“Aunque el primer prototipo se realizó utilizando un dispositivo NI cRIO-9076 junto con los módulos NI 9221, NI 9264 y NI 9225, la versión final del emulador/simulador de ECUS se ha realizado utilizando un dispositivo NI sbRIO-9636 que nos ha permitido abaratar los costes a la hora de afrontar la producción en serie del emulador de ECUs.”
El Reto
Cuando la ECU que controla los sistemas de inyección y/o encendido de un motor de combustión de un vehículo deja de funcionar. Lea correctamente, existe un gran desconocimiento por parte de mecánicos y electrónicos sobre como abordar este problema.
Queremos proporcionarles una herramienta que les permita diagnosticar dichas ECUs en un entorno simulado fuera del vehículo.
La Solución
Utilizando un dispositivo NI sbRIO-9636 programado en LabVIEW junto con una tarjeta adaptadora de señales de diseño propio se ha construido un emulador de un vehículo. Este emulador es capaz de enviar las señales más importantes que una ECU de inyección y/o encendido necesita para funcionar fuera del vehículo y comprobar su correcto funcionamiento en diferentes situaciones.
Contexto
En los últimos años la electrónica ha ido introduciéndose progresivamente en los vehículos. Hoy en día es imposible imaginarse un vehículo que no cuente con numerosas centralitas electrónicas (ECUs) dedicadas al control de todo tipo de sistemas del vehículo tales como el control de los sistemas de inyección y/o encendido del motor de combustión, los frenos ABS, etc.
Una de las ECUs más importantes es la ECU de inyección y/o encendido del motor ya que cuando ésta falla el vehículo queda inmovilizado en la mayoría de los casos.
El desarrollo en la electrónica del vehículo no ha ido acompañado con una formación adecuada sobre conocimientos en electrónica de los profesionales de los talleres y concesionarios de reparación de automóviles, lo cual genera cierto miedo a enfrentarse a estos sistemas. Por lo tanto la misión de este proyecto era aportar medios para acercar a los profesionales de la reparación de vehículos al mundo de la electrónica del automóvil.
Requisitos técnicos
El emulador debe permitir alimentar a la ECU de la misma manera que cuando se encuentra integrada dentro del vehículo. Estas alimentaciones tienen que estar convenientemente protegidas ante posibles cortocircuitos que puedan producirse involuntariamente al realizar las conexiones necesarias.
A continuación el emulador debe enviar a la ECU las señales simuladas que los diferentes sensores que incorpora un motor de combustión le envían a la misma cuando está en funcionamiento dentro de un vehículo. Estamos hablando de señales tales como revoluciones por minuto a las que está girando el motor, señal de posición del árbol de levas, temperatura del motor, cantidad de aire aspirado, presión del colector de admisión, etc. Algunas de estas señales se consideran señales principales y es imprescindible enviarlas si se quiere poner en funcionamiento la ECU, mientras que otras son señales secundarias y ayudan a variar las condiciones de funcionamiento del motor. Otra de las condiciones necesarias es que el técnico reparador pueda variar de forma sencilla estas señales para poder simular diferentes situaciones de funcionamiento del motor y comprobar la respuesta de la ECU a las mismas.
También es importante que el emulador permita la conexión rápida al mismo de ciertos elementos actuadores que normalmente incorpora un motor de combustión tales como inyectores, bobinas de encendido, etc. con el objeto de comprobar el correcto funcionamiento de la ECU a través de la observación en un osciloscopio que incorpora el propio emulador de la forma de la señales eléctricas que la ECU manda a los mismos, señales que a su vez son guardadas en el disco para su posterior procesado y análisis.
Finalmente el emulador debe de permitir que se conecte de forma rápida y sencilla una máquina de diagnosis de vehículos para entrar en comunicación con la ECU y ver si responde a los estímulos que se le envían desde el emulador.
Hardware
Aunque el primer prototipo se realizó utilizando un dispositivo NI cRIO-9076 junto con los módulos NI 9221, NI 9264 y NI 9225, la versión final del emulador/simulador de ECUS se ha realizado utilizando un dispositivo NI sbRIO-9636 al que se le ha acoplado una tarjeta adaptadora de señales de diseño propio, la cual además de aislar la señales procedentes del vehículo, adapta los niveles de tensión de las mismas para que puedan ser correctamente interpretadas por el NI cRIO-9076. Esto también nos ha permitido abaratar los costes a la hora de afrontar la producción en serie del emulador de ECUs.
Software
Se ha utilizado LabVIEW tanto para la programación del emulador como para la programación del ejecutable distribuible que podrá ser utilizado por personal de taller.
La posibilidad de programar a nivel de FPGA ha permitido la adquisición a frecuencias muy elevadas sin pérdida de datos. Además, utilizando las herramientas de las que dispone LabVIEW para la gestión de grandes volúmenes de datos en tiempo real (RT FIFOs y networkstreams principalmente) se ha conseguido crear una interfaz en la que el usuario final observe al detalle el funcionamiento de sensores y actuadores que operan a alta frecuencia.
Descripción del funcionamiento del emulador de ECUs
Primeramente hay que conectar adecuadamente la ECU al emulador. Seguidamente desde el ordenador que trabaja conjuntamente con el emulador de ECUs seleccionamos a través del menú correspondiente el tipo de ECU que vamos a diagnosticar. Este paso es importante ya que cada ECU necesita un tipo de señales particulares para ponerse en funcionamiento. El emulador está preparado para trabajar con las ECUs más utilizadas actualmente e incluso se pueden incorporar nuevos modelos de manera relativamente sencilla.
Finalmente damos comienzo al proceso de simulación. El emulador enviará las señales correspondientes a la ECU y ésta se pondrá en marcha, lo cual podremos observar de forma física y auditiva. Asimismo podremos observar en el osciloscopio que aparece en la pantalla del ordenador si la forma de estas señales es la correcta.
El operario irá variando los parámetros de las señales de la simulación tales como velocidad de giro del motor, temperatura del motor, etc. a su voluntad e irá comprobando si las señales de salida de la ECU acompañan a estos cambios en las señales enviadas. Asimismo podrá conectar una máquina de diagnosis a la ECU a través de la propia consola del emulador y por medio de su menú de parámetros ir observando que la ECU entiende y reacciona a reacciona a los cambios que el operario realiza sobre las señales que se le envían.
Toda la prueba es grabada en forma de fichero que puede consultarse una vez finalizado el ensayo.
