Desarrollo e integración de redes de comunicación telemétrica en el entorno de la industria 4.0 aplicado al análisis y control de parámetros de trabajo en motores mediante sistemas basados en microprocesador
- Autores: José Luis Cañas
- Directores de la Tesis: Andrés García Higuera (dir. tes.), Javier de las Morenas (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Arturo de la Escalera Hueso (presid.), Antonio Barrientos Cruz (secret.), Fernando J. Castillo García (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias y Tecnologías aplicadas a la Ingeniería Industrial por la Universidad de Castilla-La Mancha
- Materias:
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- Resumen
Resumen En esta tesis doctoral se resume el arduo trabajo elaborado por el autor durante los últimos cinco años en torno a cómo aprovechar las tecnologías actuales para mejorar los vehículos en su camino hacia la inteligencia. La labor realizada tiene un enfoque bastante técnico, lo que se refleja en los diferentes prototipos y conceptos que vienen a demostrar las ideas sobre las que se asienta esta Tesis.
Las tecnologías telemáticas representan una simbiosis entre los avances de las telecomunicaciones y la informática, y se postulan como un campo de estudio interesante para el caso de los vehículos. En este ámbito, la proliferación de un nuevo conjunto de funcionalidades y servicios vinculados a estas tecnologías está demostrando tener un gran potencial frente a un cambio importante en el paradigma del sector automotriz, tanto desde el punto de vista de los fabricantes de nuevos modelos como de los proveedores de servicios.
Los objetivos se centran en buscar cómo la tecnología actual puede acelerar la entrada de los ITS (Sistemas de Transporte Inteligente) a las carreteras actuales dados los múltiples beneficios que eso supondría a nivel socioeconómico.
Por tanto, los objetivos principales de esta tesis doctoral son: - Analizar la viabilidad de un sistema ITS empleando las tecnologías actuales.
- Desarrollar prototipos tanto a nivel hardware y software de los conceptos analizados en el objetivo anterior.
- Concluir proponiendo, en base al conocimiento adquirido en los análisis y desarrollos llevados a cabo a lo largo de la tesis, la combinación tecnológica que puede habilitar en el presente la implementación de un sistema ITS que reduzca lo máximo posible el coste social asociado a las pérdidas en el transporte de carreteras.
En la Tesis se hace un especial hincapié en las tecnologías sobre las que se asienta la presente tesis doctoral en torno a los ITS prestando una especial atención a la estandarización de las mismas, los proyectos relacionados con ellas y algunos despliegues que hacen uso de éstas. Por otro lado, se atiende a las aplicaciones dedicadas a esta clase de redes que pueden ofrecer diferentes tipos de servicio a la ciudadanía. Una de las ideas más importantes que se extraen es que existe una problemática en torno a la falta de estandarización de muchas de las propuestas que se están realizando por parte de los principales fabricantes de vehículos.
Se presentan las distintas propuestas de mejora en la filosofía arquitectónica de la electrónica sobre la que se desarrollan los distintos componentes inteligentes de los vehículos modernos. Esta es la base hardware de la propuesta que se hace en la presenta Tesis Doctoral, y que se emplea en los distintos desarrollos realizados. Esta filosofía parte de dos pilares fundamentales a garantizar: la estandarización y la compatibilidad de los vehículos y entre los vehículos. Así, desde el punto de vista hardware a bajo nivel, a lo largo de la tesis se analizan y desarrollan una compilación de electrónica de vehículos basado en una arquitectura de módulos reconfigurables de forma que con la combinación de los módulos pertinentes se pueda construir cualquier unidad electrónica de vehículo. Asimismo, en conjunción con la arquitectura modular, en la Tesis se propone una arquitectura universal y estándar para los ITS.
Posteriormente se presentan los distintos prototipos desarrollados a lo largo de la Tesis Doctoral con objeto de analizar y demostrar las capacidades tecnológicas actuales de cara a conformar un ITS universal para la red de vehículos de transporte terrestre por carretera. En este punto cabe destacar el simulador electrónico HIL, la SmartECU, la unidad telemática, la de telemetría y el tacógrafo digital.
Más vehículos conectados aumenta la seguridad a través de los sistemas de seguridad activa, así como la eficiencia en la carretera. Esto motiva la creación de la plataforma modula. Se presentan los distintos prototipos desarrollados a lo largo de la tesis doctoral con objeto de analizar y demostrar las capacidades tecnológicas actuales de cara a conformar un sistema ITS universal para la red de vehículos de transporte terrestre por carretera empleando como base esta plataforma modular.
El objetivo del conjunto de los trabajos mostrados es principalmente la demostración de varias tecnologías útiles a la hora de incorporar vehículos, tanto nuevo como actualmente ya en uso, a las redes ITS de una forma estandarizada y unificada. A continuación, se enuncia y explica brevemente los diferentes prototipos mostrados: - Simulador Hardware in the Loop (HIL) para ITS. Se trata de un simulador HIL para desarrollar de forma más rápida unidades y electrónica ITS. Este elemento, junto con la propia arquitectura de plataforma modular, representa una de las principales y potentes herramientas con la que se ha contado para el desarrollo del resto de prototipos.
- Smart ECU. Se trata de una ECU conectada que tiene la capacidad de participar directamente en los ITS. Si disponemos esta ECU en un vehículo no conectado, conseguimos que éste pasa inmediatamente a ser compatible con los ITS.
- Unidad telemática. Esta unidad permite que el vehículo interactúe en los ITS a través de V2I/I2V 3G/4G/5G y además V2V (WiFi p, 5G) sin la necesidad en ningún momento de alterar la electrónica original del vehículo.
- Unidad de telemetría y HMI. Unidad que permite a través de I2V que se puedan compartir distintos parámetros del vehículo tanto con el gestor del ITS como con los vehículos interesados de forma que se pueda mejorar la seguridad y eficiencia del tráfico. Al mismo tiempo ofrece conectividad con la Smart ECU o con la Unidad Telemática, lo que le permite a través de su interfaz HMI establecer un vínculo V2H (Vehicle ot human).
- Tacógrafo digital seguro. Por normativa, los vehículos industriales pesados van a disponer de conexión a internet en un dispositivo acoplado a los buses del camión. Esto quiere decir que se va a contar con miles de vehículos completamente conectados a la nube por ley. Mediante este prototipo, aseguramos la seguridad a nivel de información para que sea posible de forma legal una posibilidad que se hace necesario cristalizar desde el punto de vista de esta Tesis: Aprovechar esta conexión a internet por ley para que los vehículos industriales pesados entren a través de ese mismo enlace a los ITS, y que ésta sea la base de una rápida implementación de las tecnologías de los vehículos conectados.
La plataforma modular diseñada sienta las bases para la futura unificación y estandarización de las múltiples propuestas ITS que están surgiendo de forma paralela a lo largo del mundo científico y tecnológico, pues es precisamente esta misma la idea principal habida en cuenta en su concepción.
El diseño de los nuevos tacógrafos inteligentes como pasarelas de entrada al mundo ITS también es posible mediante el empleo de esta plataforma de diseño del hardware. Esto posibilita que la penetración de los servicios ITS en las carreteras sea más rápida, y, por tanto, que el rendimiento de estos sea mejor, mejorando de facto por un lado la red de transportes, y por otro lado la aceptación de los usuarios sobre estas tecnologías.
Otro resultado demostrado de esta plataforma es que el hardware puede ser actualizado durante su ciclo de vida. Esto abre las puertas a un nuevo mercado por explorar, que, de la mano de la tendencia del vehículo como servicio, y no como propiedad, sienta las bases del panorama que la industria automotriz deberá enfrentar en las próximas décadas.
Por último, se presentan las principales conclusiones obtenidas en todo el proceso de investigación y en el desarrollo de la Tesis, así como las líneas futuras de trabajo que están relacionadas con los entornos y redes vehiculares aplicadas a las ciudades inteligentes. Además, se tienen en cuenta las principales aportaciones efectuadas durante el proceso investigador y las publicaciones derivadas de la Tesis Doctoral.
A modo de resumen, la base de la tesis es la plataforma modular configurable y abierta desarrollada. Ésta está en disposición de empezar a distribuirse y usarse entre universidades, centros de investigación y nuevos fabricantes como un nuevo estándar de electrónica de vehículos. Esto permite plantear un nuevo sistema de transporte inteligente universalizado para todos los tipos de vehículos, montado sobre un hardware estándar y universal basado en la plataforma modular presentada, junto con la arquitectura ITS correspondiente. Esta estrategia permite dar lugar a una aceleración en la implantación de los ITS respecto a la situación previa, lo que conlleva múltiples mejoras sustanciales a nivel de seguridad y eficiencia.
