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'22
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Mouser News
Mouser: Mantener las barreras específicas de la automoción bajo control
El sector automovilístico es una rama fascinante de la electrónica. Gracias a las mejoras en la calidad y las técnicas de fabricación, un vehículo puede recorrer unas 200 000 millas (320 000 km), lo que significa que puede funcionar durante más de un década en condiciones ambientales excepcionalmente adversas, desde el calor del verano de Atenas, Grecia, hasta los gélidos inviernos de Kautokeino, Noruega.
Para lograr esto, los proveedores de semiconductores fabrican piezas diseñadas específicamente para vehículos u ofrecen diseños estándar para complementar una validación adicional a fin de cumplir con las necesidades del sector.
Estos sistemas, una vez diseñados como unidades de control electrónico (UCE), pasan por una serie de pruebas que pueden parecer extrañas y exageradas para las personas ajenas al sector. Sin embargo, cada prueba tiene su razón de ser. La mayoría se desarrollan después de analizar con mucho detalle los vehículos devueltos a fin de entender el modo de fallo.
A fin de cuentas, nadie quiere que un producto de calidad superior que ha costado decenas de miles de euros, dólares o libras, acabe siendo devuelto porque un espejo eléctrico ha dejado de funcionar al cabo de un mes. Como apoyo para el diseño, las pruebas y el mantenimiento de los coches, el sector de las pruebas y mediciones ofrece una amplia gama de equipos específicos para que nuestro método de transporte favorito siga funcionando.
Pruebas para líneas de alimentación problemáticas
Cada vez hay menos motores de combustión interna, aunque estos siguen representando una parte importante del total de las ventas anuales de coches. Al arrancar, hace falta un esfuerzo inicial considerable para girar el motor, un momento en el que una elevada cantidad de amperios fluyen hacia el motor eléctrico de arranque. Además, gracias a las tecnologías para el ahorro de combustible, como Start-Stop[endnoteRef:2], esto ocurre con mucha más frecuencia que en los vehículos antiguos.
Debido al aumento de la corriente obtenida, la tensión de alimentación a lo largo de kilómetros de cable tiende a caer, lo que afecta al funcionamiento de las UCE. Debido a esto y a otros modos de fallo del vehículo, el sector del automóvil cuenta con una amplia gama de estándares que los fabricantes deben usar para probar y comparar sus vehículos.
La normativa ISO 7673-2 incluye los pulsos negativos que se producen debido a las cargas inductivas —con picos superiores a -75 V en menos de un microsegundo— y los pulsos positivos que se generan por eliminar cargas con picos de 112 V. Después, en la normativa ISO 16750-2:2012, se diseñan perfiles de tensión complejos para reflejar el suministro al arrancar un vehículo (imagen 1).
Imagen 2: el 9115-AT de B&K Precision es una fuente de alimentación de 1200 W totalmente programable, y cuenta con perfiles integrados para probar sistemas electrónicos del automóvil.
Estas pruebas son difíciles de programar en fuentes de alimentación estándar, pero algunos equipos —como el B&K Precision 9115-AT[endnoteRef:3]— generan estas transitorias y discontinuidades en la línea de alimentación como parte de sus características (imagen 2). El 9115-AT puede suministrar una potencia máxima de 1200 W en un rango de 0-80 V y 0-60 A, y puede distribuir la corriente y la tensión de forma inteligente dentro de unos rangos de funcionamiento seguros.
Se trata de una fuente de alimentación para bastidor (1U), cuyo panel frontal cuenta con un teclado numérico, una pantalla fluorescente de vacío (VFD) de fácil lectura y mandos giratorios para configurar fácilmente la salida y las distintas funciones. En la parte trasera encontramos los terminales de detección remota, los ventiladores y las interfaces de control analógico y digital (GPIB, RS-232, RS-485, USB compatible con el protocolo USBTMC). Evidentemente, la unidad también se puede controlar por software con programas como LabVIEW, y se incluyen perfiles para hacer pruebas en sistemas de automoción, desde la inyección de transitorias en la línea de alimentación —de acuerdo con la normativa ISO 7637—, hasta las caídas y discontinuidades de la ISO 16750-2:2012.
La búsqueda de fallos en el automóvil
Los conductores pueden enfrentarse a distintos problemas eléctricos en sus coches, como luces que parpadean, fusibles que se funden constantemente o lámparas que se mantienen encendidas a pesar de estar desconectadas. En estas y otras situaciones, encontrar el fallo puede ser bastante complejo, ya que hay que revisar kilómetros de cable. También hay que tener en cuenta el efecto de las condiciones ambientales, que acaban por generar corrosión en las conexiones y problemas a la hora de acceder a los conductores de un conector en particular. El kit multímetro para automoción Fluke 88 Series V/A[endnoteRef:4] es una opción ideal para aquellos que se dedican a buscar la causa de fallos eléctricos en los vehículos (imagen 3).
Imagen 3: en el Fluke 88V/A, podemos encontrar el clásico multímetro amarillo y resistente junto con sondas, cables y sensores diseñados para realizar las mediciones cotidianas de los sistemas eléctricos de un vehículo (fuente: Fluke).
Como es habitual en los productos Fluke, esta unidad portátil cuenta con una funda de protección contra caídas con espacio para los cables y las sondas, y puede realizar cualquier trabajo de medición del sector del automóvil, gracias a un rango de 600 mV a 1000 V y de 60 mA a 10 A (CC y CA). También incluye un ohmímetro con un rango de 600 Ω a 50 MΩ.
La diferencia más importante con respecto a un multímetro estándar es el conjunto de sondas y elementos adicionales. El captador inductivo RPM80 es perfecto para medir revoluciones por minuto, y con el gancho magnético TPAK, podemos tener las manos libres para sujetar las sondas. También hay sondas TP220 disponibles para terminales oxidados, pinzas de cocodrilo y la sonda de temperatura 80BK. Los elementos adicionales opcionales incluyen clavijas para perforar el aislamiento del conductor[endnoteRef:5] o para hacer la medición desde la parte posterior de este («backprobing»)[endnoteRef:6], así como un transductor de presión de vacío.
El análisis de los buses de datos
Muchos de los cables de un coche transportan datos con diferentes protocolos serie para distintas aplicaciones de automoción. En la década de los ochenta, Bosch desarrolló el protocolo CAN (red de área del controlador), que ofrece una resistente interfaz serie que conecta las UCE con las funciones del vehículo, como los frenos de aparcamiento electrónico, el arranque/la detención y los sistemas de aparcamiento asistido. Esta red para la automoción puede ser demasiado compleja o cara para algunas aplicaciones, ya que requiere dos cables, microcontroladores con periféricos CAN específicos y un transceptor.
Imagen 4: el MCC 134 es un HAT Raspberry Pi de Digilent con capacidad para cuatro termopares: se pueden apilar hasta ocho unidades.
El protocolo LIN (red de interconexión local) es un bus de un solo cable que funciona a 19,2 Kbits/s en hasta 40 m de cable. Solo necesita una interfaz serie UART estándar y un transceptor adecuado, así que se suele usar en características de confort, luces ambientales y controladores para motores eléctricos, donde usar el protocolo CAN sería excesivo. Por último, FlexRay ofrece una interfaz con mayor ancho de banda que CAN y un mayor nivel de precisión, que se emplea en sistemas para la dirección y el freno que hayan pasado a ser electrónicos.
Con los osciloscopios de señal mixta (MSO) y de dominio mixto (MDO), que combinan la captura analógica y digital, los desarrolladores pueden analizar en profundidad lo que ocurre dentro de UCE complejas. Sin embargo, el análisis y la decodificación de redes de automoción requieren una mejora, como el DPO4AUTO[endnoteRef:7] para la serie MDO4000C[endnoteRef:8] de Tektronix. Tras la instalación, el osciloscopio puede obtener datos CAN o LIN en canales analógicos o digitales (compatible con CAN, CAN-FD, LIN 1.x y LIN 2.x).
La decodificación de estos protocolos se simplifica gracias a un patrón de colores único para el inicio, la sincronización, el identificador, los datos, los errores de relleno de bits, la suma de comprobación, etc. El contenido de los paquetes de datos también se puede usar para activar el osciloscopio. El módulo de aplicación serie MDO4000C es compatible con la búsqueda en paquetes de datos, así que los usuarios pueden centrarse en el área problemática a fin de acelerar la resolución de problemas. Hay también una pantalla tabular con los datos del bus obtenidos.
El DPO4AUTOMAX[endnoteRef:9] también incluye la compatibilidad con FlexRay, y el software para ordenador ofrece un análisis de diagrama de ojo a partir de las adquisiciones trazadas en contraste con la máscara TP1, tal y como se define en el estándar. Los que tengan un osciloscopio WaveSurfer 4000HD[endnoteRef:10], de Teledyne LeCroy, tienen a su disposición una mejora similar para los tres sistemas de bus de automoción, el WS4KHD-AUTO TD[endnoteRef:11].
Imagen 5: diagrama de bloques del HAT MCC 134: se puede ver la conversión A/D, la compensación de unión fría y la EEPROM I2C para la configuración de la placa.
El control de la temperatura
Los vehículos pueden alcanzar temperaturas muy elevadas, tanto dentro del habitáculo como bajo el capó. Supervisar todas las posibles ubicaciones al mismo tiempo puede ser difícil y es posible que los sistemas de obtención de datos (DAQ) se queden sin canales en poco tiempo. Sin embargo, esto se puede solucionar fácilmente con ayuda de dispositivos baratos, como el Raspberry Pi, y grandes cantidades de almacenamiento para las mediciones registradas. En el cabezal del Raspberry Pi, se pueden colocar hasta ocho Digilent MCC 134[endnoteRef:12], un HAT DAQ para termopares (imagen 4).
El HAT tiene terminales con tornillo para hasta cuatro termopares (TP), que se convierten con un conversor A/D de 24 bits y entrada diferencial (imagen 5). La unidad también incluye la compensación de unión fría y la linealización, y supervisa los TP para ver si hay conexiones abiertas, lo que se notifica mediante el software disponible. La alimentación se obtiene directamente del cabezal. Debido al calor generado por el Raspberry Pi, es recomendable utilizar un ventilador pequeño para que el flujo de aire reduzca los errores de medición del HAT que esté más cerca del procesador.
Como ocurre con plataformas similares, hay muchos ejemplos de software disponibles para C, C++ y Python en GitHub[endnoteRef:13]. También hay disponible un servicio de activación SIEEE (si ocurre esto, entonces haz esto), diseñado en Python. El repositorio incluye instrucciones de instalación detalladas. Algunos TP compatibles son J, K, R, S, T, N, E y B.
Una herramienta de prueba para cada problema
El entorno del automóvil presenta un gran número de obstáculos para los desarrolladores de nuevos vehículos y para los que se encargan de las labores de mantenimiento. Las líneas de alimentación en este sector son especialmente ruidosas, y las personas con menos experiencia podrían pensar que las expectativas de rendimiento en las UCE son exageradas. Las líneas de alimentación programables, capaces de simular todos los perfiles de prueba estándar actuales, son la opción ideal para verificar el cumplimiento normativo en el laboratorio. Los kits multímetro para la automoción incluyen todas las sondas y transductores necesarios, de modo que es posible hacer mediciones hasta en los conectores más oxidados.
Para los que tengan problemas con las redes del sector, las mejoras en los osciloscopios permiten la decodificación y la activación basada en datos y en errores de protocolo. Junto con otras señales, estos dispositivos ayudan a encontrar rápidamente la causa de los problemas. Por último, la temperatura es un enorme desafío en la automoción. Si un DAQ ya no puede aportar más, una extensión HAT junto con un Raspberry Pi puede ser la solución necesaria para registrar los máximos y mínimos de temperatura durante una prueba de conducción.
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