obd systems

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Por: Jomel Maldonado Vélez

12 de mayo de 2010

TEEL 4011 L91

Protocolos de comunicación en los sistemas de control para autos de

combustión interna, híbridos y eléctricos.

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Sistema de control de emisiones:•Es todo aquel equipo eléctrico/electrónico que se encargue de controlar el flujo de combustible al motor, encendido de bujías y otros actuadores para mantener el motor encendido.

•El mismo esta diseñado para reducir los niveles de contaminantes cumpliendo así con las regulaciones de EPA.

•Debe asegurar el caballaje y torque que el manufacturero le haya programado.

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Sistema de control de emisiones:Sensor de oxigeno, el más importante para controlar las emisiones, este se encarga de monitorear la proporción de aire/combustible, resultante de la combustión, para ajustar la relación estequiometrica según sea necesario. Este sensor completa un lazo de retro-alimentación, logrando así un sistema de control de lazo cerrado.

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Otros sistemas de control:Otros módulos que controlan otras áreas del vehículo:

•Motor (ECM/ECU)•Transmision (TCM/PCM)•Air Bag (SRS)•Anti Lock (ABS)•Stability Control (ESC)•Traction Control (TC/ASR)•Tire Pressure Monitoring System (TPMS)•Central Locking•Power Windows•Adaptive Cruise Control•A/C•Radio•Instrument Cluster•Seat Adjustment•Sun Roof

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Controller Area Network:•Todos estos sistemas se comunican entre sí por medio de una red de data llamada Controller Area Network (CAN) Bus.

•El CAN Bus es una pareja de cables torcidos entre sí, twisted pair, para minimizar la interferencia electromagnética.

•Por este Data BUS pasa información binaria, CAN High y CAN Low

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Función del CAN BusComunicando varios controladores entre sí:

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Historia del sistema OBD:

•1969, Volkswagen introduce el Type 3 con inyección electrónica y capacidad de monitoreo.

•1975, Datsun lanza el 240Z con inyección electrónica y capacidad de re-ajustar los parámetros de control.

•1980, la General Motor introduce el Asembly Line Diagnostic Link (ALDL) para monitoreo del sistema de control, su uso era exclusivamente para la fabricante.

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Historia del sistema OBD:•1987, el California Air Resource Board (CARB) estipula que todo aquel vehículo vendido en California luego del 1988, tendrá que tener algún sistema de diagnostico, a lo que se le llamo el sistema On Board Diagnostic (OBD I). Este no tenía un protocolo estandarizado ni un conector común para todos los autos.

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Historia del sistema OBD:•1988, el Society of Automotive Engineering (SAE), recomienda que se estandarice tanto el conector como unos códigos de fallos para todos los vehículos, a estos de les llama Diagnostic Trouble Codes (DTC) y son genéricos para todos los autos.

•Puede existir otros códigos específicos de una marca y modelo que incluya otras opciones, pero los DTC tienen que ser iguales para todo vehículo.

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Historia del sistema OBD:•1994, motivado por establecer un procedimiento uniforme de emisiones a nivel de todos los estados, el CARB publica las especificaciones para el OBD II y estipula que todo aquel vehículo vendido para los Estados Unidos y Puerto Rico, tendrá que cumplir tanto con las especificaciones de OBD II, como tener un conector de diagnostico común y tener los códigos de fallos que recomendó SAE.

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Historia del sistema OBD:•1996, se hace ley, todo vehículo en Estados Unidos tiene que ser OBD II Compliant.

•Tendrá un sello en el área del motor indicando que:

1) Cumple con las emisiones que regula EPA2) Es OBD II Compliant 3) Tiene un catalizador en el sistema de escape para reducir las emisiones.

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Historia del sistema OBD:•2001, la Unión Europea estipula que todo vehículo de gasolina tenga el sistema European OBD (EOBD).

•2008, todo vehículo en Estados Unidos tendrá que usar el protocolo ISO-15765.

•2008, hacen obligatorio el sistema OBD en China.

•2010, crean el Heavy Duty OBD (HDOBD) y estipulan que todo aquel vehículo o camión comercial impulsado por diesel, también tenga el sistema, si se vende en Estados Unidos.

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Conector para el OBD II•Conector SAE J1962, común en todos los autos OBD II, está a 2 pies o menos del volante. Es el punto de conexión entre el sistema de control y la herramienta de diagnostico.• Los terminales fueron estipulados por SAE.•Se le conoce como Diagnostic Link Conector (DLC).

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Protocolos de comunicación:•Hay cinco protocolos utilizados en la actualidad para la interface entre el sistema OBD II y el lector de códigos.

1) SAE J1850 PWM

2) SAE J1850 VPW

3) ISO 9141-2

4) ISO 14230

5) ISO 15765 CAN

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SAE J1850 PWM:•Utiliza dos terminales del DLC de forma bidireccional. Son unos BUS Lines diferenciales donde uno es copia invertida del otro, para minimizar la interferencia electromagnética de fuentes externas.

•Mediante Pulse Width Modulation (PWM), envía una serie de pulsos diferenciales modulando el largo de onda, y manteniendo una amplitud uniforme de +5 y -5 voltios. Los mensajes son de 12 bytes a una velocidad de 41.6 kb/s.

•Se utiliza en vehículos Ford.

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SAE J1850 VPW:•Utiliza solamente un terminal del DLC con una velocidad de transferencia de 10.4 kb/s. Los mensajes están restringidos a 12 bytes.

•Utiliza el modo de comunicación Variable Pulse Width (VPW). La señal de data es una serie de pulsos cuya frecuencia varia, pero su amplitud de 7 voltios permanece uniforme.

•Se utiliza en vehículos General Motors.

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ISO 9141-2:•Interface serial, utiliza dos terminales del DLC. Una línea es bidireccional, transmite y recibe información entre el lector y el ECM. La otra es unidireccional y va desde el lector hasta el ECM, para iniciar la comunicación.

•La señal es una onda cuadrada con frecuencia uniforme, sus niveles lógicos de 0 y 1 se representa por 0 y 12 voltios. Los mensajes están restringidos a 12 bytes. Su velocidad de transferencia es de 10.4 kb/s.

•Se utiliza en vehículos Europeos, Asiáticos y algunos vehículos Chrysler.

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ISO 14230 (KWP2000):•Es una variación del ISO 9141, para cumplir con los requerimientos del ISO 14230 y su Key Word Protocol (KWP), utiliza los mismos terminales y tiene la misma capacidad de transferencia de data.

•La señal es una onda cuadrada con frecuencia uniforme, sus niveles lógicos de 0 y 1 se representa por 0 y 12 voltios. Los mensajes contienen hasta 255 bytes. Su velocidad de transferencia es de 10.4 kb/s.

•Se utiliza en vehículos Europeos, Asiáticos y algunos vehículos Chrysler.

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ISO 15765:•Utiliza dos terminales del DLC de forma bidireccional. Son unos BUS Lines diferenciales donde uno es copia invertida del otro, para minimizar la interferencia electromagnética de fuentes externas.

•Mediante Pulse Width Modulation (PWM), envía una serie de pulsos diferenciales modulando el largo de onda, y manteniendo una amplitud uniforme de +5 y -5 voltios. Su velocidad de transferencia es de 1 Mb/s.

•Se utiliza en vehículos manufacturados del 2008 en adelante.

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Códigos de diagnostico (DTC):

Cuando algún sensor se sale de los parámetros pre-establecidos en el programa o no responde de una forma esperada, lo que el conductor logra ver es simplemente que se enciende el indicador de Service Engine Soon, para efectos de SAE se llama Malfunction Indicator Light (MIL) y se puede representar por cualquiera de estos símbolos:

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Códigos de diagnostico (DTC):Secuencia de eventos

•Se almacena el/los códigos en la memoria del ECM y se enciende el MIL.

•Se almacena todos los parámetros registrados por los sensores al momento del fallo, a esto se le conoce como Freeze Frame Data.

•Dependiendo de la severidad del problema se puede generar uno de dos tipos de Diagnostic Trouble Code (DTC).

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DTC Tipo A:•También se le conoce como latenete (static code).

•Relacionados al control de emisiones.

•Ocurre cuando el problema es detectado por un ciclo completo.

•Almacena códigos Tipo A y enciende el MIL.

•Almacena las variables de Freeze Frame Data.

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DTC Tipo B:•También se le conoce como esporádico (sporadic code).

•Relacionados al control de emisiones.

•Ocurre cuando el problema es detectado por menos de un ciclo completo.

•Almacena un código temporero y luego lo borra de no volver a ocurrir en el mismo ciclo.

•De ocurrir dos veces en el mismo ciclo, almacena un código Tipo B y enciende el MIL.

•Almacena las variables de Freeze Frame Data.

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Herramientas de diagnostico:•Con este lector portable, el técnico podrá leer y borrar el código solamente.

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Herramientas de diagnostico:•Con este lector semi-portable, el técnico podrá leer y borrar el código, tendrá la descripción de código en pantalla. Además tiene acceso al Freeze Frame Data y podrá ver todos los paramentaros que monitorea el ECM.

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Herramientas de diagnostico:•Con este lector profesional, el técnico podrá leer y borrar el código, tendrá la descripción de código en pantalla. Además tiene acceso al Freeze Frame Data y podrá ver todos los paramentaros que monitorea el ECM. También podrá hacer un Output Test Mode para probar que los actuadores estén operando adecuadamente.

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Formas alternas de acceder data:•Como el sistema OBD II es binario, también se puede acceder utilizando un adaptador entre el DLC y el puerto USB o Serial de una computadora portable.

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Formas alternas de acceder data:•También existen adaptadores de DLC que transmiten a través de Blue Tooth para los PDA y teléfonos como el I-Phone u otros.

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Formas alternas de acceder data:•Existen otros equipos que acceder la data a través del DLC para mostrar información adicional a la que pueda mostrar el tablero análogo del auto.

•Millas por Galón •Galones por minuto •Caballaje producido •Voltaje de Carga •Distancia restante por tanque •Velocidad Promedio •Temperatura del Motor•Temperatura del Aire •Revoluciones por Minuto •Tiempo de Ignición •Posición del acelerador •Porciento de fuerza en el motor•Indicador de Open/Closed Loop•Presión del manifold

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Sistema de control en autos híbridos:•Aplica las mismas leyes y regulaciones que le aplican a los autos de combustión interna, ya que tienen un motor de combustión interna en adición a un motor eléctrico.•Tienen que tener el conector DLC y los mismos códigos genéricos DTC que estipula SAE, aunque en adición tenga otros códigos específicos para ese modelo.

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Sistema de control en autos eléctricos:•Los autos eléctricos tienen un controlador para regular el voltaje al motor de tracción según se oprima el acelerador. El voltaje es regulado mediante Pulse Width Modulation (PWM).

•A pesar que el sistema de control para un auto eléctrico no requiera de un control de emisiones, aun así debe ser OBD II Compliant, a no se que sea convertido de gasolina a electrico. Esto debido a que existen otros accesorios que comparten en común con los autos regulares, como lo son las bolsas de aire, sistema de frenos ABS, sistema de estabilidad, etc.

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Algunos autos eléctricos OBD II:

GM EV1 Tesla Roadster

Toyota RAV4 EV Nissan Leaf

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Sistemas de control alternos:•Ya existen ECM para autos de carreras que su código es Open Source, para que pueda ser modificado con facilidad por el usuario/conductor.

•Aunque dan mejor rendimiento en millas por galón y producen mejor caballaje y torque, estos ECM no están autorizados para uso en vehículos que transiten por vías públicas debido a que no son OBD II Compliant.

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Conclusión:•Hasta el momento existen cinco protocolos, pero del 2008 en adelante se estandarizo protocolo ISO 15765. Este tiene una transferencia de data superior y no le afecta la interferencia electromagnética. Además se simplifica el proceso de diagnosticar el vehículo ya que no debe haber problemas de compatibilidad con el lector de códigos.

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Recursos:•On-Board Diagnostics (OBD) http://www.epa.gov/obd/questions.htm

•California Air Resource Board http://www.arb.ca.gov/msprog/obdprog/obdprog.htm

•How Automotive Warning Lights Work http://auto.howstuffworks.com/under-the-hood/vehicle-maintenance/automotive-warning-lights.htm

•Argonne National Lab. Testing the Tesla http://www.transportation.anl.gov/features/2010_testing_tesla.html

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Recursos:•SAE Standards for J1962 http://standards.sae.org/wip/j1962

•SAE Standards for J1850 http://standards.sae.org/wip/j1850

•Types of DTC's http://www.obdii.com/dtctypes.html

•OBD compatibility http://www.scantool.net/

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Recursos:•An online aid to understanding - On-Board Diagnostics http://www.canobd2.com/Articles/ArticleDisplay.aspx?ArticleId=c59b041836d34d549d4b19dee7043c7c&nsl=Tech%2BInfo%252cOBD%2BKnowledge&ReturnUrl=%2FArticles%2FArticleDisplay.aspx%3FArticleId%3D1efd0812b59d4b189e2420295b377631%26nsl%3DTech%2BInfo%252cOBD%2BKnowledge

•Packing More Electronics into Cars http://techon.nikkeibp.co.jp/article/HONSHI/20061128/124573/

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Recursos:•Wireless OBD II to iPhone http://vimeo.com/4150427

•On-board diagnostics http://en.wikipedia.org/wiki/On-board_diagnostics#OBD-II_Signal_Protocols

•Toyota Prius http://en.wikipedia.org/wiki/Toyota_Prius

•Ford Summary for Hybrid Electric Vehicles http://www.motorcraftservice.com/vdirs/diagnostics/pdf/OBDSM800_HEV.pdf

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Recursos:•On-Board Diagnostic Systems http://www.cvel.clemson.edu/auto/systems/OBD.html