Amb l'avenç tecnològic experimentat pels sistemes electrònics i el consegüent augment de la fiabilitat i la reducció de costos dels seus components, el vehicle modern ha rebut una càrrega creixent de dispositius i sistemes de control electrònic. Aquest procés s'ha produït de dues maneres:
1. Substitució de sistemes mecànics per equivalents electrònics que fan la mateixa funció, com ara injecció/encesa electrònica o aire condicionat electrònic.
2. Incorporació de nous sistemes electrònics com, per exemple, suspensió pilotada (suspensió electrònica), immobilitzador, transmissió automàtica electrònica, ABS/TC, airbag, entre d' altres.
Així, en un vehicle modern podem trobar una llista cada cop més àmplia de funcions implementades amb control electrònic. La figura 1 presenta una llista parcial.
Nota: un exemple, entre molts, és el dels vehicles Mercedes Benz que tenen uns 30 sistemes electrònics a bord (cadascun amb la unitat de control corresponent) associats a més de 100 sensors.
VERSATILITAT
Una característica molt important dels sistemes electrònics encastats és que tots tenen una unitat de comandament que processa la informació enviada pels sensors i, després de realitzar els càlculs pertinents, emet ordres als actuadors. La unitat de control és en essència un ordinador programat pel dissenyador per dur a terme la funció prevista.
El fet de ser un ordinador programable fa que modificant el programa, el sistema pugui realitzar la mateixa funció de diverses maneres. D'aquesta manera, és possible optimitzar el funcionament del sistema o fins i tot resoldre possibles problemes de rendiment sense modificar-ne la configuració física.
Reforçant el concepte de versatilitat, la incorporació de sistemes electrònics va permetre la implantació de sistemes integrats, en els quals diversos sistemes electrònics encastats es comuniquen entre ells per millorar el rendiment del conjunt.
Així, el sistema de control del motor intercanvia informació amb la transmissió automàtica per tal de millorar els canvis de marxa. A més, el sistema del motor intercanvia informació amb el sistema electrònic d'A/C per aprofitar millor la potència disponible. Aquests són només dos exemples dels molts que es podrien presentar.
Per tant, davant la necessitat d'intercanviar informació entre mòduls i reduir la complexitat i la longitud del cablejat, la solució va sorgir amb l'adopció de sistemes multiplexats.
MULTIPLEXAGEM
En els sistemes multiplexats, els mòduls intercanvien informació mitjançant un parell de cables que constitueixen el "canal de comunicació". Tots els mòduls estan connectats a aquest parell de cables formant una "xarxa" i compartint el canal de comunicació. Així, "multiplexació" identifica una tècnica de comunicació en la qual s'utilitza un canal de comunicació per intercanviar dades entre diversos controladors connectats a aquest. La informació viatja pel canal en forma de dades codificades digitalment, la qual cosa significa que només s'utilitzen dos nivells de tensió (alt-baix) per transportar les dades.
Els primers avantatges que es poden esmentar són:
: redueix la longitud i la complexitat de l'arnès;
- Facilitat de diagnòstic;
- Facilitat d'expansió, ja que es poden afegir nous mòduls al sistema sense canvis significatius en el cablejat.
No obstant això, compartir el canal de comunicació imposa la necessitat d'establir-hi regles d'accés per tal d'evitar conflictes que derivin en la pèrdua d'informació. El conjunt d'aquestes normes constitueix l'anomenat "protocol de comunicació".
Per il·lustrar els conceptes, s'analitzarà un sistema de comunicació telefònica com el de la figura 2a, en el qual és possible realitzar teleconferències. En ella, tots els telèfons comparteixen un únic parell de cables que els connecten i constitueixen el "canal de comunicació". La comunicació entre les parts s'estableix mitjançant senyals sonors, encara que la informació circula pel canal en forma de senyals elèctrics.
És evident que, en el cas que un usuari faci servir la paraula i un altre intenti entrar a la comunicació alhora, es produirà un conflicte en la mesura que no hi hagi acord previ entre ells quant a qui té dret a parlar. És a dir, cal que hi hagi un “protocol” que estableixi les normes d'accés al canal de comunicació que serveixi per organitzar l'intercanvi d'informació.
Un protocol bàsic estableix que quan un parla, els altres han d'escoltar. Si dos o més intenten parlar al mateix temps, hi haurà conflicte i amb això, pèrdua d'informació o comunicació improductiva.
Aquesta situació es pot resoldre de la següent manera:
- Cada usuari del sistema té un "temps d'espera de conflicte"; aquest temps és específic per a cadascun.
- En cas de conflicte, és a dir, quan dos o més usuaris comencen a parlar al mateix temps, tots perceben la situació i interrompen la conversa.
- A continuació, cadascú aplica el seu “temps d'espera en cas de conflicte”, després del qual es verifica que el canal no està ocupat per un altre usuari; si el canal és lliure, torna a parlar amb el que havia de dir; és a dir, pren el control (si és "propietari") del canal de comunicació.
El procediment anterior és un dels aspectes del protocol que cal establir entre els usuaris. Un altre aspecte fa referència a la identificació de qui parla, a qui s'adreça la informació i el seu tipus.
Així, en una teleconferència, per exemple, es pot establir la següent seqüència d'esdeveniments que contribueixen a “formatar” (és a dir, donar un format intel·ligible) a l'intercanvi d'informació:
1. Abans de començar a parlar, l'usuari s'ha d'identificar.
2. A continuació, heu d'indicar a qui anirà adreçada (alguna o tota) la informació.
3. A continuació, heu d'indicar el tipus d'informació.
4. Inseriu la informació mateixa.
5. Finalment, indiqueu que heu acabat de parlar i doneu la paraula a un altre participant de la conferència.
Els passos indicats anteriorment constitueixen l'estructura de cada "missatge" intercanviat pels participants de la conferència.
L'element 4, la informació en si, és la part que importa, és l'esdeveniment útil del missatge. La resta és una pèrdua de temps, però necessària per a la correcta transmissió del missatge.
Es pot dir que, llevat del punt 4, la resta de passos serveixen per “envoltar” la informació rellevant. És semblant al que es fa quan s'envia una carta, en què el text que conté la informació es posa dins d'un sobre amb l'adreça del destinatari, això, amb l'objectiu que la carta arribi al destí desitjat i no a un altre. Després de complir la seva funció, el sobre es descarta.
Finalment, el protocol ha d'especificar algun tipus de confirmació per part dels usuaris que "reben" la informació que el missatge s'ha rebut correctament.
Els requisits de protocol esmentats anteriorment poden semblar exagerats quan es tracten amb pocs usuaris, però quan el nombre d'usuaris augmenta, les regles anteriors són indispensables.
Un altre exemple de sistema multiplexat es presenta a la figura 2b, en què un conjunt d'emissores de ràdio, que treballen a la mateixa freqüència, formen una xarxa de comunicació. La situació és pràcticament la mateixa que la dels telèfons. L'únic que canvia és el canal de comunicació, que en aquest cas és l'aire ("èter").
Usant els exemples anteriors com a analogia, podem dir que un sistema multiplexat només difereix en l'idioma utilitzat per transmetre la informació. En un sistema multiplexat d'automòbil, la comunicació s'estableix mitjançant senyals elèctrics i no audibles. En aquests sistemes, els mòduls intercanvien missatges, que transporten informació, mitjançant senyals elèctrics.
Així, el concepte de multiplexació, aplicat al cotxe, permet la interconnexió dels diferents ordinadors (unitats de control) presents al vehicle d'una manera senzilla i eficient, que d'aquesta manera constitueixen un sistema de comunicació multiplexat.
Les xarxes d'automòbils multiplexades es basen en la comunicació en sèrie. El canal de comunicació està format per cables conductors o, més recentment, per fibra òptica. El canal és “bidireccional”, és a dir, el parell de cables serveix tant per transmetre com per rebre dades. Com a conseqüència d'això, els mòduls han de respectar algun tipus de protocol de manera similar al dels exemples presentats.
PROTOCOL DE COMUNICACIÓ I CODIFICACIÓ/SENNALITZACIÓ
Aquests conceptes tenen una importància cabdal en tots els sistemes de comunicació, especialment en la comunicació en sèrie.
Com s'ha dit, el protocol de comunicació és un conjunt de normes que han de complir tots els que estiguin connectats al canal, siguin persones o mòduls electrònics.
- El protocol es refereix al format dels missatges que intercanvien els participants, el seu significat, prioritats i regles de verificació per avaluar-ne la integritat.
- La codificació/senyalització fa referència a la forma en què els missatges es codifiquen digitalment i s'envien a través del canal de comunicació que, en el cas de les xarxes d'automoció, són senyals elèctrics polsats amb dos nivells de tensió: 0 i 5V, per exemple. A les xarxes de fibra òptica, el senyal és lluminós a 2 nivells. En la comunicació digital, cada controlador connectat al canal interpreta els nivells " alt-baix" del senyal polsat i és capaç d'identificar què representen.
La informació a transmetre es digitalitza i s'emmagatzema a la memòria del mòdul en forma de paraules binàries, és a dir, valors codificats en binari en forma de zeros i uns. La digitalització dels senyals analògics dels sensors es realitza mitjançant convertidors analògics/digitals (ADC) interns a la unitat de control.
Les paraules estan formades per conjunts de 8 dígits binaris (bits), amb nivells lògics “0” i “1”, que representen els valors digitalitzats dels senyals analògics i els codis de format del protocol.
Avançant una mica més per tal d'entendre el funcionament de la comunicació sèrie utilitzada en sistemes multiplexats, els conceptes anteriors s'aplicaran a un exemple de comunicació en sèrie entre la unitat de control ABS i la unitat de transmissió (TCM).
La figura 3a presenta alguns dels codis de format de missatges binaris utilitzats en el protocol. Per simplificar l'exemple, només es va definir un identificador, corresponent a la velocitat del vehicle. En una aplicació real, el nombre d'identificadors és molt superior i correspon al nombre de variables diferents (pressió, temperatura, posició, velocitat, etc.) que es transmeten a la xarxa.
A l'exemple de la figura 3b, la unitat ABS proporciona el valor de velocitat del vehicle al canal que pot ser recuperat per totes les unitats connectades a ella. Per tal d'il·lustrar la funcionalitat d'una manera simplificada, l'exemple només mostra la unitat TCM que utilitza el valor referit (entre d' altres) per determinar el moment de canviar de marxa.
OPERACIÓ
L'exemple suposa que la unitat ABS envia un missatge, amb el valor d'una variable, cada segon, i espera rebre una resposta (no mostrada a l'exemple) que conté una indicació de com s'ha rebut el missatge.
La figura 3b mostra com es prepara el missatge a la memòria de la unitat ABS per ser transmès a través del senyal polsat (sèrie) que viatja pel canal i representa el missatge. En l'exemple, el missatge només té 4 camps, i en l'aplicació pràctica al vehicle, els protocols afegeixen els camps de sincronització, a l'inici del missatge, i de verificació, al final del mateix.
L'exemple també destaca el temps necessari per transmetre 1 bit, que és, en aquest cas, 1 ms. Així, la velocitat de transmissió de l'exemple és de 1000 bits/segon equivalent a 1 kilobit per segon (1 Kbps). A les xarxes CAN d'automòbils utilitzades en sistemes OBDII, la velocitat de transmissió és de 250 Kbps (Dièsel) o 500 Kbps (Otto).
XARXES MULTIPLEX
De moment les xarxes més esteses són: CAN, MOST (fibra òptica), FlexRay (fibra òptica). VAN (semblant a la xarxa CAN; s'utilitza en vehicles Peugeot/Citroën).
DIAGNÒSTIC EN SISTEMES MULTIPLEXOS
Depenent de la configuració de la xarxa, hi ha dues possibilitats:
1. Xarxa única (figura 4a): Les unitats de control dels diferents subsistemes electrònics estan interconnectades per un únic canal de comunicació. L'escàner, a través del connector de diagnòstic, té accés directe a la xarxa i, per tant, el protocol utilitzat per comunicar-se ha de ser idèntic al que utilitzen les unitats de control.
2. Múltiples xarxes (figura 4b): Les unitats de control dels diferents subsistemes electrònics estan interconnectades per dues o més xarxes internes, a través de les quals intercanvien la informació necessària per al seu funcionament. L'exemple de la figura 4b correspon a la xarxa multiplexada utilitzada en els vehicles Citroën C5. Aquesta configuració, amb múltiples xarxes, és la tendència actual a causa de l'augment i la diversitat de sistemes electrònics instal·lats al vehicle.
L'escàner està connectat a un circuit electrònic per gestionar o adaptar protocols, instal·lat entre el connector de diagnòstic i les xarxes multiplexades. A més de permetre la comunicació amb l'equip de prova, l'adaptador de protocol gestiona l'intercanvi de missatges entre les diferents xarxes.
Aquest circuit, anomenat "gateway", aïlla l'escàner de les xarxes. A la línia Peugeot/Citroën s'anomena Intelligent Service Box.
En aquesta configuració, per tant, el protocol utilitzat per comunicar-se amb l'equip de prova pot ser diferent del de les xarxes. L'adaptador funciona com un "traductor" de protocol que reenvia la sol·licitud procedent de l'escàner a la xarxa on es troba la CU amb la qual voleu comunicar-vos.
Nota: la resistència R, instal·lada als extrems del parell de cables, serveix per eliminar el reflex del senyal polsat, que provocaria interferències i pèrdua d'informació.
FALLA DE COMUNICACIÓ
Depenent del tipus de senyal utilitzat (senyal polsat amb codificació), la visualització del senyal a l'oscil·loscopi no permet determinar el significat dels missatges, però es pot utilitzar per comprovar si el canal està actiu o si hi ha és un curt al positiu o a la massa. Per tant, el procediment més adequat és mitjançant l'ús de l'escàner. En els sistemes OBDII, els errors de comunicació generen codis DTC del tipus Uxxxx.
