,
manteniéndose al mismo tiempo un nivel superior de seguridad operativa»,
explicó el Dr. Scheuch.
Algunos sistemas avanzados de ayuda al conductor (ADAS)
desarrollados por el equipo de EFUTURE son un sistema ecológico llamado
Green ACC (control de crucero autónomo) que ajusta automáticamente la
velocidad del vehículo según las condiciones de tráfico y de la
carretera, mejorando la eficiencia, y también un «modo ECO» que indica
al conductor formas de conducción que comportan un menor consumo
energético.
Otras innovaciones de EFUTURE que quedan menos a la vista del
conductor pero que no pierden un ápice de relevancia es un sistema
automático de detección llamado Vehicle Observer (observador de
vehículos) cuya función es incrementar la seguridad, y también una
función de Torque Vectoring (control de vectores del par motor) que
incrementa la estabilidad y la comodidad de la conducción. El Torque
Vectoring también extiende las funciones del frenado antibloqueo (ABS) y
el control electrónico de estabilidad (ESC) a la conducción normal,
ampliando así la autonomía dinámica del vehículo.
«Hay otras funciones que no quedan a la vista del conductor, como el
sistema de gestión de la energía del vehículo, y unidades de decisión
que definen la trayectoria y el control de los accionadores, que también
elevan la eficiencia general», apuntó el Dr. Scheuch.
El coordinador del proyecto explicó que uno de los retos más
formidables que el equipo tuvo que superar fue adaptar un vehículo
eléctrico de primera generación para cumplir los requisitos del
proyecto, lo cual ilustró el problema de usar componentes «heredados» de
sistemas empleados en los coches convencionales.
«Para concretar nuestra propuesta de estructura, sustituimos los
componentes centrales por otros nuevos: la unidad de control del
vehículo, la unidad de control de la batería, la propia batería y los
motores. Además, añadimos un sistema completo de funcionalidad ADAS
(cámaras y radar) y aplicamos todo un conjunto nuevo de software de
control para todos los componentes. En resumen, transformamos un
vehículo muy básico en un coche dotado de numerosos instrumentos que
ofrecen multitud de funciones innovadoras», resumió el Dr. Scheuch.
Se espera que los diseños y sistemas prototipo desarrollados por los
socios del proyecto, entre los que se incluye el Centro Técnico Europeo
de Tata Motors, se integren en futuras generaciones de VE.
«Muchas de las ideas surgidas de EFUTURE podrán hallarse integradas
en productos y servicios futuros de los socios participantes. La
arquitectura de dominio del controlador del vehículo, los algoritmos,
las funciones de Green ADAS, los diseños de dispositivos de seguridad y
muchos otros elementos formarán parte de nuevos proyectos de
investigación o bien se encuentran ya integrados en nuevos productos
físicos para vehículos futuros», destacó el coordinador del proyecto.
«Cuantos más conceptos innovadores existan enfocados hacia una
conducción eficiente, mayor será su repercusión en el mercado europeo de
los vehículos, y EFUTURE forma parte de todo ello. Desde el punto de
vista económico, hemos mostrado una forma factible de ampliar la
autonomía energética de los VE, lo cual contribuye a incrementar la
aceptación de los vehículos de tracción eléctrica entre los
consumidores, ya que la inversión le reportará mayores prestaciones».
La investigación de EFUTURE fue subvencionada por el Séptimo Programa Marco (7PM) de la Unión Europea.
Enlace al proyecto en CORDIS:
- el 7PM en CORDIS
- ficha informativa del proyecto EFUTURE en CORDIS
Enlace a la página web del proyecto:
- pagina web de «Safe and efficient electrical vehicle»
Otros enlaces:
- web de la Comisión Europea dedicada a la Agenda Digital