Arquitectura Electrónica Vehicular
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TECNOLOGÍA BÁSICA VEHICULAR
Electrónica del Vehículo 98
INTRODUCCION Se da un desarrollo continuo de los productos en una rama tan competitiva como la
industria vehicular. Los fabricantes de camiones continuamente están tratando de
mejorar la eficiencia del vehículo y reducir su consumo de combustible. Al mismo
tiempo, cuestiones ambientales se han vuelto mucho más importantes en nuestra
sociedad y los requerimientos de motores que minimicen ruido y las emisiones de gases se hacen cada vez más fuertes.
Estos requerimientos han forzado a los fabricantes a buscar nuevas soluciones de
diseño para el control y la regulación de los sistemas del camión y sus componentes.
Previamente, la mayoría de las cosas eran controladas mecánicamente, pero la
mecánica tiene sus limitaciones cuando se trata de exactitud. Con los requerimientos
de hoy de bajo consumo de combustible y bajas emisiones, la mecánica no es
suficientemente buena y la cantidad de electrónica en los camiones se ha ido
incrementando.
Aparte del control y la regulación, la electrónica tiene otras grandes ventajas
comparada con la mecánica. La electrónica tiene memoria y ésta puede ser
programada.
Los primeros sistemas de control electrónicos fueron usados para controlar
componentes simples. Un ejemplo de esto es la inyección de combustible electrónica en los motores diesel.
El siguiente paso fue controlar el sistema completo. EDC, Control Electrónico Diesel es un buen ejemplo. Este era un sistema más grande con funciones como control de
crucero, control de r.p.m. constantes, etc.
La Electrónica del Vehículo 98 es el último paso en el proceso de desarrollo. Cada
componente principal en el camión aún tiene su propia unidad de control que controla
su propio sistema. Lo nuevo en la Electrónica del Vehículo 98 es que las unidades de control se comunican unas con otras en una forma integrada, por ejemplo usando
los sensores de otras.
CONTROL COMPUTARIZADO Y SISTEMAS DE SUPERVISION
La Electrónica del Vehículo 98 es un control computarizado y un sistema de supervisión
que regula las funciones del camión. El sistema coordina funciones entre los
componentes principales del camión, los cuales están equipados cada uno con una
unidad de control electrónica similar a una micro-computadora.
Las unidades de control están todas enlazadas juntas en una red de computadoras que
incluyen dos enlaces de datos, los cuales son cables entre las unidades de control.
Este diseño minimiza la red de cableado y al mismo tiempo le da al sistema flexibilidad,
así que es fácil extender el sistema con más unidades de control.
Las unidades de control se designan por medio del MID (Descripción de Identificación
de Mensajes) y se numeran de acuerdo a un standard. Cada unidad de control recibe
un número de señales de varios sensores. Por ejemplo, la unidad de control del motor
recibe datos sobre las r.p.m. del motor de un sensor. La señal es puesta en el enlace
de datos de donde está disponible para las unidades de control que necesitan la
información. La unidad de control del vehículo necesita saber la velocidad del motor,
por ejemplo, cuando el conductor solicita un incremento en la velocidad del vehículo vía
el pedal del acelerador.
La Electrónica del Vehículo 98 no depende del modelo de camión y el tamaño del
motor. El sistema brinda las siguientes ventajas:
• Optimización del tren motriz El tren motriz del camión puede ser optimizado usando la Electrónica del Vehículo 98.
El motor y la caja de cambios pueden trabajar juntos con mayor exactitud, lo cual
incrementa la eficiencia del camión.
• Adaptación Las unidades de control pueden ser programadas, lo cual significa mayores
posibilidades de adaptar el camión a los requerimientos del cliente. Cada camión puede
ser único.
• Posibilidad de diagnóstico El sistema electrónico provee datos exactos sobre la condición/estado de los sistemas
del vehículo y sus componentes. Como la electrónica tiene una memoria, los datos de
operación pueden ser grabados y usados después para solución de problemas y
trabajo de diagnóstico. La solución de problemas y mucho más rápida y sencilla, y los
resultados son más confiables.
ENLACES DE DATOS
La comunicación digital es usada entre las unidades de control del camión vía dos enlaces de datos estandarizados: un enlace de control y un enlace de información.
Cada enlace consta de dos cables que están entrelazados juntos para proteger el
enlace contra interferencias eléctricas.
Las señales de control del sistema son enviadas por el enlace de control SAE
J1939. La comunicación en este enlace es muy rápida, lo cual es necesario porque el
sistema debe ser flexible y adaptarse rápidamente a las condiciones cambiantes. Sólo
las unidades de control a las que les conciernen las funciones de otras unidades de
control están conectadas al enlace de control.
El enlace de información SAE J1708 es usado para enviar información y señales de diagnóstico y es constantemente actualizado y disponible para su lectura. El enlace de
información es también usado para la programación y para enviar comandos para las
pruebas y calibraciones. Este enlace también funciona como "backup" para el enlace
de control. Todas las unidades de control están conectadas al enlace de información.
Comunicación Digital Se dice que el alfabeto Morse fue el pionero de las comunicaciones de datos actuales.
Usando señales cortas y largas, era posible construir combinaciones de números y
letras.
Técnicas digitales son utilizadas en las comunicaciones de datos y se usan dos niveles
de señal distintos, ya sea alto o bajo voltaje. Combinando estas señales altas y bajas
en serie, se pueden describir distintos valores. Una colección de pulsos forma un
mensaje. En comunicaciones digitales, se usa el sistema numérico binario, el cual se
compone de solo dos números, cero y uno. El voltaje alto es normalmente
representado por el uno y el voltaje bajo por el cero. Cada número binario individual es
llamado un bit. Y cada grupo de ocho bits forma un byte. La figura muestra información
en un mensaje que contiene cuatro distintas partes. Para chequear cuando un bloque
empieza y cuando termina, se usan bits de inicio y de fin entre los bloques. Estos no
contienen información y por lo tanto están sombreados. El bit de inicio se identifica por
un "0" y el de fin por "1".
(En este ejemplo, los unos denotan bajo voltaje y los ceros alto voltaje).
UNIDADES DE CONTROL
La Electrónica del Vehículo 98 siempre incluye las siguientes unidades: unidad de control de instrumentos, unidad de control del vehículo, unidad de control del motor, pantalla y conector de diagnóstico. Las otras unidades de control incluidas
dependen del mercado, tipo de vehículo y equipamiento del vehículo. Cada unidad de
control se identifica con un número MID.
Unidad de Control Designación No. MID Pantalla de instrumentos Display MID 171
Grupo de instrumentos Cluster MID 140/MID 234
(Unidad de control adicional, vehículos sin tacógrafo)
Unidad de control vehicular VECU MID 144
Motor EECU MID 128
Caja de cambios TECU MID 130
Cambios GECU MID 223
Frenos ABS ABS MID 136
Suspensión aire camión ECS MID 150
Suspensión aire trailer 1 ECS #1 MID 151
Suspensión aire trailer 2 ECS #2 MID 152
Suspensión aire trailer 3 ECS #3 MID 153
Airbag SRS SRS MID 232
Inmovilizador ICU MID 163
Retardador RECU MID 222
Herramienta de diagnóstico MID 172
Indicador de carga MID 250
Se debe notar que las unidades de control para la
caja y los cambios son usadas sólo para Geartronic y
Powertronic (1998).
ABREVIATURAS ABS (Sistema de frenos Anti-bloqueo)
ECS (Suspensión Controlada Electrónicamente)
EECU (Unidad de Control Electrónica del Motor)
GECU (Unidad de Control Electrónica de Cambios)
ICU (Unidad de Control del Inmovilizador)
MID (Descripción de Identificación de Mensajes)
RECU (Unidad de Control Electrónica del Retardador)
SRS (Sistema de Restricción Suplementario)
TECU (Unidad de Control Electrónica de Transmisión)
VECU(Unidad de Control Electrónica del Vehículo)
Comunicación Serial La información digital es empaquetada en las unidades de control y los paquetes de
mensajes son puestos en el sistema enlace de datos uno tras otro en secuencia
(comunicación serial).
Cuando una unidad de control pone un mensaje en uno de los enlaces de datos, el
mensaje está disponible para todas las unidades de control conectadas a ese enlace
de datos.
Los paquetes de datos son divididos en bloques de acuerdo al standard. Un paquete de datos en el enlace de información usualmente contiene la siguiente información:
el paquete de datos tiene un remitente (MID), una "declaración de contenido"
(PID/SID), el contenido (DATA) y un chequeo para errores (CKSM).
Mensajes El número MID denota cual unidad de control envió el mensaje. Cada MID tiene a su
turno un número de componentes y sub-componentes conectados a él. Estos se
designan como PID y SID.
El número PID describe de que componente/medida se originó el mensaje.
DATA denota el valor medido.
CKSM el Checksum es usado para chequear si el mensaje es razonable.
Ejemplo de Mensaje El mensaje 144-091-000-021, en el siguiente ejemplo, significa:
MID 144 - denota que el mensaje se originó de la unidad de control del vehículo. PID 091 - significa la posición del pedal de acelerador en porcentaje.
DATA 000 - el pedal del acelerador está en la posición más alta. (Este valor puede variar entre 000, cuando el pedal está en la posición más alta, y 255,
cuando el pedal está totalmente presionado).
CKSM 021 - checksum para el mensaje, (256 - (144 + 91 + 0) = 21)
Abreviaturas MID (Descripción de Identificación de Mensaje)
PID (Descripción de Identificación de Parámetro)
SID (Descripción de Identificación de Sub-sistema)
UNIDAD DE CONTROL DEL VEHICULO
La unidad de control del vehículo puede ser vista como el coordinador en el nuevo
sistema electrónico. Su función primaria es recolectar datos de los distintos controles
en la cabina y enviarlos a las diferentes unidades de control del sistema.
La unidad de control del vehículo controla las siguientes funciones:
Pedal del acelerador, estrangulador Las señales del acelerador van primero a la unidad de control del vehículo y son luego
transmitidas por el enlace de control a la unidad de control del motor. En caso de falla
del enlace de control, las señales son enviadas a la unidad de control del motor vía el
enlace de información. La unidad de control del motor tiene una función de control de
emergencia que permite conducir el vehículo a velocidad reducida en caso que ambos
enlaces fallaran. El estrangulador es entonces controlado por el interruptor de
aceleración de ralentí.
Velocidad del vehículo La señal para la velocidad del vehículo se genera de un sensor en la caja de cambios.
La transmisión y el procesamiento de las señales de velocidad varía dependiendo si el
vehículo está equipado con tacógrafo o velocímetro.
Tacógrafo La señal es transmitida por un cable sellado separado al tacógrafo. El tacógrafo a su
vez envía una señal de frecuencia a la unidad de control del vehículo, desde donde se
pone la señal en ambos enlaces de datos.
Velocímetro La señal es enviada del sensor de la caja de cambios a la unidad de control del
vehículo, que a su vez la pone en ambos enlaces de datos. El velocímetro toma la
señal del enlace de información.
Control de crucero El control de crucero es activado por un interruptor en la palanca al lado izquierdo del
volante. La unidad de control del vehículo sensa las señales de la palanca y las envía a
la unidad de control del motor.
Retardador La unidad de control del vehículo sensa la posición del interruptor del Retardador y
coordina la función con la del control de crucero.
Toma de fuerza (PTO)
La unidad de control del vehículo regula las R.P.M. del motor pero puede controlar
también otras funciones de la toma de fuerza.
Función de llave de encendido La unidad de control del vehículo sensa la posición de la llave de encendido y envía los
datos a las unidades de control concernientes.
Apagado del motor El apagado programado del motor es controlado en ciertos casos por la unidad de
control del vehículo.
R.P.M. del motor Las limitaciones de la velocidad del motor y la velocidad al ralentí pueden ser
controladas por la unidad de control del vehículo.
Freno de motor La unidad de control del vehículo sensa la posición del interruptor de freno de escape, y
del freno de compresión, si está equipado. La unidad de control del vehículo puede
desactivar el freno de gases de escape cuando la unidad de control de ABS se lo
solicita.
Limpiaparabrisas La función de intervalo de los limpiaparabrisas y la función de los limpiadores durante el
lavado del parabrisas son controladas por la unidad de control del vehículo.
Inhibidor de range A una velocidad predeterminada, la unidad de control del vehículo activa el inhibidor de
range para prevenir el cambio de 3ra a 1ra.
Suspensión de aire En camiones equipados con suspensión de aire, la unidad de control del vehículo
sensa la presión del tanque primario y pone los datos en el enlace de información.
HARDWARE Cada unidad de control incluye:
• Controlador con microprocesador incluido
• Interface para transmisión J1708, alternativamente J1708 y J1939
• EEPROM como memoria de parámetros y códigos de error
• EPROM/Flash como memoria de programa
También hay unidades de entrada y salida para procesamiento de señal, como
conversores A/D y amplificadores. Las unidades de control pueden recibir señales de
entrada analógicas y digitales pero las señales de salida son sólo digitales.
INFORMACION PARA EL CONDUCTOR Los camiones equipados con Electrónica del Vehículo 98 tienen también un nuevo tipo
de instrumentación para el conductor. El panel de instrumentos incluye tres módulos
compuestos con instrumentos de indicación convencionales, luces de advertencia y
una pantalla. Información del vehículo y mensajes de error son mostrados en la
pantalla, o vía una PC conectada externamente.
Mensajes de Error Cuando ocurre un error en el sistema y es detectado por una de las unidades de
control, esta unidad envía un mensaje por ambos enlaces de datos. El mensaje en el
enlace de control avisa a las otras unidades que un error ha ocurrido. Por ejemplo, la
unidad de control de motor no puede ordenar la posición del estrangulador requerida.
Al mismo tiempo, un mensaje de error es enviado por el enlace de información al panel
de instrumentos.
CONECTOR DE DIAGNOSTICO Debajo del panel de instrumentos hay una toma de diagnóstico para conectar una PC.
La toma de diagnóstico es conectada al enlace de información, lo cual significa que
toda la información almacenada en el sistema es accesible. Todos los códigos de error
pueden ser leídos de todas las unidades de control.
PROGRAMACION Es posible programar las unidades de control del vehículo de una manera limitada. Esto
se hace conectando una herramienta de PC VCADS Pro con el programa VSP al
conector de diagnóstico. Para mayor información vea la sección sobre Programación con VCADS Pro.
UBICACION DE LAS UNIDADES DE CONTROL La figura muestra las ubicaciones normales de las unidades de control. Algunas
variaciones pueden ocurrir dependiendo de las variantes del vehículo, timón al lado
derecho o izquierdo, nivel de equipamiento, etc.
1. Unidad de control del motor, MID 128
2. Unidad de control de instrumentos, MID 171, MID 140/234
3. Unidad de control de frenos ABS, MID 136
4. Unidad de control de Airbag SRS, MID 232
5. Unidad de control de suspensión de aire, MID 150
6. Unidad de control del inmovilizador, MID 163
7. Unidad de control del vehículo, MID 144
8. Unidad de control de cambios, MID 223
9. Unidad de control de caja de cambios, MID 130
EJEMPLO DE CONTROL Un ejemplo de la nueva comunicación digital es lo que pasa que el conductor presiona el pedal del acelerador para aumentar la velocidad del motor. La señal del acelerador
al sistema de inyección de combustible es completamente digital.
El requerimiento del conductor de incrementar la velocidad sólo puede ser
implementado cuando ciertas condiciones se han cumplido. La idea del sistema de control electrónico es usar tecnología digital para conseguir la
mejor economía de combustible y la menor emisión de gases.
1. Cuando el conductor pone su pie en el acelerador, el requerimiento es enviado
a la unidad de control del vehículo y a la unidad de control del motor.
2. Los datos sobre la velocidad del vehículo son transmitidos todo el tiempo vía la
unidad de control del vehículo a la unidad de control del motor.
3. La unidad de control del motor recibe información continuamente de los
sensores de motor y sus alrededores, por ejemplo, temperatura del motor, R.P.M. del motor, presión del turbo, etc. Dentro de la unidad de control del motor están
almacenados datos en formas de curvas y diagramas para todas las condiciones
imaginables concernientes al control de cantidades de combustible a inyectar y tiempos
de inyección.
4. La unidad de control del motor ahora compara todos los datos entrantes con las
curvas almacenadas. Si las condiciones son correctas, léase temperatura adecuada del
motor, presión del turbo suficiente, campo para incrementar la velocidad y las R.P.M.,
la unidad de control enviará señales al sistema de inyección de combustible para
incrementar el flujo de combustible.
5. Ahora el sistema de inyección de combustible provee más combustible para
aumentar las R.P.M. del motor y la velocidad del vehículo aumentará.
Sistema de Información del Conductor
INSTRUMENTOS
La instrumentación del conductor, en camiones equipados con Electrónica del Vehículo
98, tiene tres módulos compuestos con instrumentos indicadores convencionales,
luces de advertencia, y una pantalla.
La apariencia de los módulos central y derecho puede variar, dependiendo de las
variantes del vehículo y el motor, equipamiento extra, requerimientos legales
especiales para distintos mercados, etc. El módulo izquierdo siempre está equipado de
la misma manera.
UNIDAD DE CONTROL DE INSTRUMENTOS
La unidad de control de instrumentos, MID 171, está integrada en el módulo izquierdo. La unidad de control de instrumentos está conectada al enlace de información y recibe mensajes de otras unidades de control del vehículo.
El módulo de control de instrumentos convierte las señales entrantes de otras unidades
de control y sensores. Controla los instrumentos en el módulo izquierdo y el medidor de
presión para el sistema de aire de la suspensión en el módulo derecho. También
convierte los mensajes en texto en la pantalla y controla ambas luces de advertencia
debajo de la pantalla. La unidad de control de instrumentos también contiene una
función de control para la palanca de control, luces de advertencia y una función de
diagnóstico de instrumentos.
Las señales de los sensores para el volumen de combustible, temperatura de aceite en
la caja de cambios, temperatura ambiente, y carga de batería son recibidas
directamente por la unidad de control de instrumentos.
En camiones equipados con tacógrafo, existe otra unidad de control de instrumentos,
MID 140 o MID 234, colocada en el módulo central.
MODULO IZQUIERDO
El módulo izquierdo contiene medidores para temperatura del refrigerante (1),
presión de aceite (2), y presión de carga de aire (3). Estos medidores obtienen sus
señales de la unidad de control de motor vía el enlace de información. Este módulo
está equipado con una pantalla (4) que muestra información de los sistemas de l
vehículo conectados al enlace de información.
El módulo también contiene una luz de advertencia para precalentamiento y otra para
carga de batería.
Debajo de la pantalla hay dos luces de advertencia. Una luz amarilla, INFO, y otra roja,
STOP.
Pantalla Información de todas las unidades de control es presentada en la pantalla. La
información puede ser dividida en dos grupos:
• Información pre-seleccionada donde el conductor puede seleccionar por
medio de varios menús que parte de la información de be ser mostrada. El conductor
puede seleccionar la información con la palanca de control.
• Información que se activa automáticamente y se muestra cuando algo anda
mal.
Mientras conduce, el chofer puede leer la temperatura de aceite del motor, voltaje del
sistema eléctrico, tiempo, recorrido y velocidad media. Como opción, se puede ver la
temperatura ambiente, consumo de combustible, consumo promedio y carga.
Símbolos La pantalla reemplaza a algunas de las luces de control y advertencia convencionales y
la información es presentada como texto o símbolos. La pantalla está dividida en tres
secciones reservadas para distintos tipos de información.
Luces indicadoras Cuando hay un mensaje de error, la luz de INFO se prende al mismo tiempo que se
muestra un mensaje en la pantalla. Más de un mensaje de error puede estar activo
simultáneamente y el conductor puede moverse por estos mensajes usando la
palanca de control.
Cuando existe un error que demande acción inmediata de parte del conductor, la luz de STOP y la luz de advertencia central en el módulo central se prenden. Un
mensaje de alarma se muestra en la pantalla y una señal acústica de advertencia
se activa si el motor está prendido.
Mensajes de Error Cuando existe un error en el sistema electrónico, la unidad de control que indica el
error envía un mensaje de error por el enlace de información. El mensaje de error
puede ser leído desde la pantalla como texto o como código de error.
Debe notarse que un código de error sólo provee cierta información sobre el error. La
causa del error no siempre queda clara del código de error.
El código de error muestra:
• La unidad de control de donde se origina el error. Cada unidad de control tiene
un número MID.
• El componente o sub-componente de donde se originó el mensaje (PID/SID)
• El tipo de error ocurrido (FMI)
• Si el error está activo o no, y el número de veces que se ha presentado.
Control La pantalla es controlada usando la palanca de control del lado derecho del volante.
Los menús pueden ser seleccionados de la siguiente manera:
1. Seleccione el menú de la pantalla. Use ▲ y ▼ para mover el cursor al menú
deseado. Una flecha en la esquina inferior indica si hay más menús disponibles que
aquellos visibles en la pantalla. En ese caso, las flechas pueden usarse para desplazar
la lista.
2. "Esc" es usado para regresar al menú previo y para finalizar una configuración u
operación.
3. ▲ mueve el cursor hacia arriba y es usado para colocar valores numéricos.
4. ▼ mueve el cursor hacia abajo y es usado para colocar valores numéricos.
5. "Enter" o "↵" confirma la elección del menú o caracter.
Selección de Menús La pantalla es usada para mostrar y controlar seis tipos distintos de información. El tipo
de información disponible depende de si el vehículo está siendo conducido o
estacionado. Ciertos tipos de información están protegidos por contraseña.
A. Conducción Información de interés cuando se conduce, como velocidad promedio o recorrido.
Datos para otros parámetros están disponibles como opcionales.
B. Configuración El idioma usado en la pantalla se puede seleccionar aquí.
C. Diagnóstico Códigos de error y pruebas de funciones.
D. Servicio Información acerca de intervalos de servicio, como cambios de aceite, reemplazo de
filtros de refrigerante y otros requerimientos de servicio. La información es provista
automáticamente por el sistema.
E. Diario de Viaje Estadísticas disponibles de cómo ha sido conducido el vehículo.
F. Contraseña Ciertas funciones pueden ser protegidas con contraseñas. Existen dos contraseñas
para la pantalla, una para el taller de servicio y otra para el dueño del vehículo.
Chequeo automático Cuando la llave de encendido es puesta en la posición de conducción, un chequeo
automático se hace en el sistema. Cuando termina el chequeo, el conductor es
informado si hay códigos de error almacenados en el sistema.
El instrumento también puede ser probado manualmente usando la función de prueba
integral de instrumentos.
MODULO CENTRAL
Existen dos tipos distintos de módulo central. Puede ser tacómetro más tacógrafo (A),
o tacómetro más velocímetro (B).
En la parte inferior hay una luz central de advertencia y un número de luces de control y advertencia.
En la alternativa A, el tacómetro recibe su señal del generador. El tacógrafo está
conectado directamente al sensor de la caja de cambios con una conexión sellada.
En la alternativa B, existe una unidad de control de instrumentos adicional, MID 140 /
MID 234, colocada en el módulo central. El tacómetro recibe su señal de la unidad de
control del motor vía el enlace de información y el MID 140 / MID 234. El velocímetro
recibe su señal de la unidad de control del vehículo.
MODULO DERECHO
También hay dos tipos distintos de módulo derecho, el tipo estándar (A) y un tipo
alternativo para vehículos equipados con suspensión de aire (B).
El módulo también contiene el medidor de combustible (1), y medidores de presión de aire para los circuitos de frenos delanteros (2) y posteriores (3).
Para vehículos con suspensión de aire, existe un medidor de presión adicional que
muestra la presión en el sistema de suspensión de aire (presión del tanque primario)
(4).
El módulo también tiene cierto número de luces de advertencia. Los medidores de
presión de frenos están conectados directamente a los sensores de presión para los
circuitos de frenos respectivos. El medidor de nivel de combustible está conectado a la
unidad de control de instrumentos, la cual recibe la señal directamente del sensor del
tanque de combustible. El medidor de presión para suspensión de aire / presión del
tanque primario recibe su señal de un sensor de presión del tanque primario vía la
unidad de control del vehículo, el enlace de información y la unidad de control de
instrumentos.
Ejemplo de Comunicación La figura muestra como un sensor de presión en el sistema de suspensión de aire se
comunica con el instrumento.
La unidad de control del vehículo (MID 144) lee el voltaje del sensor de presión del tanque primario (754). La unidad de control convierte el voltaje en un mensaje y lo
reenvía vía el enlace de información a la unidad de control de instrumentos (MID
171).
La unidad de control de instrumentos convierte el mensaje en una señal PWM
(Modulación por Ancho de Pulso) la cual controla el medidor análogo en el módulo
derecho.
La unidad de control de instrumentos también regula la pantalla y las luces de control y advertencia que advierten al conductor si la presión en el sistema de aire
comprimido es demasiado baja.
