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¿QUE SON LAS ECUs? La Unidad de Control de Encendido Electrónico (ECU en inglés) es la computadora más poderosa y con más capacidad en los autos modernos , ya que contiene el procesador de mayor carga de trabajo. Se ha preguntado alguna vez si solamente la ECU contiene microprocesadores, pues existen también otros dispositivos que integran microprocesadores, estos son algunos: La unidad de Control de Motor El módulo de control de viaje, El módulo de control de clima y El módulo de control de frenos.
¿COMO TRABAJA LA ECU? La ECU trabaja con un esquema que monitorea las salidas provenientes de un sistema o módulo para controlar las entradas hacia otro sistema, mediante un bucle de control. Por ejemplo, obtiene datos de varios sensores de niveles de temperatura y de oxígeno, después realiza millones de cálculos utilizando diversas ecuaciones cada segundo para compararlos con diversos valores definidos en tablas, con base en ello define la cantidad de combustible usada y cuánto tiempo un inyector de gasolina debe permanecer abierto en determinadas situaciones. El ECU emplea un control de bucle cerrado (closed-loop control), que es un sistema de control que monitorea las salidas del sistema para controlar las entradas (inputs) al sistema, manejando las emisiones y la economía del encendido, también otros parámetros. Abarcando parámetros. Abarcando datos de docenas de sensores diferentes, el ECU sabe cualquier cosa desde la temperatura del aire enfriado hasta la concentración de oxígeno en los gases de escape.
¿QUE CONTIENE LA ECU? Una ECU de un automóvil moderno tiene un microprocesador de 32 bits a 40 Mhz, esto puede resultar gracioso si se compara con las capacidades que tienen los procesadores de una computadora personal de hasta 2,000 Mhz. Pero lo que lo hace muy eficiente es el código que está corriendo para hacer sus cálculos, que es diferente al de una PC; este código en promedio, usa un poco menos de un MB de memoria, en comparación con los 256 o 512 MB de una PC (Computadora Personal). Para su buen funcionamiento, una ECU viene provista de cientos de componentes en una tarjeta de microcircuitos. Algunos de éstos son: convertidores analógico-digitales, para convertir, por ejemplo, las salidas de un sensor de oxígeno, que son analógicas, al lenguaje de unos y ceros para hacerlas entendibles al microprocesador; convertidores digitales-analógicos, para poder controlar por medio de voltajes algunos componentes del vehículo; y chips de comunicaciones.
¿DONDE ESTAN UBICADOS LAS ECU's EN EL AUTOMOVIL? Seguramente, alguna vez hemos escuchado acerca de las computadoras en los autos, pero no sabemos exactamente dónde están o cuáles son sus funciones. Así pues, en los automóviles modernos podemos encontrar más de 50 microprocesadores que son necesarios para reducir emisiones contaminantes, diagnósticos avanzados, reducción del cableado en el motor, así como tener mayor comodidad y seguridad.
STANDARES USADOS POR LA ECU Los Chips de comunicaciones se implementan con varios estándares de comunicaciones como VAN, ABUS y el SAE J1850, desarrollados por diversos f abricantes. Sin embargo, uno de los de mayor uso en comunicaciones en automóviles es el denominado Red de Área de Controladores o CAN (Controller Area Networking por sus siglas en inglés). Este estándar permite velocidades de comunicación de hasta 500 kbps -- lo que es mucho más rápido que los estándares viejos-- y utiliza conexiones con un par de hilos de cable, ésta velocidad es necesaria porque algunos módulos de comunicación de datos mueven cientos de veces señales en un segundo. La interfaz de tipo serie (bus) de una red CAN comunica principalmente cuatro sistemas en un automóvil, la ECU, el módulo de la transmisión, el módulo de frenos y el módulo de prevención de accidentes. Inicialmente se empleaban buses seriales usando el Transmisor-Receptor Universal Asíncrono (UART), que fue literalmente impuesto por los tres gigantes de Estados Unidos (Ford®, GM® y Chrysler®), mientras que los fabricantes europeos utilizaban otros estándares. Las dificultades encontradas al usar diferentes protocolos no se hicieron esperar originando con esto una apertura a protocolos más estandarizados de arquitectura abierta. Un bus serial de comunicaciones es necesario, debido a que sin él, la comunicación entre los módulos tendría que ser dedicada y con cables punto a punto que al final resultaría en un complejo y voluminoso cableado que aumentaría los costos de instalación. De esta forma, utilizando un bus serial de datos, que usa el multiplexaje por división de tiempo y combina las señales en un solo par de cables, se reduce la cantidad de cableado y la información es enviada de forma individual a cada módulo de control. Finalmente, esto generaría un sinnúmero de aplicaciones futuras para los automóviles que podrían incluir el acceso vía Internet inalámbrico a varios dispositivos del automóvil, como son controles de clima, audio, controles de temperatura, localización de partes del motor on-line en caso de falla, sistemas de localización GPS y más, todo para un mejor confort y seguridad de los usuarios.
¿COMO HACEN LOS TECNICOS PARA RECONOCER FALLAS? Con el beneficio del bus de comunicaciones, cada módulo puede comunicar fallas al módulo central el que almacena las fallas y puede comunicarse luego a una herramienta electrónica para el diagnóstico. Esto hace sencillo para los técnicos el diagnóstico de problemas en el automóvil, especialmente problemas intermitentes que suelen desaparecer cuando usted lleva el vehículo al taller de reparaciones y habitualmente no se pueden encontrar para su reparación. Los diferentes fabricantes de autos tienen listas de información sobre falla almacenadas en la ECU, algunas veces los códigos pueden ser accedidos sin una herramienta de diagnóstico. En algunos automóviles, al jumpear dos de los pines en el conector de diagnóstico y luego dándole
contacto al arranque, la luz de comprobación del encendido puede flashear cierto patrón para indicar el número de falla almacenada en la ECU.
FUNCIONAMIENTO DE LA ECU Una salida de señal digital es semejante a un relay que en un momento tiene que entregar 12 Voltios y 0,5 amperes para el ventilador cuando está encendido y cero voltios cuando está apagado. Un pequeño cantidad de potencia que el procesador electrónico puede entregar le da energía al transistor en la salida digital permitiendo que este suministre una cantidad mayor de energía eléctrica para el relay del ventilador y este provee una potencia mucho mayor al motor del ventilador de enfriamiento. Los conversores digitales-analógicos hacen el trabajo de pasar una señal digital de un dispositivo electrónico a un voltaje analógico para hacer funcionar un equipo. Algunas veces la ECU tiene que proveer una salida analógica de voltaje para manejar un componente del motor y como es un dispositivo digital requiere de un componente para convertir la señal digital en una señal analógica. A veces las señales de entrada o de salida necesitan ser ajustadas antes de ser leídas. En unos casos el conversor analógico-digital que lee el voltaje del sensor de oxígeno puede ser calibrado para leer entre 0 y 5 Voltios mientras el sensor de oxígeno entrega una salida entre 0 y 1,1 Voltios. Un condicionador de señal es un circuito para ajustar el nivel de la señal que sale, si aplicamos un condicionador de señal que multiplica el voltaje proveniente del sensor de oxígeno por cuatro, conseguiremos una señal entre 0 y 4,4 Voltios, lo que podría permitir al conversor analógico digital leer el voltaje con mayor precisión.
RELACION DE LOS MICROPROCESADORES Y LOS ESTANDARES DE COMUNICACION Sin duda, los microprocesadores y los estándares de comunicación han hecho a los autos más fáciles de ser construidos. Tener los estándares de comunicaciones ha convertido la fabricación de autos en algo más fácil. Un buen ejemplo de la simplificación es el cluster de instrumentos del auto. Este vincula y muestra datos de varias partes del vehículo, la mayor proporción de estos datos se usa en otros módulos del vehículo. En un momento el ECU se entera de la temperatura de enfriamiento y de la velocidad del motor. El controlador de la transmisión sabe de la velocidad del vehículo. El controlador para el sistema de antibloqueo (ABS) de los frenos sabe si hay algún problema con el ABS. Todos los módulos simplemente envían los datos sobre el bus de comunicaciones, varias veces por segundo el ECU enviará un paquete de información consistente de un grupo de datos encabezados. Eso es un número que identifica al paquete tanto de una lectura de velocidad como de una lectura de temperatura y el dato es un número que se corresponde a velocidad o a temperatura.
PANEL DE INSTRUMENTOS El panel de instrumentos contiene otro módulo que sabe cómo interpretar ciertos paquetes, siempre que encuentra alguno, actualiza el instrumento apropiado o el indicador con el nuevo valor. La mayoría de los fabricantes de automóviles compran el cluster de instrumentos completamente ensamblado de un proveedor, el que lo diseña según las especificaciones del fabricante. Esto hace más sencillo el trabajo de diseño del panel de instrumentos, tanto para el fabricante de vehículos como para el proveedor. El fabricante puede informarle al proveedor como debe ser manejado cada instrumento, le provee de paquetes de datos, lo que es su responsabilidad para ingresar los datos correctos en el bus de comunicaciones. Se hace más sencillo para el proveedor el diseño del panel de instrumentos porque no requiere de conocer detalles de cómo la velocidad de la señal es generada o de donde proviene. El panel de instrumentos sencillamente monitorea el bus de comunicaciones y actualiza los instrumentos de medición cuando recibe nuevos datos. Estos tipos de estándares de comunicaciones torna poco complicado para el fabricante delegar a terceros el diseño y la manufactura de componentes. El fabricante no tiene que preocuparse sobre detalles o de como cada medidor o luz es manejada y el proveedor tampoco tiene motivo de preocupaciones sobre de donde viene la señal.
