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Protocolos de comunicación en los sistemas de control para autos de combustión interna, híbridos y eléctricos

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Protocolos de comunicacin en los sistemas de control para autos de combustin interna, hbridos y elctricos.Por: Jomel Maldonado Vlez

12 de mayo de 2010 TEEL 4011 L91 1

Sistema de control de emisiones:Es todo aquel equipo elctrico/electrnico que se encargue de controlar el flujo de combustible al motor, encendido de bujas y otros actuadores para mantener el motor encendido.

El mismo esta diseado para reducir los niveles de contaminantes cumpliendo as con las regulaciones de EPA. Debe asegurar el caballaje y torque que el manufacturero le haya programado.2

Sistema de control de emisiones:Sensor de oxigeno, el ms importante para controlar las emisiones, este se encarga de monitorear la proporcin de aire/combustible, resultante de la combustin, para ajustar la relacin estequiometrica segn sea necesario. Este sensor completa un lazo de retro-alimentacin, logrando as un sistema de control de lazo cerrado.

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Otros sistemas de control:Otros mdulos que controlan otras reas del vehculo:Motor (ECM/ECU) Transmision (TCM/PCM) Air Bag (SRS) Anti Lock (ABS) Stability Control (ESC) Traction Control (TC/ASR) Tire Pressure Monitoring System (TPMS) Central Locking Power Windows Adaptive Cruise Control A/C Radio Instrument Cluster Seat Adjustment Sun Roof4

Controller Area Network:Todos estos sistemas se comunican entre s por medio de una red de data llamada Controller Area Network (CAN) Bus. El CAN Bus es una pareja de cables torcidos entre s, twisted pair, para minimizar la interferencia electromagntica. Por este Data BUS pasa informacin binaria, CAN High y CAN Low

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Funcin del CAN BusComunicando varios controladores entre s:

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Historia del sistema OBD:1969, Volkswagen introduce el Type 3 con inyeccin electrnica y capacidad de monitoreo. 1975, Datsun lanza el 240Z con inyeccin electrnica y capacidad de re-ajustar los parmetros de control. 1980, la General Motor introduce el Asembly Line Diagnostic Link (ALDL) para monitoreo del sistema de control, su uso era exclusivamente para la fabricante.

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Historia del sistema OBD:1987, el California Air Resource Board (CARB) estipula que todo aquel vehculo vendido en California luego del 1988, tendr que tener algn sistema de diagnostico, a lo que se le llamo el sistema On Board Diagnostic (OBD I). Este no tena un protocolo estandarizado ni un conector comn para todos los autos.

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Historia del sistema OBD:1988, el Society of Automotive Engineering (SAE), recomienda que se estandarice tanto el conector como unos cdigos de fallos para todos los vehculos, a estos de les llama Diagnostic Trouble Codes (DTC) y son genricos para todos los autos. Puede existir otros cdigos especficos de una marca y modelo que incluya otras opciones, pero los DTC tienen que ser iguales para todo vehculo.

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Historia del sistema OBD:1994, motivado por establecer un procedimiento uniforme de emisiones a nivel de todos los estados, el CARB publica las especificaciones para el OBD II y estipula que todo aquel vehculo vendido para los Estados Unidos y Puerto Rico, tendr que cumplir tanto con las especificaciones de OBD II, como tener un conector de diagnostico comn y tener los cdigos de fallos que recomend SAE.

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Historia del sistema OBD:1996, se hace ley, todo vehculo en Estados Unidos tiene que ser OBD II Compliant. Tendr un sello en el rea del motor indicando que:

1) Cumple con las emisiones que regula EPA 2) Es OBD II Compliant 3) Tiene un catalizador en el sistema de escape para reducir las emisiones.

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Historia del sistema OBD:2001, la Unin Europea estipula que todo vehculo de gasolina tenga el sistema European OBD (EOBD). 2008, todo vehculo en Estados Unidos tendr que usar el protocolo ISO-15765. 2008, hacen obligatorio el sistema OBD en China. 2010, crean el Heavy Duty OBD (HDOBD) y estipulan que todo aquel vehculo o camin comercial impulsado por diesel, tambin tenga el sistema, si se vende en Estados Unidos.12

Conector para el OBD IIConector SAE J1962, comn en todos los autos OBD II, est a 2 pies o menos del volante. Es el punto de conexin entre el sistema de control y la herramienta de diagnostico. Los terminales fueron estipulados por SAE. Se le conoce como Diagnostic Link Conector (DLC).

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Protocolos de comunicacin:Hay cinco protocolos utilizados en la actualidad para la interface entre el sistema OBD II y el lector de cdigos. 1) SAE J1850 PWM 2) SAE J1850 VPW 3) ISO 9141-2

4) ISO 142305) ISO 15765 CAN14

SAE J1850 PWM:Utiliza dos terminales del DLC de forma bidireccional. Son unos BUS Lines diferenciales donde uno es copia invertida del otro, para minimizar la interferencia electromagntica de fuentes externas. Mediante Pulse Width Modulation (PWM), enva una serie de pulsos diferenciales modulando el largo de onda, y manteniendo una amplitud uniforme de +5 y -5 voltios. Los mensajes son de 12 bytes a una velocidad de 41.6 kb/s. Se utiliza en vehculos Ford.

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SAE J1850 VPW:Utiliza solamente un terminal del DLC con una velocidad de transferencia de 10.4 kb/s. Los mensajes estn restringidos a 12 bytes. Utiliza el modo de comunicacin Variable Pulse Width (VPW). La seal de data es una serie de pulsos cuya frecuencia varia, pero su amplitud de 7 voltios permanece uniforme. Se utiliza en vehculos General Motors.

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ISO 9141-2:Interface serial, utiliza dos terminales del DLC. Una lnea es bidireccional, transmite y recibe informacin entre el lector y el ECM. La otra es unidireccional y va desde el lector hasta el ECM, para iniciar la comunicacin. La seal es una onda cuadrada con frecuencia uniforme, sus niveles lgicos de 0 y 1 se representa por 0 y 12 voltios. Los mensajes estn restringidos a 12 bytes. Su velocidad de transferencia es de 10.4 kb/s. Se utiliza en vehculos Europeos, Asiticos y algunos vehculos Chrysler.17

ISO 14230 (KWP2000):Es una variacin del ISO 9141, para cumplir con los requerimientos del ISO 14230 y su Key Word Protocol (KWP), utiliza los mismos terminales y tiene la misma capacidad de transferencia de data. La seal es una onda cuadrada con frecuencia uniforme, sus niveles lgicos de 0 y 1 se representa por 0 y 12 voltios. Los mensajes contienen hasta 255 bytes. Su velocidad de transferencia es de 10.4 kb/s. Se utiliza en vehculos Europeos, Asiticos y algunos vehculos Chrysler.18

ISO 15765:Utiliza dos terminales del DLC de forma bidireccional. Son unos BUS Lines diferenciales donde uno es copia invertida del otro, para minimizar la interferencia electromagntica de fuentes externas. Mediante Pulse Width Modulation (PWM), enva una serie de pulsos diferenciales modulando el largo de onda, y manteniendo una amplitud uniforme de +5 y -5 voltios. Su velocidad de transferencia es de 1 Mb/s. Se utiliza en vehculos manufacturados del 2008 en adelante.19

Cdigos de diagnostico (DTC):Cuando algn sensor se sale de los parmetros pre-establecidos en el programa o no responde de una forma esperada, lo que el conductor logra ver es simplemente que se enciende el indicador de Service Engine Soon, para efectos de SAE se llama Malfunction Indicator Light (MIL) y se puede representar por cualquiera de estos smbolos:

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Cdigos de diagnostico (DTC):Secuencia de eventosSe almacena el/los cdigos en la memoria del ECM y se enciende el MIL. Se almacena todos los parmetros registrados por los sensores al momento del fallo, a esto se le conoce como Freeze Frame Data.

Dependiendo de la severidad del problema se puede generar uno de dos tipos de Diagnostic Trouble Code (DTC).21

Tambin se le conoce como latenete (static code).Relacionados al control de emisiones. Ocurre cuando el problema es detectado por un ciclo completo. Almacena cdigos Tipo A y enciende el MIL. Almacena las variables de Freeze Frame Data.

DTC Tipo A:

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Tambin se le conoce como espordico (sporadic code).Relacionados al control de emisiones. Ocurre cuando el problema es detectado por menos de un ciclo completo. Almacena un cdigo temporero y luego lo borra de no volver a ocurrir en el mismo ciclo.

DTC Tipo B:

De ocurrir dos veces en el mismo ciclo, almacena un cdigo Tipo B y enciende el MIL.Almacena las variables de Freeze Frame Data.23

Herramientas de diagnostico:Con este lector portable, el tcnico podr leer y borrar el cdigo solamente.

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Herramientas de diagnostico:Con este lector semi-portable, el tcnico podr leer y borrar el cdigo, tendr la descripcin de cdigo en pantalla. Adems tiene acceso al Freeze Frame Data y podr ver todos los paramentaros que monitorea el ECM.

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Herramientas de diagnostico:Con este lector profesional, el tcnico podr leer y borrar el cdigo, tendr la descripcin de cdigo en pantalla. Adems tiene acceso al Freeze Frame Data y podr ver todos los paramentaros que monitorea el ECM. Tambin podr hacer un Output Test Mode para probar que los actuadores estn operando adecuadamente.

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Formas alternas de acceder data:Como el sistema OBD II es binario, tambin se puede acceder utilizando un adaptador entre el DLC y el puerto USB o Serial de una computadora portable.

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Formas alternas de acceder data:Tambin existen adaptadores de DLC que transmiten a travs de Blue Tooth para los PDA y telfonos como el I-Phone u otros.

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Formas alternas de acceder data:Existen otros equipos que acceder la data a travs del DLC para mostrar informacin adicional a la que pueda mostrar el tablero anlogo del auto.Millas por Galn Galones por minuto Caballaje producido Voltaje de Carga Distancia restante por tanque Velocidad Promedio Temperatura del Motor Temperatura del Aire Revoluciones por Minuto Tiempo de Ignicin Posicin del acelerador Porciento de fuerza en el motor Indicador de Open/Closed Loop Presin del manifold29

Sistema