Introdução Aula 12 Diagnóstico Veicular O termo diagnose veicular (ou veicular) representa as funções ou ferramentas que permitem a programação ou verificação do funcionamento de cada módulo eletrônico existente em um veículo. Com o aumento da eletrônica embarcada, passa a ser mandatório o desenvolvimento de dispositivos que, por exemplo, permitam o de falhas eventuais dos sistemas. 1 2 Introdução Considerando esta necessidade, podemos classificar as falhas em duas categorias, sendo as possíveis de serem identificadas pelo motorista e as identificadas somente com o auxílio de ferramentas especiais. A primeira é chamada de On-Board Diagnosis (OBD) e é realizada por meio de avisos sonoros e lâmpadas específicas existentes no painel de instrumentos. A segunda pode ser chamada de Off-Board Diagnosis e é realizada pelos chamados Testers, dispositivos eletrônicos capazes de se comunicar com os módulos do veículo. 3 Ferramentas de - Testers Um tester pode ser um notebook, um PC ou um dispositivo de formato similar ao de um coletor de dados. Conectando o tester ao veículo, torna-se possível verificar o funcionamento de cada módulo e analisar sua lista de códigos de falhas, identificando problemas eventuais. A Figura a seguir mostra o tester utilizado pela General Motors (Tech 2), e também apresenta o tester utilizado pelas empresas Hyundai e Kia (Carman 2). Ferramentas de diagnose são fundamentais durante o desenvolvimento de novos veículos e sistemas eletrônicos, assim como durante a realização dos procedimentos de revisão e manutenção. 4
Ferramentas de - Testers Ferramentas de - Testers 5 6 Diagnóstico no final do linha de montagem Flexibilidade é a palavra-chave quando se pensa em EOL (End-of-Line ou Final de Linha de Montagem). A necessidade de flexibilizar as linhas de montagem fez com que os desenvolvedores de sistemas eletrônicos buscassem uma maneira prática de obter diversas configurações nos veículos sem grandes variações nos componentes. O EOL permite às montadoras desenvolverem sistemas de hardware e de software praticamente únicos para atender aos diversos requisitos de mercado, e até mesmo utilizarem os mesmos sistemas em veículos diferentes. Diagnóstico no final do linha de montagem O conceito de garante ainda que os veículos deixem a linha de produção funcionando corretamente, graças à verificação dos chamados DTCs (Diagnostic Trouble Codes). Os DTCs são códigos predefinidos pela montadora, registrados na memória de falhas dos módulos eletrônicos e que permitem ao sistema identificar o que não funciona corretamente. 7 8
Funcionamento da programação no final da linha Funcionamento da programação no final da linha No final da linha de montagem, as unidades recebem, através de uma linha de comunicação serial, uma sequência de códigos proveniente de um equipamento de específico, que determina a maneira como cada unidade deve responder às solicitações de entrada, quando o veículo estiver pronto. Por exemplo, um determinado módulo eletrônico pode ter dois bits possíveis de calibração para a programação no final de linha, indicando que ele responde de quatro formas diferentes às solicitações de suas entradas. Como curiosidade, módulos compatíveis com o protocolo Keyword 2000 (KWP2000), um dos mais utilizados atualmente pelas montadoras, normalmente possuem algo em torno de 20 bits possíveis de programação no final de linha, o que gera aproximadamente 1 milhão de combinações. A programação de final de linha passa atualmente por uma fase de reformulação. Algumas montadoras estão deslocando totalmente a gravação dos softwares de seus módulos para a linha de montagem final, isto é, além da calibração, o software em si passa a ser gravado na linha de montagem. 9 10 Funcionamento da programação no final da linha Funcionamento da verificação das folhas pelos DTCs Isso aumenta ainda mais a flexibilidade dos sistemas, pois qualquer modificação necessária na programação dos componentes pode ser repassada imediatamente à linha de montagem e aos veículos, evitando a continuidade de um problema de projeto enquanto se consome o estoque de peças defeituosas ou se viabiliza burocraticamente tal modificação dentro da empresa. Após os módulos serem programados, o veículo como um todo passa por uma verificação eletrônica, que consiste na execução de uma rotina de testes, realizada pelo equipamento de do final da linha. Essa rotina é determinada em conjunto pelas engenharias de produto e de manufatura das montadoras. Como mencionado anteriormente, existe uma série de códigos chamados DTCs (Diagnostic Trouble Codes), padronizados dentro de cada montadora, e que ficam armazenados na memória dos módulos eletrônicos do veículo. 11 12
Funcionamento da verificação das folhas pelos DTCs Diagnóstico embarcado Quando o módulo reconhece alguma falha ou mau funcionamento em algum sistema do veículo, ele registra automaticamente o respectivo DTC em sua memória de falhas. Essa memória de falhas ocupa um espaço na memória do módulo, destinado exclusivamente ao armazenamento das falhas ocorridas e existentes no sistema. Pode-se definir a diagnose on-board, basicamente, como a leitura das falhas dos sistemas do veículo por meio do painel de instrumentos. Entre os diversos objetivos procurados pela diagnose onboard, destacam-se aqueles ligados diretamente ao motorista ou ao condutor do veículo, como, por exemplo: Alertar o motorista sobre o funcionamento inadequado dos sistemas, mesmo não havendo um sintoma de anomalia perceptível. Facilitar ao motorista a identificação de falhas em caso de pane no veículo. Auxiliar o motorista no julgamento da severidade da pane apresentada. 13 14 Diagnóstico embarcado Diagnóstico embarcado Entre os diversos objetivos procurados pela diagnose onboard, destacam-se aqueles ligados diretamente ao motorista ou ao condutor do veículo, como, por exemplo: Auxiliar o motorista na correta execução das manutenções preventivas do veículo. Permitir uma interface mais "amigável" e detalhada do motorista com os sistemas eletrônicos que equipam o veículo. Auxiliar na execução de manutenções emergenciais do veículo. Auxiliar o motorista quanto à correta utilização dos diversos sistemas (mecânicos e eletroeletrônicos) do veículo. Dentre os principais desafios que se apresentam para um sistema de diagnose on-board ser considerado eficaz, destacam-se: Fácil acesso às informações; Fácil interpretação das informações, não deixando dúvidas; Evitar distração desnecessária do motorista; Não transmitir alerta maior (ou menor) que o necessário. 15 16
O painel de instrumentos e a diagnose on-board O painel de instrumentos e a diagnose on-board O componente do veículo que mais contribui para a modalidade de embarcado é o painel de instrumentos (cluster). Do final de 1920 até o final de 1950, a instrumentação básica dos veículos era composta por velocímetro, indicador de pressão de óleo, temperatura do líquido de arrefecimento do motor e do indicador do nível de combustível. A partir do ano de 1970, teve início a instrumentação eletrônica propriamente dita, ampliando sua função dentro do sistema veicular como um todo. Dentre as funções do painel de instrumentos adicionadas, podemos citar: Indicador de informações e alertas; Gerenciador dos diversos sistemas eletrônicos; Provedor de informações de condução ótima do veículo; Apresentador de dados relativos à diagnose dos diversos sistemas eletrônicos veiculares; Aquisitor de dados de condução, para melhor gerenciamento de frota, entre outras. 17 18 Diagnóstico em campo (concessionárias e oficinas mecânicas) Diagnóstico em campo (concessionárias e oficinas mecânicas) Com o aumento do nível de eletrônica embarcada nos veículos, tornou-se quase impossível aos mecânicos das oficinas das concessionárias diagnosticarem falhas eletrônicas. A figura do mecânico experiente e habituado a solucionar problemas por intuição será, em um futuro bem próximo, parte do passado das oficinas e concessionárias autorizadas. Essa revolução eletrônica criou a necessidade do desenvolvimento de um sistema capaz de diagnosticar tais falhas sem a influência do mecânico. Esse sistema é composto por dois softwares dedicados, unidos por uma linha de comunicação serial: O primeiro encontra-se em cada módulo eletrônico, emulando as funções de no veículo. O segundo encontra-se na ferramenta de (tester), o qual faz a interface entre o veículo e o mecânico, utilizando uma linguagem de alto nível (atenção: HMI significa Interface Homem-Máquina). 19 20
Diagnóstico em campo (concessionárias e oficinas mecânicas) Diagnóstico em campo (concessionárias e oficinas mecânicas) O em campo trouxe às montadoras maior controle sobre o tempo padrão dos reparos nas concessionárias, pois não dependem mais exclusivamente da habilidade dos mecânicos. Com isso, o tempo padrão dos reparos passou a depender quase que totalmente do tempo necessário para que a rotina de software diagnostique uma solução para determinada falha e oriente o mecânico para que efetue a troca do componente danificado (se necessário, é claro). 21 22 Diagnóstico em campo (concessionárias e oficinas mecânicas) Diagnóstico em campo (concessionárias e oficinas mecânicas) Grupos de especialistas em foram formados nas montadoras de maneira a suportar o desenvolvimento dos softwares para os testadores e das aplicações dessa tecnologia na rede de concessionárias. Essa atividade demanda dos programadores um alto nível de conhecimento do produto, porque nem sempre a localização das avarias veiculares requer uma sequência lógica. Por exemplo, uma falha no comutador de ignição pode ser erroneamente diagnosticada pelo sistema como uma avaria no corpo da "borboleta" (componente do sistema eletrônico do motor). Desta forma, um conhecimento abrangente do sistema elétrico veicular para a elaboração de tais softwares é muito importante. Para o cliente final, o atendimento torna-se mais rápido e eficaz. 23 24
Funcionamento da diagnose em campo A ideia é proporcionar ao mecânico subsídios para que seja efetuada a correção das avarias eletrônicas do veículo sem a dependência de suas habilidades. O mecânico manipula apenas o tester, ficando o resto por conta do sistema de. Cada montadora desenvolveu seu próprio sistema e seus próprios equipamentos de em campo, porém o funcionamento desses sistemas são bem semelhantes. Funcionamento da diagnose em campo Basicamente, as ferramentas disponíveis nesses sistemas são as seguintes: Controle dos blocos de valores de medição; Comando de atuadores nos módulos eletrônicos (detalhado a seguir); Diagnóstico conduzido de falhas (DTCs) (detalhado a seguir); Diagnóstico a distância; Atualização de softwares por Flash-EPROM. 25 26 Funcionamento da diagnose em campo Funcionamento da diagnose em campo Comando de atuadores dos módulos eletrônicos Diagnóstico conduzido de falhas Essa função permite o acionamento separado de cada função controlada por um módulo eletrônico específico, além de permitir ao mecânico simular manualmente os comandos de ativação e desativação de atuadores eletromecânicos. Por exemplo, travar e destravar as portas do veículo ou abrir a tampa do porta-malas por um comando proveniente do equipamento de. A função conduzido de falhas permite ao mecânico localizar as falhas elétricas do veículo através de um software que o guia até o componente causador do problema. Isso significa que, com o auxílio dessa função, o único trabalho do mecânico para solucionar uma avaria é trocar o componente danificado, caso necessário. 27 28
Funcionamento da diagnose em campo Protocolos de comunicação em - arquiteturas de veículos Diagnóstico conduzido de falhas Um software dedicado, previamente desenvolvido por engenheiros altamente especializados, é capaz de identificar não só a avaria que o veículo apresenta, mas qual o componente causador de tal avaria. O fluxograma desse software é capaz de identificar, passo a passo, as avarias possíveis para um determinado sistema. Através de sequências de comparação o testador cerca os componentes do veículo e chega ao componente danificado. Existem várias arquiteturas elétricas possíveis, porém se faz necessário distinguir o barramento básico, que é definido como comunicação entre os módulos eletrônicos, do barramento de, que é definido como comunicação entre os módulos eletrônicos e o equipamento tester. A seguir, são apresentadas as quatro principais configurações existentes. 29 30 Protocolos de comunicação em - arquiteturas de veículos Protocolo único: Existe um único barramento de comunicação que é usado tanto para a comunicação básica como para a de. Protocolos de comunicação em - arquiteturas de veículos Protocolos distintos para comunicação básica e de : O CAN é utilizado na comunicação básica e o KWP 2000 na comunicação de. Todos os módulos estão em ambos os barramentos, apesar de que, na prática, alguns módulos poderiam estar conectados a somente um deles. 31 32
Protocolos de comunicação em - arquiteturas de veículos Protocolo de específico + acesso ao barramento do veículo: O KWP 2000 é usado em algumas das comunicações de. Já a linha de comunicação CAN tem acesso a todos os módulos. A possível razão para isso é que a interface KWP 2000 pode ser uma espécie de acesso "público", enquanto a interface CAN estaria reservada ao fabricante do veículo. Protocolos de comunicação em - arquiteturas de veículos Acesso ao barramento do veículo via gateway : o fabricante do veículo não deseja dar acesso direto ao barramento básico, e não deseja acrescentar a cada módulo o custo de uma camada física de comunicação de. Nesse sentido, adiciona-se a função gateway a um dos módulos, que fica responsável pela comunicação do tester com os demais módulos eletrônicos. 33 34 A indústria automobilística e várias organizações de padronizações industriais vêm trabalhando há anos no desenvolvimento de padrões para protocolos de diagnose veicular. As duas principais organizações são a ISO (lnternational Organization for Standardization) e a SAE (Society of Automotive Engineers), ambas contando com representantes das grandes montadoras em seus comitês técnicos. 35 36
ISO 11519: Especifica as camadas de enlace e física para aplicações em veículos terrestres equipados com CAN de baixa e média velocidade (até 125 Kbits/s). Descreve a arquitetura geral CAN definida no modelo OSI de sete camadas, conforme a norma ISO 7498. ISO 11898: Define as características técnicas do CAN de alta velocidade, ou seja, acima de 125Kbit/s (até 1 Mbit/s). Descreve a arquitetura geral CAN definida no modelo OSI, conforme a norma ISO 7498. As camadas de enlace e física são especificadas conforme ISO 8802-2 e ISO 8802-3. 37 38 ISO 14229: Define os requisitos comuns aos serviços de, os quais contemplam a conexão do equipamento de diagnose às ECUs (por exemplo, sistemas de injeção de combustível, câmbio automático e ABS, entre outros), conectados no Iink serial de dados acoplado ao veículo. ISO 14230: Sistemas de Keyword Protocol 2000 ou KWP 2000. Descreve a camada física baseada na ISO 9141, na qual estão implementados os serviços de. Suas características são compatíveis com veículos alimentados com 12V e 24V. ISO 15765: Define os requisitos básicos dos sistemas de de veículos equipados com CAN (norma 150 11898). SAE J1708: Determina a implementação de comunicação bidirecional e serial entre módulos eletrônicos microprocessados. Indica também parâmetros do link serial de dados relacionados ao software e ao hardware para aplicações em veículos comerciais, principalmente. SAE J1850: Estabelece os requisitos de interface para o CAN de média velocidade (de 10Kbits/s a 125Kbits/s) aplicáveis aos veículos terrestres. 39 40
SAE J1939: Seu principal propósito é tornar viável uma interconexão aberta entre os sistemas eletrônicos, proporcionando arquiteturas padronizadas. É usado em veículos comerciais leves, médios, pesados, on e off-road, assim como em aplicações estacionárias. Aplicações possíveis também em trailers, equipamentos para construção civil e implementos agrícolas. SAE J1979: Tecnicamente equivalente à ISO 15031. Seu principal objetivo é satisfazer as necessidades técnicas do sistema OBD (On-Board Diagnostics), regulamentado nos Estados Unidos e na Europa, assim como para qualquer outra região que venha adotar requisitos similares no futuro. SAE J2284: Especifica a camada física e outras partes do modelo OSI de sete camadas para a implementação de protocolos baseados no CAN com velocidade acima de 125Kbps (alta velocidade). ISO 9141 - A norma mais utilizada A norma internacional ISO 9141 especifica os requisitos para a implementação da troca de informações entre módulos eletrônicos de veículos e testers. Essa comunicação é estabelecida para facilitar a inspeção, o de teste e os ajustes em veículos, sistemas e módulos eletrônicos. 41 42 ISO 9141 - A norma mais utilizada Vejamos algumas das principais especificações da ISO 9141: Os módulos eletrônicos devem ter uma (K) ou duas (K e L) linhas de comunicação para inspeção, teste e. A tensão da bateria do veículo, assim como o terra (GND) para o testador de (tester), deve ser providenciada pelo módulo eletrônico ou pelo veículo. A linha K é definida como a que provê informação em uma forma digital serial, do módulo eletrônico para o testador de. ISO 9141 - A norma mais utilizada A linha K pode ser usada também bidirecionalmente, de tal forma que transmita comandos ou dados do testador de para o módulo eletrônico. A linha K pode também ser usada para inicializar uma comunicação serial. A linha L é definida como unidirecional do testador de para o módulo eletrônico. Quando ela existe, pode ser usada para inicializar a comunicação serial e/ou transmitir comandos e/ou dados. 43 44
ISO 9141 - A norma mais utilizada Se as linhas K ou L de dois ou mais módulos eletrônicos são conectadas juntas, o sistema resultante é chamado de barramento, como ilustra a figura. 45 KWP 2000: KWP significa Keyword Protocol 2000, que é o nome de trabalho da norma ISO 14230. A expressão Keyword deriva do fato de que todas as mensagens que trafegam em um barramento ISO 9141 são definidas por palavras-chave (keywords) que são passadas de volta ao equipamento de teste durante a inicialização das comunicações de. O KWP 2000 foi desenvolvido para permitir a implementação de serviços em uma ligação física da ISO 9141. Permite a compatibilidade com as implementações ISO 9141-2 existentes e também acrescentaram-se novas opções para permitir maior flexibilidade e melhor desempenho do sistema. 46 A ISO 14230 é composta por três partes: Parte 1: define a camada física. É essencialmente a camada física definida na ISO 9141-2, porém estendida para trabalhar com sistemas 24V. Parte 2: define a camada de enlace, incluindo os formatos das mensagens e a duração. Ela é compatível com a ISO 9141-2, mas oferece opções adicionais. Isso inclui cabeçalhos com e sem informação de endereço e com informação de comprimento. As mensagens podem ter até 255 bytes. Também são definidos métodos para inicializar a comunicação. A ISO 14230 é composta por três partes: Um dos métodos é a sequência de inicialização de 5 baud (bps ou bits por segundo) baseada na definição da ISO 9141-2. O outro método é uma nova e rápida forma que restringe comunicações subsequentes para o padrão de 10,4 Kbps. Parte 3: determina a implementação dos serviços de descritos na norma ISO 14229. Ela fornece um mapeamento desses serviços, em valores de dados reais. 47 48
Diagnóstico via CAN Bus Há alguns anos, verificou-se que mesmo com os dados sendo transferidos por uma rede de separada, algumas das informações de seriam necessárias na rede de comunicação, entre os módulos eletrônicos. Foi verificado também que o CAN Bus oferecia um potencial para uma base de comunicação muito mais rápida e segura. Isso é particularmente importante quando os módulos eletrônicos precisam ser acessados durante o processo de fabricação do veículo, já que comunicações muito longas e demoradas podem se tornar o caminho crítico do processo produtivo. Diagnóstico via CAN Bus No desenvolvimento da Norma ISO 15765, foi decidido que os serviços a serem implementados seriam baseados na norma ISO 14230 - parte 3, uma vez que ela já contém as informações necessárias para implementar os serviços de. As principais preocupações resolvidas foram a camada de transporte, certificando uma camada física comum para os equipamentos de teste externos, e a compatibilidade com as normas existentes. Em adição, a norma ISO 15765 define o cabeçalho de mensagens, a camada física e o protocolo de fragmentação para permitir a implementação efetiva do CAN Bus em s. 49 50 O que é OBD li? É uma norma para de veículos. Ela trata das informações relacionadas às emissões de poluentes e foi implementada em todos os veículos americanos produzidos após janeiro de 1996. Conector padrão do OBD II Trata-se do conector mencionado na norma SAE J1962, que suporta basicamente três diferentes protocolos: SAE J1850, J2284 e ISO 9141-2. O sistema OBD (On-Board Diagnostic) basicamente verifica os códigos de falha armazenados nos módulos eletrônicos e os disponibiliza através de uma porta de por um protocolo padrão. A Europa introduziu há poucos anos uma norma denominada EOBD, muito similar à americana. 51 52
Comentários finais Percebemos facilmente que existem vários conceitos relacionados ao tema veicular. Sugestões de palavras-chave para buscas futuras são: diagnose veicular, veicular, On-Board Diagnosis, KW 2000, KWP 2000, ISO 9141, GMLAN e J1850, OBD, OBD II e EOBD, entre outras. 53