Análisis de redes eléctricas de vehículos con herramientas de analítica visual y simulación

Resumen

La complejidad de los Sistemas de Distribución Eléctrica de Vehículos (VEDS) ha aumentado significativamente en los últimos años debido al uso de nuevos dispositivos y sensores electrónicos, funcionalidades de seguridad avanzadas, mayores necesidades de los usuarios, demandas de eficiencia superiores y la incorporación de sistemas de tracción eléctricos. Por otro lado, para garantizar la fiabilidad, los cables de los automóviles suelen estar sobredimensionados para evitar sobretemperaturas, de modo que se salvaguarde el aislamiento y se garantice una adecuada resistencia mecánica para soportar el proceso de fabricación. Además, los VEDS en sí mismos son sistemas intrincados ya que en un solo vehículo, normalmente abarcan miles de cables y uniones eléctricas, cientos de consumidores de energía y decenas de Unidades de Control Electrónico (ECU) y elementos de protección que están interconectados con configuraciones intrincadas de cableado. Para superar estas demandas, el uso de software en la etapa de diseño para visualizar, simular y analizar adecuadamente los VEDS es crucial. A este respecto, existe una variedad de entornos informáticos pensados para la mayoría de otros sistemas vehiculares modernos como chasis, aire acondicionado, motor, tren de tracción y propulsión eléctrica. El uso de herramientas de simulación en la etapa de diseño mejora la productividad y reduce los costos de creación de prototipos en estos sistemas. Sin embargo, este no es el caso de VEDS, donde en la mayoría de casos se usan prototipos reales en las primeras etapas de diseño, lo que ralentiza el tiempo de comercialización del automóvil. De hecho, las pocas herramientas industriales de software centradas en VEDS están destinadas principalmente al diseño de diagramas eléctricos y para intercambiar información desde un punto de vista de fabricación. Además, las pocas plataformas que últimamente han afirmado ser capaces de realizar simulaciones de flujo de potencia, no proporcionan información específica sobre su modelado y métodos numéricos. De ahí que el desarrollo de software a medida para este fin, como el que se presenta en esta tesis, representa un aporte significativo en este ámbito de investigación. Con el fin de superar los desafíos mencionados, dar soporte a las tareas de diseño y disminuir la necesidad de prototipos físicos, este trabajo presenta una metodología para implementar una herramienta web orientada a la industria y destinada a la visualización y simulación de VEDS. En este sentido, se destaca la relevancia de las estrategias de Analítica Visual (VA) para amplificar la cognición y la comprensión del usuario de estas redes al utilizar software informático. Las tendencias de investigación y las perspectivas futuras relacionadas con VEDS también se identifican y discuten para obtener suficiente contexto y enfrentar los retos de estos sistemas automotrices. La metodología expuesta favorece la creación y mantenimiento rápido de software basándose en seis pilares clave: preprocesamiento de datos a medida, apropiada simulación de flujo de potencia, desarrollo de software ágil, uso exclusivo de herramientas de código abierto, software basado en web e incorporación de diferentes técnicas basadas en VA. Entre estas últimas estrategias, se incluye la generación automática de esquemas eléctricos amplios y detallados para favorecer la interacción y la comprensión intuitiva de la red. La practicidad y versatilidad de la arquitectura propuesta hace que la plataforma exhibida sea fácilmente escalable a otros entornos de ingeniería basados en la web que requieren simulación por computadora. Además, las funcionalidades descritas se ejemplifican y validan considerando como casos de estudio los mazos eléctricos principales de vehículos comerciales. Se exponen paso a paso flujos de trabajo de simulación completos para proporcionar información detallada sobre la implementación de este tipo de herramienta informática.