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Diagnóstico de sistemas de eletrônica embarcada e as estratégias de detecção de falhas

Nesta matéria será analisada a estrutura de autodiagnóstico presente nos modernos sistemas de eletrônica embarcada e os recursos oferecidos para auxiliar na tarefa de diagnóstico

Por Humberto Manavella

Para o controle dos diversos sistemas de eletrônica embarcada, os veículos modernos se caracterizam por possuir unidades de comando (UCs), com funcionalidade similar à de um microcomputador, cuja estrutura básica possui os seguintes elementos: 

Memória, onde reside o conjunto de instruções que formam o programa ou "software" de controle.

-Microprocessador, que executa a seqüência de instruções. 

-Circuitos de entrada/saída, que adaptam os sinais de entrada às necessidades do microprocessador e os sinais de saída (comandos) aos requerimentos dos atuadores.  

Por sua vez, em cada UC é possível distinguir dois tipos de programas, os quais possuem funcionalidades bem definidas, como mostra a figura 1: 

1.Programa Principal: Encarregado de realizar a função para a qual foi projetado o sistema. Assim, a função do programa principal residente na memória da UC de um sistema de injeção/ignição é manter o motor funcionando da forma mais apropriada. 

2. Programa de Diagnóstico: Detecta defeitos, grava os códigos de falha correspondentes e implementa a função de comunicação com o equipamento de teste ("scanner"). 

Nos modernos sistemas de eletrônica embarcada, é identificado como "executivo de diagnóstico". 

A presença do programa de diagnóstico caracteriza os denominados sistemas OBD (do inglês: On Board Diagnostic ou "diagnóstico de bordo").  

Nota:A memória RAM (Random Access Memory, do inglês, memória de acesso aleatório) armazena os dados temporários resultantes da operação do programa principal e de diagnóstico. O seu conteúdo é perdido ao desativar a UC correspondente. 

A memória ROM (Read Only Memory, do inglês, memória de somente de leitura) armazena o programa principal e de diagnóstico. Tem a característica que o seu conteúdo não se perde ao desativar a UC correspondente com o que os programas ficam preservados. Utilizada nos primeiros sistemas de controle eletrônico, este tipo de memória foi substituído pela memória Flash cujo conteúdo não é perdido ao desativar a UC, mas que permite a sua reprogramação através do conector de diagnóstico.  

Por sua vez, a memória EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, do inglês, memória somente de leitura, programável e apagável eletricamente), permite a gravação pela própria UC, mas os dados permanecem após a desativação. Utilizada para armazenar informações como, por exemplo, valores de aprendizado ou de parâmetros de ajuste, que variam durante o funcionamento do programa, mas que não devem ser perdidos ao desativar a UC. 

O importante a ser lembrado é que o programa principal tem prioridade sobre o programa de diagnóstico. Este último é executado nos momentos em que o programa principal fica ocioso.

Por exemplo, nos sistemas de controle eletrônico do motor, o programa principal, a partir das informações recebidas dos sensores, calcula o tempo de injeção, o avanço da ignição e outros valores de comando de atuadores após o que passa o controle ao programa de diagnóstico. Este último é executado até que, no momento apropriado, o programa principal assume novamente o comando, para acionar o injetor, a bobina de ignição ou outro atuador. O ciclo acima se repete enquanto o motor permaneça funcionando. 

Observar na figura 2, como os programas se revezam no tempo, lembrando que o programa principal é prioritário. 

Funcionalidade do Programa de Diagnóstico 

Seja qual for o sistema de eletrônica embarcada diagnosticado, o programa de diagnóstico, também identificado como sistema de diagnóstico, cumpre duas funções básicas: 

-Detecção de defeitos e armazenamento dos códigos de falha correspondentes: É a função básica do programa de diagnóstico. 

-Comunicação com o equipamento de teste (scanner). Tem por objetivo: 

- Informar as falhas detectadas; 

- Visualizar valores de parâmetros de funcionamento do sistema; 

- Realizar testes nos diversos atuadores. 

É o programa principal que, em função das falhas detectadas, passa a controlar o sistema correspondente na condição de “emergência”. Assim, no caso do controle do motor, se a falha tem relação com a sonda lambda, o sistema passa a operar em malha aberta.  

Estrutura do Programa de Diagnóstico 

O programa de diagnóstico apresenta a mesma estrutura, não importando o sistema de eletrônica embarcada no qual esteja implementado. A compreensão da funcionalidade dos modos, que compõem a referida estrutura, é condição fundamental para a obtenção de máximo proveito na utilização do equipamento de diagnóstico ("scanner"). 

Nos modernos sistemas digitais de eletrônica embarcada, a utilização do scanner é, na grande maioria dos casos, o primeiro passo na seqüência de diagnóstico. 

A seguir e com base nas informações recuperadas, passa-se à fase de verificações com multímetro, osciloscópio e/ou outros instrumentos.

Modos do Programa de Diagnóstico 

Os modos de diagnóstico que serão analisados a seguir são os mecanismos que permitem, utilizando o "equipamento de diagnóstico" ("scanner"), visualizar as informações de funcionamento e comandar a realização de testes, no sistema de eletrônica embarcada que está sendo avaliado.

Quase a totalidade dos programas de diagnóstico, que fazem parte das unidades de comando (UCs) dos sistemas de eletrônica embarcada, apresentam os seguintes modos de teste: (fig. 3). 

-Modo falhas: Através deste modo são recuperados os códigos de defeito gravados na memória. Em alguns casos, o código é acompanhado com a identificação da condição da falha naquele momento: presente, intermitente. Este modo é complementado com o modo "apagar falhas da memória". Nos sistemas pré-OBDII, tanto o tipo e número de falhas detectadas, como os códigos que as identificam, são totalmente dependentes do fabricante do veículo. Uma mesma montadora pode apresentar códigos diferentes para identificar um mesmo tipo de defeito, dependendo, por exemplo, da origem do veículo: americana ou européia. 

-Modo teste de atuadores. Através do diálogo entre o scanner e o programa de diagnóstico, é possível ligar/desligar atuadores. O tipo e número de testes disponíveis são, em grande medida, dependentes do fabricante do veículo e do modelo analisado. 

-Modo contínuo: Permite visualizar valores de parâmetros de funcionamento do sistema analisado. É denominado "modo contínuo" por alguns fabricantes ou "modo listar dados", por outros.  

-Modos complementares: Possibilitam a realização de ajustes específicos ao sistema de eletrônica embarcada diagnosticado. Utilizados em sistemas pré-OBDII e atualmente, no modo "proprietário" de alguns fabricantes, quando necessário. Por exemplo, permitem "zerar" os parâmetros adaptativos de ajuste de combustível; ajustar o avanço básico da ignição, entre outros bastante específicos. Dependem do sistema diagnosticado e variam bastante em número e funcionalidade. É, portanto, indispensável consultar os manuais do fabricante do veículo ou do equipamento de diagnóstico, para conhecer a funcionalidade de cada teste. 

Padrão OBDII 

O padrão OBDII, gerado no âmbito do comitê CARB do estado da Califórnia, tem 3 objetivos principais: 

1. Reduzir as emissões provocadas pelos veículos automotivos; 

2. Reduzir o tempo entre a ocorrência de uma falha e a sua detecção e reparo; 

3. Auxiliar no diagnóstico e reparo do defeito. 

A figura 4 apresenta os requerimentos básicos do programa de diagnóstico executado nas unidades de comando para atender aos objetivos apontados acima.

Para cumprir com tais objetivos, a norma especifica os testes de diagnóstico que deverão estar implementados nas unidades de comando de todos os sistemas de eletrônica embarcada relacionados com as emissões, basicamente, motor e transmissão automática. Também padroniza o diálogo entre o equipamento de teste (scanner) e as referidas unidades, definindo assim, um equipamento “genérico”. 

Basicamente, a norma OBDII estabelece que um código de falha (DTC) deve ser gravado quando, em função de falha num determinado componente ou sistema, as emissões atinjam o limite de 1,5 vezes o valor de certificação. O código correspondente deve identificar o componente ou sistema envolvido.  

 Dependendo do tipo de falha deve acender uma luz de advertência no painel. Deve também armazenar as condições de operação, representadas pelos parâmetros de funcionamento do motor (rotação, temperatura, carga, TPS, etc.), quando da primeira vez que ocorre a falha. Estas informações são os denominados Dados Congelados ou Quadro Instantâneo de Parâmetros - QIP. 

A norma estabelece também, que através do equipamento genérico seja possível recuperar e apagar os códigos e acessar todas as informações (parâmetros de funcionamento) relativas às emissões. 

A implementação do padrão OBDII não permite medir diretamente as emissões no escapamento. Detecta a condição de falha de forma indireta, fazendo cálculos baseados nas informações recebidas dos sensores. 

Em princípio, o objetivo do padrão foi o de definir as condições de verificação dos dispositivos e sistemas relacionados com as emissões veiculares e especificar um acesso uniforme aos resultados de tais verificações; isto, através de um único tipo equipamento "genérico" ou padrão para todos os veículos. 

Além da padronização das informações, outro objetivo do padrão OBDII foi o de substituir a verificação de emissões com análise de gases.  

Modo Genérico e Proprietário 

Desde o ponto de vista do equipamento de teste e do sistema de diagnóstico, no ambiente OBDII existem os conceitos: "genérico" e "proprietário". 

Genérico 

Este conceito diz respeito de todas as especificações que os fabricantes devem implementar de forma obrigatória, para permitir que equipamentos de teste de terceiros, identificados como "scanners genéricos", tenham acesso a um mínimo de informações de diagnóstico padronizadas.  

São as normas OBDII, precisamente, que especificam o tipo de informação e a forma em que esta deve ser acessada.  

Como resultado disto, um único equipamento permite realizar o diagnóstico em qualquer veículo que adere ao padrão OBDII. 

É importante salientar que o objetivo básico da norma é disponibilizar, de forma padronizada, o mínimo indispensável de informações relacionadas com as emissões, o que pode resultar insuficiente para a realização de um diagnóstico eficiente, principalmente, face à complexidade dos sistemas atuais.  

Basicamente, a utilização de um equipamento ("scanner") genérico permite: 

- Ler e apagar os códigos de falha armazenados na memória juntamente com o Quadro Instantâneo de Parâmetros (dados congelados). 

- Visualizar parâmetros de funcionamento do motor. 

- Visualizar o resultado de testes executados pelos monitores de diagnóstico. 

- Visualizar códigos de falha pendentes. 

- Realizar teste de atuador correspondente ao sistema de emissões evaporativas. 

- Apresentar informações sobre o protocolo de comunicação utilizado, VIN (número de identificação do veículo), entre outras. 

Proprietário 

Este conceito diz respeito das informações de diagnóstico que o fabricante deseje disponibilizar a mais, ou seja, fora do padrão.  

Em princípio, estas informações somente poderiam ser acessadas utilizando o equipamento de teste do próprio fabricante ou outro de terceiro que emule a funcionalidade do primeiro. Na totalidade dos casos, o uso de equipamento proprietário permite acessar todas as funcionalidades disponibilizadas pelo sistema de diagnóstico, as que resultam superiores em número e prestações àquelas especificadas pela norma OBDII. Praticamente, o fabricante disponibiliza informações e testes de diagnóstico, similares àqueles correspondentes aos sistemas pré-OBDII. 

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