Juliano de Mello Pedroso
Apresentações
Senai – Eletrotécnica
Engº de telecomunicações Mestre em redes industriais Doutorando em redes sem fio
Expectativas
Subsistemas automotivos
Arquiteturas Eletrônicas automotivas Sistemas de comunicação Automotiva Redes Automotivas: Classe A, Classe B,
Classe C
Redes de Entretenimento Redes Sem fio
Introdução
Componentes mecânicos e hidráulicos Atualmente sistemas eletrônicos tem
crescido e numa grande parcela são visíveis ao usuário.
Esses sistemas facilitam o diagnóstico e a
manutenção
As funções automotivas atuais são
dispostas de modo distribuído
Redes de comunicação veicular: Uart, Lin,
ECU
Da mesma forma como uma como na
arquitetura de um computador pessoal, um sistema computacional automotivo é
basicamente estruturado por UCP (Unidade Central de Processamento), memórias e
unidades de entrada/saída (I/O – Input/Output) denominado ECU (Eletronic Control Unit). Uma ECU interage com o ambiente externo
interligando as grandezas fisicas (temperatura, pressão vazão, posição, velocidade, torque)
através de sensores, atuadores e fonte de alimentação.
ECU
http://members.rennlist.com/pbanders/ecu.
Sistema automotivo
Para o gerenciamento dos diversos
componentes e funções de um sistema
automotivo, o sistema embarcado distribuído é composto de uma estrutura em camadas com uma ECU de hardware, um sistema operacional que tende a ter propriedades de tempo real
(RTOS) cuja função consiste em gerenciar os recursos computacionais e interfacear com os requisitos das aplicações, implementações com tecnologias que visam suportar as diversas
Sistema automotivo
Desta forma a arquitetura de computação
distribuída consiste em várias ECUs interligadas através de canais de
comunicação, que se diferenciam entre si quanto às demandas solicitadas pelas
Rtos
É preciso salientar que o gerenciamento de
base de dados, considerando aquisição,
processamento e atuação de sinais, é uma característica importante para aplicações automotivas que possuem funções com
propriedade de tempo real, consistência de dados e tolerância à falhas, as quais podem comprometer a funcionalidade e a
Áreas principais
Vamos considerar que o estado atual dos
sistemas eletrônicos empregados nos
sistemas automotivos consiste em quatro partes principais (não sendo unanimes
nessa classificação) que são:
Body Eletronics
Systems Eletronics
Redes de comunicação Sensores inteligentes
Body Eletronics
São funções relacionadas ao controle e
gerenciamento de conforto e do usuário na utilização do automóvel, tais como vidro
elétrico, ar-condicionado, painel de instrumentos, retrovisor, etc.
Systems Electronics
Funções de controle e gerenciamento das
informações que estão diretamente
relacionadas ao movimento dinâmico do veiculo, como freio abs, acelerador, power-train, estabilidade eletrônica etc.
Redes de Comunicação
Entidades que tem como principal função
interconectar as ECUs para transmitir mensagens entre as tarefas distribuídas.
Sensores inteligentes
São motivados em função do alto volume
de fabricação automotiva, o que está levando a indústria de sensores a
desenvolver novas soluções a baixo custo para muitos problemas de medição de um automóvel.
Outros
È bom salientar que a tecnologia de
sistemas embarcados aplica-se também a outros dominios como aeronave,
Tendências
Pode-se vislumbrar num futuro próximo os
automóveis terão as características
próximas aos telefones celulares atuais, sendo totalmente configuráveis e
Generalizando
Existem diversas tecnologias de redes de
comunicação e padrões utilizados no
domínio automotivo. Pode-se verificar que uma tendência natural é a aplicação de
uma tecnologia já consolidada através de um padrão definido por um orgão
internacional (por exemplo j1939) ou uma tecnologia proprietária através de um
consórcio bem definido e especifico (por exemplo, LIN)
X-BY-Wire
Steer – by – wire (direção por fio)
Thorttle – by –wire (aceleração por fio) Brake – by –wire
Steer – by – wire
http://www.mathworks.com/company/newsl
Redes ECU
Questionário
Defina sistema automotivo. Defina ECU, I/O e UCP
Cite três funções automativas controladas
eletronicamente
Quais são as vantagens de implementar as
funções automotivas eletrônicamente
Especifique os principais componentes de uma
ECU automotiva.
O que é arquitetura de computação
centralizada e distribuída.
Sistemas de Assistência ao
Motorista (DAS)
Baseiam-se em funções que auxiliam o
motorista na condução e operação do
veículo, as quais são orientadas e divididas em três categorias principais:
Segurança (safety-DAS) Conforto (confort-DAS)
Safety-DAS
Os sistemas safety-DAS tratam de questões
relacionadas à segurança ativa do veículo durante a condução, tendo como exemplo o sistema de iluminação avançada, melhorando a iluminação da frente do veículo na rodovia e oferencendo ao motorista uma iluminação
ótima. Outro exemplo o sistema de frenagem de emergencia automática, ao detectar um objeto ou obstaculo à frente, aciona os freios para reduzir a velocidade do veículo e
minimizar os efeitos de uma colisão. E por fim um dos mais conhecidos o ABS.
Confort- DAS
Os sistemas que visam garantir o conforto
do motorista e dos ocupantes durante a
dirigibilidade são denominados sistemas de assistência ao motorista orientados ao
conforto. Alguns exemplos são o Adaptative Cruise Control, Park assistant.
Economy - DAS
Os sistemas de assistencia ao motorista
baseados em economia são denominados economy-DAS. Tratam de questões
relacionadas à economia de combustivel e as legislações ambientais. As funções de economia de combustível são opções
estratégicas quando usuários demandam frotas de veículos para transporte de
Powertrain
É o conjunto responsável pela propulsão do
veículo composto pelo motor (combustão interna, elétrico ou hibrido), embreagem, sistemas de transmissão e driveline. Uma ECU pode controlar os componentes
independentes ou os principais, como EMS (Engine Management System) e TMS
Arquitetura eletrônica
Automotiva
Antes de explorarmos as mais variadas
alternativas tecnológicas para arquiteturas elétricas, devemos ter em mente o que
significa a expressão “Eletrônica
Embarcada”. Eletrônica Embarcada
representa todo e qualquer sistema eletro-eletrônico montado em uma aplicação
móvel, seja ela um automóvel, um navio ou um avião.
Arquitetura eletrônica
Automotiva
Sistemas desenvolvidos dentro deste
contexto têm sido disponibilizados pelos mais variados fornecedores de
componentes automotivos e empresas montadoras de veículos, dando a
impressão ao motorista e passageiros de que o controle do automóvel é totalmente integrado, muitas vezes deixando a
sensação de existência de uma única unidade de controle inteligente – uma espécie de cérebro.
Arquitetura eletrônica
Automotiva
A relação entre algumas informações disponíveis em
um automóvel e algumas funções afetadas por elas.
Perceba que, enquanto o sinal da Chave de Ignição é importante no funcionamento dos cinco sistemas apresentados, o sinal de Velocidade do Motor
Arquitetura eletrônica
Automotiva
As formas como os diversos sistemas de
controle são implementados e interconectados em uma aplicação embarcada são chamadas de Arquiteturas Eletro-Eletrônicas (ou
simplesmente Arquiteturas Elétricas).
No setor automotivo, dentre os diversos
conceitos de arquitetura elétrica atualmente utilizados, podemos destacar dois: Arquitetura Centralizada e Arquitetura Distribuída.
Arquitetura eletrônica
Automotiva
Centralizada
No caso da Arquitetura Centralizada, uma
única ECU é responsável por todo o tipo de controle existente no sistema.
Vantagens
Simplicidade do Hardware utilizado na
implementação do sistema, sendo
constituído basicamente pelos sensores e atuadores, uma ECU para o devido controle do sistema e, obviamente, o cabeamento que os conecta.
Todos os dados de entrada estarão
disponíveis à ECU durante toda a operação do sistema, não sendo crítica a lógica de varredura e coleta de informações de cada um dos sensores existentes.
Desvantagens
Grande quantidade de cabeamento requerido
para conectar os sensores e atuadores à ECU, especialmente em grandes aplicações, o que dificulta a manufatura do veículo e a sua
eventual manutenção.
Limitação das possibilidades de expansão do
sistema, uma vez que qualquer alteração na ECU significará a modificação de seu Hardware e/ou Software e, eventualmente, na condição de trabalho das funções originais do sistema.
Distribuída
Existe a possibilidade de se utilizar, em um
mesmo sistema de controle, várias ECU´s interligadas, dividindo entre elas a
execução das diversas funções existentes no veículo.
Vantagens
Quantidade reduzida de cabeamento do
sistema, uma vez que, tendo várias ECU´s disponíveis, poderemos instalá-las bem
próximas aos sensores e atuadores,
reduzindo o cabeamento mais pesado da implementação, formado basicamente por pares e pares de fios utilizados na conexão das entradas e saídas nas ECU´s.
Menor tempo de manufatura do veículo
(exatamente pela menor quantidade de cabeamento necessário).
Vantagens
Maior robustez do sistema de controle, por
termos reduzido as possibilidades de quebra de um dos circuitos ou o aparecimento de mal contato em determinado conector
(novamente pela menor quantidade de cabeamento necessário).
Permite a ampliação do sistema com
significativa facilidade, garantindo que
alterações em uma determinada função do veículo, impactem somente em uma ou em parte das ECU´s.
Vantagens
Facilita a criação do software de aplicação
de cada ECU, uma vez que possibilita a sua modularização e distribuição de
responsabilidades entre elas.
Possibilita a modularização do projeto do
sistema e da execução dos testes de
validação, aumentando a confiabilidade da implementação e reduzindo os prazos
Desvantagens
Obriga a utilização de um meio de comunicação
entre as ECU´s, meio este comumente chamado de
Protocolo de Comunicação.
Implica na existência de um software de controle
para a rede de comunicação que interliga as ECU´s, cuja dificuldade de desenvolvimento depende
diretamente da escolha do protocolo de comunicação.
Difícil determinação da taxa de transmissão ideal
para uma dada aplicação, o que impacta
diretamente nos tempos internos do software de controle e na escolha dos componentes eletrônicos a serem utilizados no projeto das ECU´s.
Centralizada X Distribuída
tendência da relação entre a
responsabilidade de cada ECU de um determinado sistema de controle e a complexidade deste sistema como um todo, nessas duas alternativas –
Conclusão
Analisando friamente cada um dos
conceitos de arquitetura apresentados, não só do ponto de vista da evolução
tecnológica, mas também das
possibilidades futuras de expansão de funções com o mínimo de alteração no sistema de controle do veículo como um todo, podemos considerar a Arquitetura Distribuída a mais interessante.
Conclusão
Diante deste posicionamento, faz-se
necessária a utilização de um protocolo de
comunicação que permita a interconexão das ECU´s e a troca dos dados pertinentes a cada uma das funções controladas pelo sistema. Nesta linha de raciocínio, dentre os diversos protocolos de comunicação existentes, os de comunicação serial mostram-se tecnicamente mais adequados e, mais adiante, dentro desta classe de protocolos, o CAN (Controller Area Network) tem grande destaque.
