Los sistemas de conducción autónoma, la introducción de componentes electrónicos en las centrales eléctricas y la conexión en red de vehículos: todas estas innovaciones se basan en la tecnología de semiconductores. “Más del 80 por ciento de todas las innovaciones en los automóviles modernos son posibles gracias a la microelectrónica”, dijo Stefan Simon, experto en semiconductores de QA. “En total, un automóvil moderno utiliza alrededor de 8.000 semiconductores en 100 unidades de control interconectadas. La potencia de cálculo de cada uno de estos dispositivos es mayor que la del primer cohete en llegar a la luna ".
El Audi Semiconductor Lab opera según los principios y métodos de gestión preventiva de la calidad. El laboratorio desempeña una importante función de comunicación entre los diferentes departamentos: es el centro de control de calidad y análisis de los conductores, y también se ocupa de las tecnologías de montaje y conexión. Todo esto funciona tanto internamente como en colaboración con socios de las industrias industrial y de investigación.
El laboratorio también es un organismo experto, ya que lleva a cabo evaluaciones intersectoriales e interdisciplinarias de componentes y conjuntos, así como examina los procesos de montaje y fabricación. Otra de sus tareas es la cualificación de empleados de diversas especialidades. Esta amplia gama de potencias y capacidades hace que Audi Semiconductor Lab sea absolutamente único en toda la industria automotriz europea.
Los expertos de laboratorio evalúan los distintos componentes (conjuntos propios de módulos de control) para determinar su idoneidad, fiabilidad y calidad de construcción. En las primeras etapas de desarrollo, los empleados crean y validan los requisitos para un chip que luego se utilizará en automóviles (y estos requisitos difieren notablemente de los que se utilizan en otras industrias). La vida útil promedio de un teléfono inteligente es de dos años, mientras que la de un automóvil es de unos 15 años. Además, los casos de uso y las cargas a las que están sujetos los automóviles son incomparables con los que enfrentan los teléfonos inteligentes. “Los semiconductores deben diseñarse y fabricarse para tener en cuenta las fluctuaciones de temperatura, la humedad y las vibraciones en el vehículo”, explicó el experto en semiconductores Oliver Zentfleben.
Además, se comprueba la resistencia de los componentes al desgaste temporal, ya que pueden producirse procesos de envejecimiento acelerado en el coche. El envejecimiento acelerado en cámara térmica se puede distinguir entre varios estudios en esta área. El análisis físico también se utiliza para estudiar el rendimiento de los dispositivos y su comportamiento frente al envejecimiento.
Análisis de rayos
X En el laboratorio están instalados un moderno aparato de rayos X y un microscopio electrónico de barrido. Para realizar procedimientos de análisis especiales en chips semiconductores, los especialistas de laboratorio trabajan con colegas del laboratorio de ciencia de materiales.
Por ejemplo, realizan conjuntamente la preparación de muestras mediante haces de iones enfocados (FIB) (usando un microscopio electrónico de barrido que emite haces de iones enfocados). Todos estos métodos se pueden utilizar para verificar las unidades de control en busca de errores de proceso y de serie.
Digitalización
En los últimos años, las prioridades han cambiado notablemente. A pesar de que los conductores comparan las características de diferentes vehículos y prestan atención a su diseño, también esperan la introducción de tecnologías modernas. Ejemplos de estas tecnologías incluyen los datos de conducción de Audi Connect, la conexión e integración de teléfonos inteligentes y los sistemas modernos de asistencia al conductor.
Para satisfacer los requisitos del cliente, la industria automotriz debe utilizar e implementar cada vez más tecnología avanzada. Solía ser que los componentes se consideraban adecuados para su uso en automóviles después de años de uso en electrónica de consumo. Ahora, los nuevos componentes aparecen en los automóviles mucho más rápido y, para garantizar un alto rendimiento, se prueban previamente. Para garantizar altos estándares de calidad, el Audi Semiconductor Lab participa en el desarrollo de requisitos y la evaluación de tecnología. Se comparan varios estándares de consumo (por ejemplo, temperaturas de 0 ° C a 40 ° C) con los estándares de automoción (de -40 ° C a 125 ° C) y se verifican los requisitos de vida útil. Por ejemplo, la aplicación Audi MMI se puede utilizar para ver el estado del vehículo,control de clima o control del nivel de carga. Por lo tanto, el automóvil está constantemente conectado a los elementos de la infraestructura e interactúa con ellos, lo que aumenta significativamente el tiempo de actividad de los componentes para la red. También vale la pena señalar que algunas aplicaciones automotrices funcionarán como "siempre en ejecución".
autoSWIFT —
Para mantenerse al día con el alto ritmo de innovación de la industria y poder responder rápidamente a los nuevos desarrollos, AUDI AG se asocia con empresas líderes en las industrias de semiconductores y electrónica. Por ejemplo, las bases para una evaluación de tecnología estandarizada se establecerán con FZI Forschungszentrum Informatik, Globalfoundries, HOOD GmbH, Infineon Technologies AG y Robert Bosch GmbH. El proyecto de investigación autoSWIFT tiene como objetivo "acelerar los ciclos de desarrollo de sistemas electrónicos en toda la cadena de valor de los vehículos de valor añadido". El programa tiene como objetivo introducir componentes electrónicos innovadores y de alta calidad en vehículos basados en las últimas tecnologías de fabricación, con un desarrollo e integración más rápidos que nunca. En cuanto a los requisitos,que se presentará a los procesos de desarrollo en el futuro, los empleados están investigando actualmente cómo pueden convertir la cadena de valor en una red completa.
Bond Tester
“Las colaboraciones de la empresa y las colaboraciones interdisciplinarias están diseñadas para evaluar la idoneidad de las tecnologías durante la fase de desarrollo e integrarlas en los procesos de diseño de productos desde el principio”, explica Helmut Lochner, experto en Audi Semiconductor Lab y líder del proyecto para autoSWIFT. Este enfoque alineará la tecnología de semiconductores con los altos estándares de calidad de la industria automotriz.
Tecnología de iluminación
En los nuevos Audi A8 y Audi TT RS (consumo total de combustible en litros cada 100 km: 8,2 - 8,5, emisiones de CO2 en gramos por km - 187 - 194), la empresa utiliza nuevos sistemas de iluminación trasera con tecnología OLED. A diferencia de las fuentes de luz de un solo punto (como los LED), los dispositivos OLED son fuentes de superficie. Su brillo lleva la uniformidad de la luz de fondo al siguiente nivel. No proyectan sombras duras y no requieren reflectores, LED u otros componentes ópticos. Todo esto hace que las unidades OLED sean eficientes y livianas, y sus requisitos de espacio son mínimos. La división de la iluminación OLED en pequeños segmentos controlables individualmente con una disposición tridimensional permite el desarrollo de nuevos escenarios de iluminación que brindan a los diseñadores más libertad creativa en el diseño y la animación.
Cada dispositivo OLED contiene dos electrodos (al menos uno de ellos es transparente) y muchas capas delgadas de materiales semiconductores orgánicos. El bajo voltaje hace que estas capas (200 veces más delgadas que un cabello humano) brillen. Todo esto ha permitido a Audi trasladar su ADN a la tecnología moderna.
El personal del laboratorio participó en un proceso de prueba de varias etapas al que se sometió esta tecnología antes de ser introducida en la producción en masa. Las pruebas abarcaron desde el desarrollo de módulos de implementación específicos y la validación de tecnología básica y OLED hasta la prueba de conjuntos de luces traseras. Se prestó especial atención a los aspectos únicos de uso que son característicos de la industria automotriz (por ejemplo, envejecimiento acelerado causado por el medio ambiente o envejecimiento pasivo convencional).
El primer uso de bloques OLED en la industria automotriz requirió el desarrollo y análisis de parámetros específicos de esta tecnología. Audi Semiconductor Lab trabajó con Engineering Development para evaluar completamente la tecnología para varias aplicaciones durante la fase de desarrollo. Se han identificado y eliminado debilidades en la propia tecnología y en los procesos de fabricación de los productos que la utilizan. Los requisitos de tecnología OLED se han identificado para proyectos futuros y se han consagrado como estándares.
Electrificación
Audi está trabajando activamente para electrificar sus sistemas y desarrollar conceptos de movilidad ecológica. Parte de estos proyectos es la electrónica de potencia, el corazón de cualquier vehículo electrificado. En el núcleo de estos sistemas se encuentran los inversores PWM (en términos de tecnología, este es uno de los componentes más exigentes).
Este dispositivo convierte la tensión CC de la batería de alto voltaje en CA trifásica para alimentar el motor eléctrico. Los semiconductores de alto rendimiento en inversores ocupan aproximadamente 1 centímetro cuadrado. Cada uno de ellos debe llevar una corriente de 100 amperios a una frecuencia de 10 kHz. A pesar de un enfriamiento eficaz, la pérdida de potencia resultante en la matriz conduce a un rápido envejecimiento de las conexiones de contacto eléctrico.
Desde el Audi Q5 hybrid quattro (2011) al Audi Q7 e-tron quattro (2016; consumo de combustible en l / 100 km: 1.8 - 1.9; consumo de energía en kWh / 100 km: 18 , 1-19.0; emisiones de CO2 en g / km: 48-50) y para el próximo Audi e-tron (2018), Semiconductor Labs ha hecho mucho por el desarrollo tecnológico de la electrónica de potencia. Por ejemplo, evaluaron las conexiones de proceso entre microcircuitos y radiadores, por lo que verificaron las características térmicas. Los mecanismos de envejecimiento, en este caso, se evaluaron a la par con los procesos técnicos aplicados a tecnologías individuales. Los procesos técnicos incluyen soldadura, soldadura y cocción, las denominadas tecnologías de ensamblaje y conexión. Los resultados del trabajo de los expertos fueron fundamentales para la creación de una norma corporativa general,que fue revisada parcialmente a la Norma Industrial Alemana en 2017.
RoBE: soportes seguros en vehículos eléctricos
Para garantizar una predicción fiable de la vida útil de cada elemento de fijación durante la fase de uso, Audi se ha asociado con socios de la industria e investigadores externos en el proyecto RoBE (Securement of Mounts in Electric Vehicles). El objetivo de este proyecto es, como mínimo, aumentar la vida útil de la electrónica de consumo. El proyecto, que también involucra a los institutos de investigación Fraunhofer IZM y Fraunhofer ILT, tiene como objetivo construir una comprensión más profunda de la diversidad y las interdependencias en las tecnologías de unión. Se están desarrollando nuevas tecnologías (como la soldadura por láser) y se están investigando nuevos materiales para superar las limitaciones actuales.
El incentivo más importante para que las instituciones de investigación realicen investigaciones conjuntas sobre soluciones innovadoras es la puesta en común de competencias a lo largo de toda la cadena de desarrollo de productos. Los criterios de evaluación y los estándares de prueba para nuevas tecnologías a menudo simplemente no existen. De esta forma, Semiconductor Lab participa en el desarrollo de especificaciones de calidad en las primeras etapas de varios proyectos y promueve su promoción en diversas industrias.
Automatización de conducción
El nuevo Audi A8 es el primer vehículo de producción del mundo diseñado para el uso parcial de sistemas de conducción autónoma de nivel 3 de acuerdo con las normas internacionales. El sistema Audi AI puede tomar el control en tráfico lento a velocidades de hasta 60 km / h, en autopistas y carreteras de varios carriles con una barrera física que separa los carriles. Mientras conduce la IA, el controlador central (zFAS) analiza continuamente la información ambiental mediante la combinación de datos de diferentes sensores. Audi también fue la primera empresa en utilizar escáneres láser en automóviles.
El escáner aumenta el ángulo de visión del radar de largo alcance de 35 a 145 grados. Gracias al amplio campo de visión, el vehículo puede reconocer antes a otros usuarios de la vía e interpretar su comportamiento (por ejemplo, al salir del carril). “Imagínese un escáner láser que emite rayos de luz que escanean los alrededores de un automóvil en fracciones de segundo”, dijo Robert Kraus, experto en tecnología de fabricación en Semiconductor Lab. Un espejo giratorio en un cuerpo compacto dirige los rayos de un diodo potente sobre el área de exploración. El nuevo escáner no solo detecta obstáculos, también puede determinar la distancia exacta a ellos. Esto se hace midiendo el tiempo entre la emisión de un haz y su detección en el fotodiodo.
Los empleados de Semiconductor Lab se han estado preparando para implementar escáneres láser en el nuevo A8 desde 2014. En colaboración con Technical Development, han desarrollado especificaciones completas para la pieza en sí y sus componentes. Antes de ser utilizados por primera vez en la industria del automóvil, los diodos láser se utilizaban en la electrónica de consumo, e incluso antes de que fueran sometidos a numerosas pruebas y análisis en varios laboratorios. Con base en los resultados de estas pruebas, los procesos de fabricación de los diodos se optimizaron para cumplir con los requisitos de calidad.