NIO ET7: análisis de sistemas de asistencia a la conducción

Recientemente, NIO ha presentado el ET7. Para quien no conozca NIO, es un fabricante de origen chino fundado en 2014, con sede en Shanghái, pero con centros de desarrollo también en otros países (incluyendo US, en Silicon Valley). Su gama en el país asiático consta de 3 modelos (todos SUV) y su crecimiento está siendo muy comentado en 2020 y 2021. Su valor de mercado, por ejemplo, llegó a superar al de General Motors, y espera llegar a Europa próximamente. Es, quizá, la compañía que más se parezca a Tesla en cuanto a filosofía y gama de producto (¿había mencionado que su gama es 100% eléctrica?)

Volviendo al ET7, es la primera berlina que espera comercializar NIO. Sus características son las casi-habituales en un modelo de estas características: aceleración de deportivo, batería muy grande, muchas pantallas dentro, etc.

Pero yo no estoy aquí para hablar de eso. Yo he venido a hablar de ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) y AD (Automated Driving). Es decir, de ayudas a la conducción.

Sensores

En una presentación tipo Silicon Valley (algo que cada vez cala más en el mundo del automóvil) y con muchas referencias a Tesla, se nos desglosó lo que este coche será capaz de ofrecer en principio. Y promete bastante.

En primer lugar, vamos a la sensórica. La configuración de sensores – denominada AQUILA –es bastante clásica en la industria si hablamos de Nivel 3 de automatización, donde ofrecer redundancia de sensores para garantizar un funcionamiento “fail operational” (es decir, que en caso de fallo, aún existe operabilidad) es necesaria.

• 5 radares (4 en las esquinas, uno frontal de mayor rango de detección), capaces de operar en condiciones de visibilidad limitadas.
• Un lidar frontal proporcionado por innovusion. El lidar es un elemento muy importante en un nivel 3 de conducción autónoma (hay cinco niveles), pues además de proporcionar redundancia adicional a un sistema de lidar y cámara, permite la detección de objetos estáticos con un buen rendimiento en cuanto a precisión longitudinal y lateral. El clásico ejemplo es la detección de un ladrillo/trozo de neumático en el carril propio a 200 metros. Muy interesante su localización, en la parte frontal del techo del vehículo, algo que ya había apuntado por ejemplo Polestar y que se va convirtiendo en tendencia.
• 4 cámaras de ojo de pez alrededor del vehículo, similares a las que podemos encontrar hoy en los sistemas de visión cenital.
• 4 cámaras adicionales en los laterales, dos apuntando hacia atrás y dos apuntando hacia la zona fronto-lateral, estas últimas ubicadas también en el techo del vehículo.
• 2 cámaras tras el parabrisas para realizar las tareas clásicas de detección de líneas, de objetos, de señales de tráfico. Una de ellas tiene un gran campo de visión (>100°) para permitir mejor cobertura de los objetos cercanos y en carriles adyacentes. La otra está mucho más focalizada (Campo de visión de menos de 30°) para permitir detecciones de objetos a larga distancia.
• Una cámara trasera, en la parte del techo, para detección de vehículos aproximándose por detrás (ayuda en los cambios de carril).
• 12 sensores de ultrasonidos que dan soporte en tareas de aparcamiento
• 2 sistemas de localización GPS. La redundancia es necesaria para los sistemas de conducción autónoma – en caso de fallo en el GPS principal podemos usar el secundario.
• Sistema V2X de comunicación vehículo a vehículo o vehículo–infraestructura, cada vez de mayor importancia en China.
• Y finalmente, dos cámaras interiores: una proporciona detección del estado del conductor (distraído, somnoliento, etc.) para combinarla con los sistemas de conducción semiautónoma. La otra se utiliza para proporcionar una visión general de los pasajeros (por ejemplo, video conferencias, etc.).

Fig 1: Campos de visión de los diversos sensores

Estos sensores se comparan favorablemente con lo que hay en la industria a día de hoy. Una de las referencias a Tesla durante la presentación fue la comparación de las cámaras del ET7 con las del rival americano. Mientras las de NIO son de 8MPix de resolución, las de Tesla de quedan en 1.2 Mpix. Esto da evidentes ventajas en cuanto a rendimiento. De igual manera, Tesla, como todos sabemos, no integra Lidar, y esto es una clara desventaja a la hora de ofrecer un sistema redundante de conducción autónoma (Nivel 2 es posible, Nivel 3 bajo estrechos condicionantes). Tesla a buen seguro cambiará su estrategia de sensores en el futuro.

Fig 2: ubicación de las cámaras fronto-laterales y el lidar en el ET7

Fig 3: Lo que “ve” el lidar

Unidad de procesado

Todo este conjunto de sensores se tiene que procesar en alguna parte. Y esa “parte” es la unidad de procesado que NIO ha llamado ADAM.

ADAM es básicamente una ECU (Electronic Control Unit) compuesta por hasta 4 x SoCs (Systems on a Chip) de NVIDIA. Orin es el integrado que NVIDIA pretende se convierta en la próxima referencia en los sistemas de conducción autónoma, y que ya ha encontrado otros clientes como SAIC (otro fabricante chino con una filosofía parecida a la de NIO) y, atención, Mercedes.

NIO ha decidido seguir una ruta diferente a Tesla en esta ocasión, y es que Tesla desarrolla su propio SoC. NIO utiliza a NVIDIA para ello.

Estos 4 SoCs proporcionan una capacidad de calculo nunca vista hasta ahora en la industria del automóvil en un solo componente. Mas de 1000 TOPS (Trillones de operaciones por segundo). Requiere refrigeración liquida y ofrece la redundancia necesaria, pues todos los sensores proporcionan datos “crudos” a los 4 Orin. Estos datos crudos, según NIO, son alrededor de 8 GigaBytes por segundo.

Por supuesto, la plataforma soporta una barbaridad de proceso relacionado con AI / ML (Artificial Intelligence / Machine Learning), que es donde se encuentra la mayor capacidad de los NVIDIA Orin. Sin embargo, la unidad de control también deberá contar con algún SoC más enfocado a procesos determinísticos y capaz de soportar ASIL D para cumplir con la regulación ISO26262 (Functional Safety, o cómo prevenir fallos en el diseño e integración de sistemas electrónicos complejos). NIO no ha dado detalles sobre dicha configuración.

Fig 5: Les presento a ADAM

El Software

Todo este despliegue de hardware no sirve de nada si no existe un software detrás que proporcione funcionalidad. Y aquí es donde NIO tiene una filosofía parecida a la de Tesla: el desarrollo del software es interno.

Al contrario que otros grandes fabricantes, NIO desarrolla el SW de su sistema de conducción autónoma desde la percepción hasta la actuación complemente en un departamento interno. Este desarrollo tiene lugar en sus centros de desarrollo en Shanghái y en Silicon Valley, y es de las partes más complejas de esta ecuación.

Esto proporciona una serie de ventajas a NIO: control total del desarrollo del sistema, tanto en plazos como en requisitos. Mayor facilidad para modificar implementación sin depender de terceros. Capacidad para analizar fallos de forma mucho mas ágil.

Pero a su vez también puede acarrear inconvenientes. El mundo de la conducción autónoma es muy complejo en cuanto al desarrollo de SW (solo hay que ver la ingente capacidad de procesado que lleva el NIO ET7), y los costes pueden ser astronómicos y abusivos. Especialmente en cuanto a validación. Por ejemplo, BMW declaró que necesitaría simular 250 millones de kilómetros para su Nivel 3, de los cuales un 10% deberían ser reales. Esto es, conducir 25 millones de kilómetros, con adquisición de todos los datos de todos los sensores al detalle – y para ello disponen de un servidor de más de 200 PBytes–.

Es por ello que vemos una tendencia clara de las marcas a agruparse para compartir dichos gastos. NIO, como Tesla, va por libre. Y cuenta con un as en la manga, que es el uso de datos de vehículos de cliente para soportar el desarrollo.

Las Aplicaciones

Todo lo dicho no sirve de nada si no se ofrece al usuario la “aplicación” final. Aquí NIO ha sido muy críptico, pero sabiendo lo que ya tienen en el mercado y el esfuerzo a nivel de hardware que han hecho, es fácil pronosticar lo que podrá ser el ET7 con el tiempo.

NIO ya tiene en el mercado chino un sistema de Nivel 2 desde hace tiempo. Nivel 2, recordemos, es un sistema que permite control longitudinal y lateral del vehículo, pero con el conductor siempre supervisando. Esta supervisión, en un nivel 2, es tradicionalmente a través de las manos en el volante. Hay marcas que, sin embargo, van un paso más allá y son capaces de hacer un sistema de manos libres, pero con la obligación de fijar la vista en la carretera. Es lo que se llama en la industria un Nivel 2+. Ejemplos son Cadillac, BMW, la propia NIO en China, Nissan… y en cierta medida Tesla, aún sin monitorizar al conductor.

NIO ya ofrece esto en sus SUVs. Está claro, pues, que este ET7 irá un paso mas allá. Y este paso será un Nivel 2+ más avanzado, para empezar, con capacidad para funcionar en más escenarios y con mayor robustez. En lugar de circunscribirse a autopistas como hasta ahora, el sistema podrá funcionar en otro tipo de vías, incluso en ciudad en algunas ocasiones.

Desde luego, esto no es suficiente para justificar el despliegue de hardware… y sobre todo la redundancia embebida en el vehículo, no solo a nivel de sensores y unidad de control sino también a nivel de actuadores (dirección, frenos, etc. cuentan todos con redundancia). Así que un nivel 3 es esperable durante la vida del ET7. Recordemos que en un nivel 3, a diferencia de un nivel 2, el conductor puede dedicarse a tareas secundarias dentro del vehículo, como ver una película, leer un libro o responder un correo electrónico. Eso sí, ha de estar disponible para retomar el control del vehículo en un corto periodo de tiempo (de segundos), siendo esta la gran diferencia con el nivel 4 donde en principio esa delegación de control no sería necesaria.

A nivel de aparcamiento, en China es muy apreciado el aparcamiento automático, y un sistema capaz de aparcar el vehículo sin conductor –llegar a un garaje compatible y pedir al coche que aparque de forma autónoma– es esperable. No sería el primer vehículo chino en anunciarlo, ni global (Mercedes Clase S).

Todo esto, por supuesto, sin menoscabo de los últimos sistemas de seguridad (frenado de emergencia, de mantenimiento en el carril). Eso sí, no esperemos que todo lo descrito en los párrafos anteriores esté disponible durante el lanzamiento del vehículo. Habrá elementos que se habilitarán a posteriori mediante actualizaciones automáticas, estilo Tesla.

NOTA: Nivel 2+ es legal en USA, China, Japón, Corea. No es legal en Europa. Nivel 3 es legal solo en determinados países y por “invitación” u homologación especifica.

La filosofía de NIO

Hemos comentado ya que NIO bebe mucho de las fuentes de Tesla, y en cuanto a la filosofía de servicio a cliente se puede decir lo mismo.

NIO ofrecerá todo el hardware de serie en el vehículo, con actualizaciones durante la vida de éste. Usará datos de los vehículos en circulación para ayudar al desarrollo de futuros sistemas –de hecho, ya ha declarado que sus vehículos ya comercializados han recorrido más de 100 millones de km con el Nivel 2 (NIO Pilot) activado.

De momento, todo muy Tesla. No han prometido un sistema de conducción totalmente automatizado porque, sencillamente, no pueden (ni ellos ni nadie). Pero las actualizaciones llegarán y mejorarán la experiencia de uso.

La diferencia de NIO con Tesla en este sentido es el modelo de negocio. Mientras Tesla cobra una cantidad fija durante la vida del vehículo, NIO ofrecerá estos sistemas en formato de leasing. Es decir, el conductor del ET7 podrá disponer de los servicios mencionados en este articulo previo pago de un “alquiler”, que de momento se ha cifrado en el equivalente a 100 dólares al mes.

¿Conseguirá NIO abrirse un hueco como una alternativa creíble a Tesla y a los fabricantes tradicionales, o es todo esto una herramienta de marketing para atraer a mas inversores e inflar el precio de mercado? El tiempo lo dirá, pero de momento, desde el punto de vista técnico, los sistemas ADAS y AD (ayudas a la conducción) presentan una arquitectura que muchos otros fabricantes seguirán en el corto plazo. La clave será el software y la capacidad de NIO de poder desarrollarlo sobre dicha base de hardware.

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