[Emb Com Lab] Automóviles Inteligentes

En la actualidad, los automóviles se están volviendo cada vez mas complejos, eficientes e inteligentes.

Todos los automóviles fabricados en los estos últimos años tienen por lo menos una computadora integrada, encargada de monitorear la eficiencia del vehículo. Para realizar esta tarea, el automóvil esta equipado con una gran cantidad de sensores los cuales envían la información a la computadora, la que posteriormente los procesa y así poder controlar ciertos componentes del motor o transmisión.

Las razones por la que las empresas fabricantes han decido integrar una cantidad cada vez mayor de computadoras y sensores:

• Tener un control mas sofisticado sobre el motor y sus funciones.
• Diagnósticos mas precisos y avanzados
• Simplificar el diseño y manufactura de componentes
• Reducir el cableado y centralizar la distribución del mismo
• Mejores sistemas de seguridad
• Lograr un mayor confort

Al mismo tiempo, se necesita tener cada vez mas conocimiento sobre el funcionamiento de estos componentes, dificultando la labor de mantenimiento y y evitando que cualquier persona modifique los mismos, sin embargo, lo que en realidad sucede es que se esta facilitando el servicio de mantenimiento del mismo cuando manos expertas lo realizan.

Y algunos ejemplos de cosas que las computadoras de los automóviles pueden hacer son:

• Controlar las velocidades y la transmisión
• Controlar la velocidad de frenado y de las ruedas
• Controlar las bolsas de aire y otros componentes de seguridad
• Sistema de seguridad, candados
• Control de la temperatura del clima y ventilación
• Posición de los asientos y espejos
• Reproductores de música, sonido, etcétera.
• Sistemas para el control de rutas, GPS.

Motor: Engine Control Unit (ECU)

Ejemplo ECU Ford Ranger

El trabajo mas complicado es controlar el motor. El ECU es una computadora especialmente diseñada para realizar este trabajo, y es la computadora mas poderosa integrada en los automóviles. Esta basada en el sistema Closed-Loop Control, este esquema monitorea las salidas del sistema para así controlar las entradas del mismo, es decir, toma decisiones a partir de los resultados obtenidos en el proceso anterior.

Obtiene información de los sensores distribuidos en el motor, y con dicha información realiza millones de cálculos y comparaciones, y así tomar la mejor decisión. Con ello se puede determinar, por ejemplo, la cantidad de combustible y oxigeno que serán inyectados en los pistones, la velocidad del sistema de ventilación, etcétera.

Su función principal es hacer más eficiente el funcionamiento del motor, reduciendo las emisiones de gases y obteniendo el mejor kilometraje por cada unidad de combustible.

Un ECU moderno contiene un procesador de 32bits, con una velocidad de 40Mhz; trabaja con una memoria de 1 megabyte. Posiblemente no es la computadora más veloz del mundo, sin embargo, es una computadora dedicada y el código que corre esta optimizado para la misma.

Componentes del ECU

• Convertidores Análogo-a-Digital: Reciben información de los sensores, que por lo general son señales de voltaje o luz. Convierten estas señales en digitos de 10bits
• Salidas digitales de alto nivel: Sirven para controlar las compuertas de los inyectores, bujías, sistemas de ventilación. Las salidas son binarias, es decir 0 o 1 (para abierto o cerrado, encendido o apagado). Las salidas estan dadas por una cantidad de voltaje, la salida suele ser muy pequeña la cual entra a un relevador para intensificarla poder alimentar correctamente algun componente.
• Convertidores Digital-a-Anáñogo: Sirven para el trabajo antes mencionado, las salidas digitales necesitan ser convertidad en una cantidad de voltaje para poder controlar algún componente.
• Chips de Comunicación: Implementan un estándar de comunicación llamado CAN (controller area network). Trabaja a una velocidad de 500Kbps, la cual es suficiente para realizar el trabajo de comunicar los componentes y sensores con el ECU y viceversa. El bus CAN utiliza solamente 2 cables para toda la comunicación.

Comunicaciones

Ejemplo Bus de Comunicaciones

El bus de comunicación otorga el beneficio de disminuir la cantidad de cableado dentro del automóvil, esta conectado directamente al ECU el cual almacena la información obtenida.

El bus de comunicación también permite la transmisión de errores y fallos para facilitar la tarea de diagnostico a los técnicos.

Trabaja por medio de Multiplexación lo cual resulta bastante eficiente, por ejemplo, el panel de control en una puerta suelte tener muchos botones, por ejemplo: para abrir o cerrar la misma, subir o bajar los espejos, controles de los asientos, etcétera. No sería muy práctico cablear cada uno de estos controles, es por ello que un solo bus de comunicaciones recibe la información y la transmite multiplexando los datos.

Cluster de Intrumentos

Se le conoce como cluster de instrumentos al conjunto de computadoras que, de manera independiente, monitorean instancias en el automóvil y después, de manera conjunta, comparten información a traves del bus de comunicaciones. Algunos ejemplos son:

• La ECU
• El controlador de la Transmision
• El sistema ABS (Anti-Lock Brake System)

Ejemplo Panel Digital

La información recibida es procesada y desplegada en el panel de instrumentos (velocidad, kilometraje, gasolina, temperatura, luces de motor, etcétera).

El inconveniente es que la mayoría de los fabricantes tienen la responsabilidad de ajustar los datos a su propio panel de instrumentos, es decir, el diseño aún no esta centralizado.

Sensores

Existen una gran cantidad de sensores que pueden ser integrados al sistema, sin embargo, no todos son necesarios. La mayoria de los fabricantes en la actualidad proveen sensores inteligentes los cuales cumplen varias funciones. La calibración de los mismos debe ser bastante precisa para obtener los resultados esperados. Actualmente los sensores incluyen algo de electrónica la cual facilita la tarea de procesamiento y no sobresaturar el bus de comunicación. Algunos ejemplos son:

• Sensores de Temperatura en motor y ventilación
• Sensores de velocidad en las llantas
• Sensores de oxigeno y combustible

Un sensor para los neumáticos nos permite identificar el inflado y presión de las llantas, el mismo que nos avisará de cualquier irregularidad en ellas. Igualmente, el sensor en las luces que permite regularlas de acuerdo a las condiciones del momento; como por ejemplo durante las curvas.

Los sistemas de comunicación y enlace entre vehículos serán esenciales en todo momento, con sistemas de radio, GPS, láser o satélites, que podrán actuar durante todo el recorrido guiando nuestra trayectoria y servirnos en caso de emergencias, previniéndonos del peligro en la ruta y avisándonos de las condiciones meteorológicas o del tráfico existente.

Servicios multimedia en el auto, televisores en los asientos posteriores, control de identificación del conductor del vehículo y de su condición física, radares anti-colisiones y controles de trayectorias, frenos ABS, y muchas otras cosas más que en algunos casos ya se encuentran disponibles en el mercado automovilístico y otras que están a la vuelta de la esquina.

Seguridad y Confort

En la última década la seguridad y el confort de loa vehículos ha aumentado mucho. Sistemas como ABS, bolsas de aire, sistemas de control de tracción y estabilidad, entre otros, se han convertido en estándares que deben ser integrados en todos los automóviles.

Cada nuevo módulo integrado agrega más poder de procesamiento, y en años posteriores tendremos nuevas características de seguridad y confort.

En la actualidad existen sistemas que permiten personalizar el automóvil, cámaras integradas en los volantes y demás sistemas biométricos permiten identificar al conductor que entra al automóvil y asi configurar el vehiculo a las preferencias de cada uno.

Muchas cosas nos esperan en el futuro y aún hay mucho que ver por partede os fabricantes

Referencias

• How Stuff Works: Car Computer
• Los autos inteligentes