Sistema de emulación fuera del vehículo de ECUs de control del motor para su diagnóstico posterior

Autor(es):

José Ramón Gómez laconcha - Tknika
David Garrido Diez - Mondragon Unibertsitatea

Contexto

En los últimos años la electrónica se ha ido introduciendo de manera progresiva en los vehículos. En la actualidad sería imposible imaginar un vehículo que no cuente con numerosas unidades de control electrónico (ECU) para controlar todo tipo de sistemas del vehículo como los sistemas de inyección y/o encendido del motor de combustión, frenos ABS, etc.

Una de las ECU más importantes es la de inyección y/o encendido del motor ya que en la mayoría de los casos su avería implica la inmovilización del vehículo.

El desarrollo de la electrónica del vehículo no ha ido acompañado de la adecuada capacitación en cuestión de electrónica entre los profesionales de los talleres o concesionarios de vehículos, y esto genera cierto respeto a la hora de abordar estos sistemas. Por lo tanto, la misión de este proyecto era brindar a los profesionales de la reparación de vehículos una perspectiva más amplia del mundo de la electrónica automotriz.

Requerimientos técnicos

El emulador debe permitir las mismas entradas que cuando está realmente dentro del vehículo. Dichas entradas deben estar protegidas adecuadamente contra posibles cortocircuitos provocados involuntariamente al realizar las conexiones necesarias.

Luego, el emulador debe enviar a la ECU señales simulando las que recibiría de los diferentes sensores de un motor de combustión cuando circula por el interior de un vehículo. Aquí nos referimos a señales como revoluciones del motor por minuto, posición del árbol de levas, temperatura del motor, extracción del motor, presión del colector de admisión, etc. Algunas de estas señales se consideran primarias y deben enviarse para que la ECU comience a funcionar, mientras que otras son secundarias y ayudan a variar las condiciones de funcionamiento del motor. Otra condición necesaria es que el técnico de reparación del vehículo debe poder variar fácilmente estas señales para simular diferentes condiciones de funcionamiento del motor y poder observar cómo responde la ECU a ellas.

También es importante que el emulador permita la rápida conexión de algunos de los elementos de actuación que normalmente se encuentran en un motor de combustión, como inyectores, bobinas de encendido, etc. con el fin de verificar el correcto funcionamiento de la ECU mediante la observación en un osciloscopio contenido dentro del propio emulador, la forma de las señales eléctricas enviadas por la ECU al primero, señales que a su vez son guardadas en un disco para su posterior procesamiento y análisis.

Finalmente, el emulador debe estar diseñado para una conexión rápida y sencilla a una máquina de diagnóstico del vehículo para poder comunicarse con la ECU y establecer si responde o no a los estímulos que le envía el emulador.

Hardware

Aunque el primer prototipo se ha elaborado con un dispositivo NI cRIO-9076 junto con los módulos NI 9221, NI 9264 y NI 9225, la versión final del emulador/simulador de la ECU se ha elaborado con un dispositivo NI sbRIO-9636 al que se le ha conectado una tarjeta adaptadora de señal de nuestro propio diseño. Esta tarjeta, además de aislar las señales provenientes del vehículo, adapta su tensión para permitir su correcta interpretación por parte del NI cRIO-9076. Esto también nos permitió reducir costos al considerar la producción en masa del emulador de la ECU.

Software

Hemos utilizado LabVIEW tanto para programar el emulador como para programar el ejecutable distribuible para que el personal del taller pueda utilizarlo.

Ser capaz de programar a nivel del FPGA, permite la adquisición de frecuencias muy altas sin pérdida de datos. Además, al utilizar las herramientas de LabVIEW para la gestión en tiempo real de grandes volúmenes de datos (principalmente RT FIFOs y networkingsteams), hemos logrado crear una interfaz en la que el usuario final puede observar los detalles de los sensores y actuadores que operan a alta frecuencia.

Descripción de cómo funciona el emulador de la ECU

En primer lugar, la ECU debe estar conectada al emulador de manera correcta. A continuación, se debe seleccionar el tipo de ECU a diagnosticar utilizando el menú correspondiente en la PC que trabaja con el emulador. Este paso es importante ya que cada ECU requiere un conjunto particular de señales para comenzar a operar. El emulador está preparado para funcionar con las ECUs más comunes en la actualidad y es relativamente sencillo agregar nuevos modelos.

Finalmente, iniciaremos el proceso de simulación. El emulador enviará las señales correspondientes a la ECU y comenzará a funcionar. Esto se puede ver y escuchar. El osciloscopio que aparece en la pantalla de la PC indicará si la forma de estas señales es correcta. El operador adaptará los parámetros para obtener las señales de simulación deseadas, como velocidad de giro del motor, temperatura del motor, etc. Después verificarán si las señales de salida de la ECU acompañan estos cambios en las señales enviadas. También podrán conectar una máquina de diagnóstico a la ECU a través de la consola de la ECU y, utilizando su menú de parámetros, observar que la ECU comprende y reacciona a los cambios realizados por el operador a las señales que le envía.

La prueba queda registrada en su totalidad en un archivo que se puede consultar una vez finalizada la prueba.

Información del autor:

José Ramón Gómez laconcha
Tknika
Zamalbide auzoa s/n
Errenteria 20100
España
Tel: +34 688654947
jrgomez@tknika.net