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ECU: a eletrônica a seu dispor! PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Friday, 25 March 2016 14:54

Olá pessoal que acompanha o site dos Nobres do Grid,

 

No mês passado falei sobre o sistema elétrico dos carros, comentei inclusive que os carros de hoje chegam a ter mais de um quilômetro de cabos para conectar tudo que é movido a eletricidade nos carros.

 

A automação nos veículos da frota mundial tem aumentado numa velocidade assombrosa e eu fico imaginando em quanto tempo nós teremos nas ruas carros andando nas ruas se a interferência das pessoas que neles estarão.

 

Ano após ano o nível de complexidade aumenta e alguns modelos tem mais de 50 microprocessadores embarcados e gerenciados por uma ou mais centrais eletrônicas... as ECU. Apesar de muitos microprocessadores tornarem mais difícil de se mexer no carro, alguns na verdade facilitam o serviço.

 

Alguns dos principais motivos do aumento do número de microprocessadores são:

 

A necessidade de sofisticados controles do motor para atender padrões de emissão e consumo de combustível;

Diagnósticos avançados;

Simplificação da manufatura e do projeto dos carros;

Redução da quantidade de fios nos carros;

Novas características de segurança;

Novas características de conforto e conveniência;

 

Na coluna deste mês pretendo mostrar como esta eletrônica toda atua nos nossos carros e como estes sistemas mudaram a maneira de se cuidar da frota mundial de veículos.

 

Antes das leis de emissão entrarem em vigor, era possível construir um motor de carro sem microprocessadores. Com a lei cada vez mais rígida quanto às emissões de poluentes, esquemas de controles sofisticados foram necessários para regular a mistura ar-combustível de maneira que o catalisador possa remover grande parte da poluição do escapamento.

 

 

Controlar o motor é o trabalho mais intenso do computador em seu carro e a unidade de controle eletrônico (ECU) é o computador mais potente na maioria dos carros. A ECU usa controle de retroalimentação do circuito, método que monitora as saídas e entradas de um sistema para ter um controle efetivo desse sistema, gerenciando as emissões e o consumo de combustível do motor (assim como um hospedeiro de outros parâmetros). Juntando os dados dos vários diferentes sensores, a ECU sabe de tudo, desde a temperatura da água do radiador até a quantidade de oxigênio no escapamento. Com isso, executa milhões de cálculos a cada segundo, incluindo a observação de valores em tabelas e cálculos dos resultados de equações longas para decidir qual é  o melhor avanço de ignição e determinar por quanto tempo o injetor de combustível deve ficar aberto. A ECU faz tudo isso para assegurar uma emissão mais baixa e obter uma melhor quilometragem.

 

Uma ECU moderna pode ter um processador de 40 MHz e 32 bits. Isto pode não parecer rápido comparado com o processador de 500 a 1000 MHz que você provavelmente tem em seu PC, mas lembre-se que o processador do seu carro usa um código muito mais eficiente do que o do seu computador. O tamanho médio do código em uma ECU usa menos de 1 megabyte (MB) de memória. Comparado a isso, você provavelmente tem pelo menos 2 gigabytes (GB) de programas em seu computador - isso equivale a 2 mil vezes a quantidade em uma ECU.

 

O processador é instalado em um módulo com centenas de outros componentes em uma placa de circuitos multicamadas. Alguns dos outros componentes que auxiliam o processador em uma ECU são:

 

Conversores analógico-digitais - estes dispositivos lêem alguns sensores do carro, como o de oxigênio. A saída de um sensor de oxigênio é uma voltagem analógica, normalmente entre 0 e 1,1 volts (V). O processador só entende números digitais, assim o conversor analógico-digital muda esta voltagem para um número digital de 10 bits.

 

Saída digital de alto nível - em muitos carros modernos, a ECU ativa as velas de ignição, abre e fecha o injetor de combustível e liga e desliga o ventilador. Todas essas tarefas exigem saídas digitais. Uma saída digital fica ligada ou desligada - não há meio termo. Por exemplo, uma saída para controlar o ventilador de resfriamento pode fornecer 12 V e 0,5 ampères para o relé do ventilador quando está ligado, e 0 V quando está desligado. A saída digital é como um relé. A pequena quantidade de energia que o processador libera energiza o transistor na saída digital, permitindo que seja fornecida uma quantidade bem maior de energia para o relé do ventilador de resfriamento, que por sua vez fornece uma quantidade ainda maior de energia para o ventilador.

 

 

Conversores digital-analógicos - algumas vezes, a ECU tem que fornecer uma saída de voltagem analógica para acionar alguns componentes do motor. Como o processador na ECU é um dispositivo digital, ele precisa de um componente que possa converter um número digital em uma voltagem analógica.

 

Condicionadores de sinal - algumas vezes, as entradas ou saídas precisam ser ajustadas antes de serem lidas. Por exemplo, o conversor analógico-digital que lê a voltagem do sensor de oxigênio pode ser ajustado para ler um sinal de 0 a 5 V, mas o sensor de oxigênio libera um sinal de 0 a 1,1 V. Um condicionador de sinal é um circuito que ajusta o nível dos sinais que entram e saem. Por exemplo, se usássemos um condicionador de sinal que multiplicasse por 4 a voltagem vinda de um sensor de oxigênio, teríamos um sinal de 0 a 4,4 V, o que permitiria que o conversor analógico-digital lesse a voltagem com mais precisão.

 

Chips de comunicação - estes chips implementam os vários padrões de comunicação que são usados em carros. Há vários padrões em uso, mas o que mais usado nas comunicações em carros é chamado CAN (rede de controle de área). Este padrão permite comunicação com velocidade de até 1 megabit por segundo (Mbps). É muito mais rápido do que os antigos. Essa velocidade está se tornando necessária porque alguns módulos enviam dados para o barramento centenas de vezes por segundo. O barramento CAN envia dados usando dois fios.

 

Além de toda esta eletrônica embarcada, ainda existe a questão da redundância. Esta é feita através de um sistema de comunicação entre os módulos, chamado de “bus de comunicação”. Com ele, cada módulo pode comunicar falhas a um módulo central, que armazena as falhas e pode relatá-las a uma ferramenta de diagnóstico externa.

 

 

Isto pode deixar mais fácil para os técnicos diagnosticarem problemas com o carro, especialmente problemas intermitentes, que são notórios por desaparecerem assim que você leva o carro para ser consertado.

 

Este programa é onde são geradas as páginas de informação técnica que conseguem listar os códigos de erro armazenados na ECU para vários fabricantes de carros. Às vezes, os códigos podem ser acessados sem uma ferramenta de diagnóstico. Por exemplo, em alguns carros, se você fizer uma ligação entre os dois pinos no conector de diagnóstico e então girar a chave de ignição, a luz de "verificar motor" vai piscar em um certo padrão indicando o número do código de erro armazenado na ECU.

 

Como seria complicado – e caro – cada montadora desenvolver todos os componentes deste arsenal eletrônico, empresas especializadas desenvolveram microprocessadores que são utilizados para um mesmo fim e isso permitiu que certos padrões de comunicação não diferissem muito entre eles e isso facilitou a montagem de carros.

 

Ter padrões de comunicação tornou mais fácil o projeto e a construção de carros. Um bom exemplo dessa simplificação é o painel de instrumentos.

 

O painel de instrumentos agrupa e mostra dados das várias partes do veículo. A maior parte desses dados já é usado por outros módulos no carro. Por exemplo, a ECU sabe a temperatura do radiador e a rotação do motor. O controle de transmissão sabe a velocidade do veículo. O controlador para o sistema antitravamento dos freios (ABS) sabe se há algum problema com o ABS.

 

 

Todos estes módulos simplesmente enviam dados para o barramento de comunicação. Várias vezes por segundo, a ECU enviará um pacote de dados que consiste em um cabeçalho e os dados. O cabeçalho é simplesmente um número que identifica o pacote, como uma leitura de velocidade ou de temperatura, e os dados trazem um número correspondente àquela velocidade ou temperatura. O painel de instrumentos contém outro módulo que sabe procurar por certos pacotes - sempre que encontra um e atualiza o mostrador ou indicador apropriado com o novo valor.

 

A maioria dos fabricantes compra o painel de instrumentos montado de um fornecedor, que os projeta de acordo com as especificações do fabricante do carro. Isso facilita o projeto de um painel de instrumentos, tanto para o fabricante quanto para o fornecedor.

 

É mais fácil para o fabricante dizer para o fornecedor como cada mostrador será usado. Em vez de ter que explicar para o fornecedor que um fio específico irá fornecer o sinal de velocidade, e que a voltagem vai variar entre 0 e 5 V e que 1,1 V corresponde a 48 km/h, o fabricante pode simplesmente fornecer uma lista de pacotes de dados. Então, é responsabilidade do fabricante verificar se os dados corretos são enviados para o barramento de comunicação.

 

 

É também mais fácil para o fornecedor projetar o painel de instrumentos porque ele não precisa saber nenhum detalhe de como um sinal de velocidade é gerado ou de onde ele está vindo. Ao contrário, o painel de instrumentos simplesmente monitora o barramento de comunicação e atualiza os mostradores quando recebe novos dados.

 

Esses padrões de comunicação simplificam para os fabricantes a terceirização na fabricação dos componentes: o fabricante não precisa se preocupar com detalhes de como cada mostrador ou luz é alimentado e o fornecedor, que faz o painel de instrumentos, não precisa se preocupar com o local de onde vêm os sinais.

 

Atualmente, os quadros de instrumentos estão sendo usados em menor escala para sensores. Um sensor de pressão tradicional, por exemplo, contém um dispositivo que gera uma voltagem variável dependendo da pressão aplicada ao dispositivo. Normalmente, a geração de voltagem não é linear. Ela depende da temperatura e é uma voltagem de baixo nível que necessita amplificação.

 

Alguns fabricantes estão fazendo um sensor inteligente que é integrado com todos os eletrônicos, junto com um microprocessador que permite que ele leia a voltagem, calibre-o usando curvas de compensação de temperatura e envie digitalmente a pressão para o barramento de comunicação.

 

Isso poupa o fabricante de ter que saber todos os detalhes do sensor e economiza energia de processamento no módulo, o qual, em caso contrário, teria que fazer esses cálculos. Isso faz com que o fornecedor, que de qualquer maneira sabe mais sobre os detalhes, seja responsável por fornecer uma leitura precisa.

 

 

Outra vantagem do sensor inteligente é que o sinal digital viajando pelo bus de comunicação fica menos suscetível a interferências elétricas. Uma voltagem analógica viajando por um fio pode pegar voltagem extra quando passa por certos componentes elétricos, ou até mesmo de fios de alta tensão.

 

Barramentos de comunicação e micro processadores também ajudam a simplificar a fiação através de multiplexação. Vamos dar uma olhada em como eles fazem isso.

 

A multiplexação é uma técnica que pode simplificar a fiação em um carro. Em carros mais antigos, os fios de cada interruptor são ligados ao dispositivo por eles acionado. A cada ano que passa, e com um número cada vez maior de dispositivos sob comando do motorista, a multiplexação se faz necessária para evitar que a fiação saia do controle. Em um sistema multiplexado, um módulo contendo pelo menos um processador centraliza entradas e saídas destinadas a uma área do carro. Carros que possuem diversos controles em uma porta, por exemplo, podem ter um módulo de controle da porta. Alguns carros possuem controles de vidros elétricos, espelhos elétricos, trava elétrica e até mesmo bancos elétricos na porta. Seria impraticável instalar um grosso maço de fios para um sistema como este a partir de uma porta. Em vez disso, o módulo da porta do motorista monitora todos os comandos.

 

É assim que funciona: se o motorista aperta o botão para abrir a janela, um módulo da porta fecha um relê que fornece energia para o motor da janela. Se o motorista aperta o botão para ajustar o espelho retrovisor do passageiro, o módulo da porta do motorista envia um pacote de dados para o barramento de comunicação do carro. Este pacote informa para um outro módulo energizar um dos motores do espelho elétrico. Dessa maneira, a maioria dos sinais que são transmitidos a partir da porta do motorista são consolidados nos dois fios que formam o barramento de comunicação.

 

O desenvolvimento de novos sistemas de segurança também aumentou o número de microprocessadores nos carros. No decorrer da década passada, vimos sistemas de segurança como ABS e air bags se tornarem comuns em carros. Outras características de segurança como controle de tração e sistemas de controle de estabilidade estão começando a ficar comuns também.

 

 

Cada um desses sistemas acrescenta um novo módulo ao carro e este módulo contém múltiplos microprocessadores. No futuro, haverá mais desses módulos por todas as partes do carro, conforme novos sistemas de segurança forem sendo adicionados. Estes sistemas de segurança necessitam de capacidade de processamento e normalmente e este é inserido no próprio módulo eletrônico.

 

Mas não termina aí: A indústria automobilística prevê termos toda espécie de novas características de conveniência em nossos carros e cada uma delas necessitará de mais módulos que contenham microprocessadores múltiplos.

 

Parece que não há limites para tanta tecnologia que as fábricas vão usar em nossos carros. O acréscimo de todas essas características eletrônicas é um dos fatores que leva as fábricas a aumentarem o sistema de voltagem nos carros do sistema atual de 14 V para um sistema de 42 V. Isso ajudará a fornecer a energia extra que estes módulos precisam.

 

Este assunto ainda tem muito para ser comentado e eu voltarei ao assunto em breve.

 

Muito axé pra todo mundo,

 

Maria da Graça

 

 


Last Updated ( Friday, 25 March 2016 15:51 )