Qué es control electrónico

8/3/2019 Qu es control electrnico

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Qu es control electrnico?

Funcionamiento de la ECU

ECU; del acrnimo ingls Electronic Control Unit, que significa Unidad de Control Electrnico

Algunas publicaciones se refieren a ECU como Engine Control Unit, o Unidad de Control de Motor y otraspublicaciones la interpretan como Electronic Control Unit para referirse a cualquier unidad de controlelectrnico a bordo del automvil. En este caso nos referiremos al segundo concepto.

El trmino control se refiere a conseguir que las mquinas funcionen como si pensaran.Desde el punto de vista del conductor, esto significa controlar que el vehculo se comporte como ellos lodesean.Conducir implica utilizar los ojos y odos, etc., para percibir la situacin del camino y la condicin de viaje(recoleccin de informacin) y luego confirmar el mtodo optimo de conduccin (determinacin ycomando) de acuerdo con la informacin reunida y la percepcin personal, accionar el volante dedireccin, presionar el pedal del acelerador y el pedal de freno.

Para el Control el Control Electrnico el flujo de recoleccin de informacin, determinacin y ejecucin derdenes es un proceso realizado automticamente por un circuito electrnico y por lo tanto es llamadocontrol electrnico.

La parte que rene informacin, la parte que determina y comanda y la parte que opera son denominadasrespectivamente como entrada, operacin, salida o sensor, ECU y actuador (motor,vlvula solenoide, etc.).

Generalmente, un circuito de control electrnico esta compuesto por varios sensores, ECU y variosactuadores.

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La ECU, al igual que el cerebro humano, con el fin de controlar unidades complicadas, necesita procesarrpidamente mucha informacin ingresada y activar todos los actuadores para funcionar.Adems, para lograr un control preciso en un estado ideal, todos los sensores deben contar con ciertasensibilidad y precisin; adems, todos los actuadores deben funcionar correctamente.

Estas funciones son realizadas por los IC y LSI de los componentes electrnicos.

Computador y Circuito Integrado (IC)

La ECU utilizada para el control electrnico utiliza muchos transistores, diodos, condensadores yresistencias, etc., descritos y analizados en unidades anteriores, para as poder ejercer un excelentecontrol sobre complejas funciones

En mantenimiento general, el interior de la ECU, su anlisis y diagnstico puede llegar a ser muycomplejo.

Para el correcto y certero anlisis y diagnstico de fallas es muy beneficioso comprender los elementos

que componen la ECU y sus respectivas funciones.

A continuacin se analizar el conocimiento bsico acerca de la ECU = computador.

Estructura del computador

Es muy importante no considerar el computador como una caja negra (desconocida)

En un comienzo, un computador fue un procesador electrnico desarrollado principalmente con lafinalidad de clculo numrico, pero la funcin de clculo es solamente una de sus tantas funciones y loscontenidos bsicos que procesa no son nada ms que procesamiento de datos 0 y 1. Sin embargo,como el computador puede realizar procesamientos a una alta velocidad de varios cientos de millones deveces por segundo, puede realizar un procesamiento sistemtico de datos.



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Estructura bsica del computador

CPU (Unidad Central de Procesamiento)Esta es la unidad que procesa los datos de acuerdo con los programas.

Memoria principalSe utiliza para memorizar o guardar los programas y datos.

Memoria auxiliarTodos los programas y datos utilizados en el computador estn almacenados en la unidad principal. Sinembargo, cuando hay problemas en el costo y la capacidad, la accin y velocidad de respuesta delcomputador se reduce, de modo que puede utilizarse memoria auxiliar para almacenar grandescantidades de datos y esta puede intercambiar datos con la memoria principal.

Unidad de entrada y salidaSe utiliza para compartir entrada y salida de datos con el exterior.Generalmente, estas unidades se conocen como hardware. Con el fin de permitir el funcionamiento delcomputador, es necesario ingresar una serie de programas y datos en la memoria. Los programas y datosse conocen como software.

Procesamiento de Datos 0 y 1

Por qu necesita el computador procesar informacin 0 y 1? La informacin presentada con 0 y 1corresponde al sistema binario.La razn por la que el sistema digital utiliza los dgitos 0~9 para el clculo, por que el humano posee10 dedos.En el pasado, la gente pensaba que era mejor considerar el 10 como la unidad de manejo, de modo que

este mtodo fue utilizado ampliamente.Sin embargo el mtodo ms simple y ms preciso para indicar estados incluye Si / No u ON / OFF.Cuando se utilizan componentes electrnicos para formar estos estados, el mtodo ms simple esvoltaje ON/OFF. Esto es necesario para crear complicadas combinaciones para representar nmerosdel 0~9.

Desde esta perspectiva, muchos de los computadores con componentes electrnicos se utilizanpara realizar estos dos estados, 0 y 1.



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Sin embargo, si se adopta el sistema binario, habr ms dgitos y la operacin ser ms complicada (si elcomputador adopta el sistema binario), de modo que los cdigos que incluyen el 0~9 y A~F se utilizan alcombinar los 4 dgitos del sistema binario para reducir dgitos, el que es conocido como hexadecimal oHEX.

Binario Decimal Hex Binario Decimal Hex

Base de Control Electrnico

Desarrollo de los IC

Mientras ms componentes electrnicos se utilizan en un computador basado en el uso del sistemabinario, mayor es su velocidad de procesamiento, y as tambin como su desempeo. Por lo tanto, latecnologa de los componentes electrnicos y el desarrollo de la integracin tambin han mejoradodramticamente en su desempeo.

IC (Circuito Integrado) se refiere al caso en que una placa de silicio de varios milmetros contiene variostransistores, resistencias, condensadores interconectados, conformando un circuito integrado.Con el mejoramiento de la precisin y la alta densidad de los IC, el nmero de sus componentes haaumentado, consiguiendo mayor capacidad de procesamiento, reduccin de tamao, portabilidad y bajocosto. Adems, debido a la automatizacin en la produccin, la proporcin de fallas se ha reducido engran manera y la confiabilidad de los IC ha mejorado bastante.

IC DIP (Vista superior) IC de paquete plano IC SIP (Vista delantera ) IC TO-5(Vista superior) (Vista inferior)

Debido a las razones expresadas, el grado integracin se ha desarrollado de manera considerable. Desdela aparicin de los LSI (IC de gran escala),en los aos 80 la integracin ha experimentado un en rpido

desarrollo, asi despus y atendiendo al aumento de elementos y mayor grado de integracin que lograrondesarrollarse en aos posteriores, los circuitos integrados fabricador posteriormente se clasificaron en:VLSI (IC de Muy Larga Escala), ULSI (IC deUltra Gran Escala) esto significa que en un chip dealgunos centmetros se encuentran integrados alrededor de 104~106 Circuitos Integrados

IC Circuito IntegradoIC de gran escala LSIIC de muy grande escalaVLSIIC en escala muy grandeULSI



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SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integracin maspequea de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de12 puertas

MSI (Mdium Scale Integration): Esta escala comprende todosaquellos integrados cuyo nmero de puertas oscila ente 12 y 100 puertas. Es comn ensumadores, multiplexores,... Estos integrados son los que se usaban en los primeros

ordenadores aparecidos hacia 1970. LSI (Large Scale Integration): A esta escala pertenecen todos

aquellos integrados que contienen ms de 100 puertas lgicas (lo cual conlleva unos1000 componentes integrados individualmente), hasta las mil puertas. Estos integradosrealizan una funcin completa, como es el caso de las operaciones esenciales de unacalculadora o el almacenamiento de una gran cantidad de bits. La aparicin de loscircuitos integrados a gran escala, dio paso a la construccin del microprocesador . Losprimeros funcionaban con 4 bits (1971) e integraban unos 2.300 transistores;rpidamente se pas a los de 8 bits (1974) y se integraban hasta 8.000 transistores.Posteriormente aparecieron los microprocesadores de circuitos integrados VLSI

VLSI: (Very Large Scale Integration) de 1000 a 10000 puertas porcircuito integrado, los cuales aparecen para consolidar la industria de los integrados ypara desplazar definitivamente la tecnologa de los componentes aislados y dan inicio a

la era de la miniaturizacin de los equipos apareciendo y haciendo cada vez mascomn la manufactura y el uso de los equipos portatiles.

Adems, los IC pueden dividirse en IC anlogos e IC digitales de acuerdo con las seales que ellosprocesan.IC Digital Se refiere al IC que trabaja con seales ON/OFF (1, 0) y realizan los clculos de acuerdo conla condicin de voltaje si/no. Todos los IC en la ECU son frecuentemente digitales .

IC AnlogoSe refiere al IC maneja seales amplitud o seales de control (seales continuas de cambio de voltaje,etc.). Como las entradas y salidas tienen relaciones proporcionales, los IC anlogos son tambinllamados IC lineales . Los IC para OP AMP y audio de los vehculos son anlogos.



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Circuitos monolticos: Estn fabricados en un solo monocristal, habitualmente desilicio, pero tambin existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.

Circuitos hbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolticos, pero,adems, contienen componentes difciles de fabricar con tecnologa monoltica.Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnologa hbrida hastaque los progresos en la tecnologa permitieron fabricar resistores precisos.

Circuitos hbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolticos.De hecho suelen contener circuitos monolticos sin cpsula, transistores, diodos, etc,sobre un sustrato dielctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores sedepositan por serigrafa y se ajustan hacindoles cortes con lser Todo ello seencapsula, en cpsulas plsticas o metlicas, dependiendo de la disipacin de energacalrica requerida. En muchos casos, la cpsula no est "moldeada", sino quesimplemente se cubre el circuito con una resina epoxi para protegerlo. En el mercadose encuentran circuitos hbridos para aplicaciones en mdulos de radio frecuencia (RF),fuentes de alimentacin, circuitos de encendido para automvil, etc.

La Celda de Memoria para programas y datos es una memoria semiconductora fabricada deen un proceso llamado fotolitografa, proceso consiste en transferir un patrn desde una

fotomscara (denominada retcula) a la superficie de una oblea. El silicio, en forma cristalina,se procesa en la industria en forma de obleas. Las obleas se emplean como sustrato litogrfico,no obstante existen otras opciones como el vidrio, zafiro, e incluso metales. La fotolitografa(tambin denominada "microlitografa" o "nanolitografa") trabaja de manera anloga a lalitografa empleada tradicionalmente en los trabajos de impresin y comparte algunos principiosfundamentales con los procesos fotogrficosmejorando as integracin. Un chip puedealmacenar varios cientos de megabytes de datos



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Un chip de de 1970 poda almacenar un 1KB de informacin, sin embargo para el ao 2000 yapodan almacenar 1 GB, hoy da unidades de memoria de estado slido como la de los

pendrive pueden almacenar fcilmente hasta 10 GB de informacin

1k: kilo, 1,000? 1031M: mega, 1,000,000? 1061G: giga, 1,000,000,000? 109

La unidad mnima para representar datos en el computador esel bit utilizado para representar 0 1 y se conoce como 1 bit.

Al agregar una secuencia de 8-bit es apropiado referirnos a la expresin de una palabra,de modo que este agregado se conoce como Byte.Los datos pueden ser representados con 0V 5V, de modo que 0V es considerado como 0 y5V como 1, as, este estado se convertir en un sistema binario. (Algunas CPU recientes

utilizan voltaje de 3V ). Reduciendo el consumo elctrico sobre todo en aquellas unidadesporttiles y que requieren de bateras para su funcionamiento, lo que aumenta la autonoma deuso de estos dispositivos.

Estructura y funciones de la ECU para vehculos

La siguiente figura muestra estructura de la ECU para vehculos.

Esta estructura incluye el CI de almacenamiento, CPU y memoria, la interfase de entrada queconvierte la informacin desde el exterior de la ECU como las seales de los sensores en informacin quepueda ser procesada por el computador, la interfase de salida que convierte los resultadosprocesados por el computador en seales de salida que accionan los actuadores, etc. y el reloj quemaneja el tiempo de procesamiento de la informacin.



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Figura de una ECU utilizada en vehculos. (ECU del motor o ECM).



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Interfase

Interfase se define como el enlace intermedio entre el exterior e interior de un sistema, desde el punto devista computacionalal enlace entre la mquina y el ser humano.

Por ejemplo, entre la CPU y la memoria del computador la interfase de entrada tiene la funcin de unpuente para permitir al computador procesar la informacin de datos (ON/OFF, etc.) y la informacinanloga (valores continuos) provenientes del exterior , voltaje de enlace y niveles de corriente, etc

La interfase debe ajustar la velocidad de informacin, convertir la informacin anloga en informacindigital (conversor A/D).

El rol de la interfase de salida es inverso a la interfase de entrada.



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Conversor A/D (anloga /digital)

El conversor A/D se refiere al caso en que los valores de voltaje de seales anlogas necesitanprimeramente ser convertidos en seales de datos digitales como 0 y 1 que puedan ser procesados porel computador (CPU)

Para realizar esa tarea, el conversor A/D (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analgico Digital) tieneque efectuar los siguientes procesos:

1.- Muestreo de la seal analgica.2.- Cuantizacin de la propia seal3.- Codificacin del resultado en cdigo binario.

Para convertir una seal analgica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling)de sta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de laonda sinusoidal. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razn, tasa o tambinfrecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una grabacin digital de audio, amayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendr la seal digital resultante.

Durante el proceso de muestreo se asignan valores numricos equivalentes a la tensin o voltajeexistente en diferentes puntos de la sinusoide, con la finalidad de realizar a continuacin el proceso decuantizacin.



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Cuantizacin de la seal analgica

Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantizacin (quantization) de la seal analgica.Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valoresnumricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes quecontiene la seal analgica original.

Por tanto, la cuantizacin representa el componente de muestreo de las variaciones de valores detensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos yasignarles sus correspondientes valores en el sistema numrico decimal, antes de convertir esos valoresen sistema numrico binario.

Codificacin de la seal en cdigo binario

Despus de realizada la cuantizacin, los valores de las tomas de voltajes se representan numricamentepor medio de cdigos y estndares previamente establecidos. Lo ms comn es codificar la seal digital

en cdigo numrico binario.

La codificacin permite asignarle valores numricos binarios equivalentes a los valores

de tensiones o< voltajes que conforman la seal elctrica analgica original.



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En este ejemplo grfico de codificacin, es posible observar cmo se ha obtenido una

seal digital y el cdigo binario correspondiente a los niveles de voltaje que posee la

seal analgica.

La siguiente tabla muestra los valores numricos del 0 al 7, pertenecientes al sistema

decimal y sus equivalentes en cdigo numrico binario. En esta tabla se puede observarque utilizando slo tres bits por cada nmero en cdigo binario, se pueden representar

ocho niveles o estados de cuantizacin.



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COMPUERTAS LGICASLas computadoras digitales utilizan el sistema de nmeros binarios, que tiene dos dgitos 0 y1. Un dgito binario se denomina un bit. La informacin est representada en lascomputadoras digitales en grupos de bits. Utilizando diversas tcnicas de codificacin los

grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente nmeros binarios sino tambinotros smbolos discretos cualesquiera, tales como dgitos decimales o letras de alfabeto.Utilizando arreglos binarios y diversas tcnicas de codificacin, los dgitos binarios o gruposde bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizardiversos tipos de clculos.

La informacin binaria se representa en un sistema digital por cantidades fsicasdenominadas seales, Las seales elctricas tales como voltajes existen a travs del sistemadigital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria igual a 1o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una seal de 3 volts pararepresentar el binario "1" y 0.5 volts para el binario "0". La siguiente ilustracin muestra unejemplo de una seal binaria.

Como se muestra en la figura, cada valor binario tiene una desviacin aceptable del valornominal. La regin intermedia entre las dos regiones permitidas se cruza solamente durantela transicin de estado. Los terminales de entrada de un circuito digital aceptan sealesbinarias dentro de las tolerancias permitidas y los circuitos responden en los terminales desalida con seales binarias que caen dentro de las tolerancias permitidas.

La lgica binaria tiene que ver con variables binarias y con operaciones que toman unsentido lgico. La manipulacin de informacin binaria se hace por circuitos lgicos que sedenominan Compuertas.

Las compuertas son bloques del hardware que producen seales en binario 1 0 cuando sesatisfacen los requisitos de entrada lgica. Las diversas compuertas lgicas se encuentran

comnmente en sistemas de computadoras digitales. Cada compuerta tiene un smbologrfico diferente y su operacin puede describirse por medio de una funcin algebraica. Lasrelaciones entrada - salida de las variables binarias para cada compuerta puedenrepresentarse en forma tabular en una tabla de verdad.



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A continuacin se detallan los nombres, smbolos, grficos, funciones algebraicas, y tablas deverdad de las compuertas ms usadas.

Compuerta AND: (ver funcionamiento)

Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas porA y B y una salida binaria designada por x.La compuerta AND produce la multiplicacin lgica AND: estoes: la salida es 1 si la entrada A y la entrada B estn ambas enel binario 1: de otra manera, la salida es 0.Estas condiciones tambin son especificadas en la tabla deverdad para la compuerta AND. La tabla muestra que la salida xes 1 solamente cuando ambas entradas A y B estn en 1.El smbolo de operacin algebraico de la funcin AND es elmismo que el smbolo de la multiplicacin de la aritmticaordinaria (*).Las compuertas AND pueden tener ms de dos entradas y por

definicin, la salida es 1 si todas las entradas son 1.

Compuerta OR: (ver funcionamiento)

La compuerta OR produce la funcin sumadora, esto es, lasalida es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son1; de otra manera, la salida es 0.El smbolo algebraico de la funcin OR (+), es igual a laoperacin de aritmtica de suma.Las compuertas OR pueden tener ms de dos entradas y pordefinicin la salida es 1 si cualquier entrada es 1.

Compuerta NOT: (ver funcionamiento)

El circuito NOT es un inversor que invierte el nivel lgico de unaseal binaria. Produce el NOT, o funcin complementaria. Elsmbolo algebraico utilizado para el complemento es una barrasobra el smbolo de la variable binaria.Si la variable binaria posee un valor 0, la compuerta NOTcambia su estado al valor 1 y viceversa.El crculo pequeo en la salida de un smbolo grfico de uninversor designa un inversor lgico. Es decir cambia los valoresbinarios 1 a 0 y viceversa.

Compuerta Separador (yes):

Un smbolo tringulo por s mismo designa un circuitoseparador, el cual no produce ninguna funcin lgica particularpuesto que el valor binario de la salida es el mismo de laentrada.Este circuito se utiliza simplemente para amplificacin de laseal. Por ejemplo, un separador que utiliza 5 volt para elbinario 1, producir una salida de 5 volt cuando la entrada es 5volt. Sin embargo, la corriente producida a la salida es muysuperior a la corriente suministrada a la entrada de la misma.De sta manera, un separador puede excitar muchas otrascompuertas que requieren una cantidad mayor de corriente quede otra manera no se encontrara en la pequea cantidad decorriente aplicada a la entrada del separador.



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Compuerta NAND: (ver funcionamiento)

Es el complemento de la funcin AND, como se indica por elsmbolo grfico, que consiste en una compuerta AND seguidapor un pequeo crculo (quiere decir que invierte la seal).La designacin NAND se deriva de la abreviacin NOT - AND.

Una designacin ms adecuada habra sido AND invertidopuesto que es la funcin AND la que se ha invertido.Las compuertas NAND pueden tener ms de dos entradas, y lasalida es siempre el complemento de la funcin AND.

Compuerta NOR: (ver funcionamiento)

La compuerta NOR es el complemento de la compuerta OR yutiliza el smbolo de la compuerta OR seguido de un crculopequeo (quiere decir que invierte la seal). Las compuertasNOR pueden tener ms de dos entradas, y la salida es siempreel complemento de la funcin OR.



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