40
Ing. John Jairo Ceballos
Ing. Germán Erazo L.
Ing. Alexandra Corral
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
Email : jjceballos@espe.edu.ec
macorral@rspe.edu.ec
wgerazo@espe.edu.ec
SISTEMA DE DIAGNÓSTICO PREDICTIVO PARA AUTOMOTORES BAJO
NORMA OBD II, CON CONEXIÓN INALÁMBRICA WI-FI Y
CONTROLADORES TÁCTILES DE LA MARCA APPLE.
Resumen.
El incremento en el número de componentes del
vehículo controlados electrónicamente mediante
ECU es continuo. Si bien, la cooperación entre esas
y el acceso a la información que circula por ellas, o
entre ellas, el conjunto de sensores y actuadores,
sigue quedando restringido a los fabricantes de
vehículos y las grandes empresas fabricantes de
componentes, es necesario la creación de nuevas
interfaces intuitivas y de rápido acceso de comuni-
cación con estos componentes, para la utilización de
ingenieros y aficionados en el campo automotriz, en
las áreas correspondientes al diagnóstico y el
confort.
El presente artículo relaciona el análisis e interpre-
tación de los diferentes sistemas eléctricos,
electrónicos y mecánicos de los diferentes tipos y
marcas de automóviles, que mantengan un sistema
de comunicación OBD II.
I. INTRODUCCIÓN.
La utilización de sistemas de comunicación con
redes de tipo inalámbricas, es el tipo de enlace apto
para el intercambio de información, tomando en
cuenta los tiempos de respuesta, que en este caso son
muy altos, y los medios en los cuales van a ser insta-
lados.
La introducción de sistemas táctiles de la marca
Apple, ha contribuido a la mejora de los sistemas
inalámbricos, con aplicaciones desarrolladas para
actividades específicas de industrias especiales.
En este caso, en la industria automotriz, permite
mantener un sistema de información organizada y
universal, así como permite establecer una base de
datos determinada para cada unidad y marca, la
misma que será utilizada en casos de revisiones, o de
diagnósticos de tipo preventivo, cuando el usuario
así lo requiera.
Toda la estructura se basa en el manejo del protocolo
OBDII respectivo (ISO 9141-2, SAE J1850 VPW,
SAE J1850 PWM, ISO 15765 (CAN), etc.), por lo
que es requerimiento indispensable establecer un
lenguaje informático optimizado para su enlace, en
este caso inalámbrico.
La utilización del lenguaje Objetive-C es la herrami-
enta funcional adecuada debido a sus características
de alto desempeño en conexiones wireless, y su tasa
rápida de respuesta tanto en conexión de subida
como de bajada.
Físicamente, el esquema de conexión, está com-
puesto por una interfaz de lectura de códigos de tipo
OBD II con generador de señal de emisión de datos
Wi-Fi, un software de aplicación desarrollado en una
interfaz única de usuario (NUI) y compilado en
Objetive-C, un dispositivo táctil de la marca Apple
(IPhone, Ipad), y una red establecida de registro de
información periódica e individual para cada modelo
y tipo de automotor analizado.
Utilizando el diseño del que fue hecho el dispositivo
táctil, podemos aplicar herramientas tecnológicas de
medición de avanzada, como son los acelerómetros
micrométricos, los inclinómetros y giroscopios
digitales, de gran importancia en el análisis tanto de
vibraciones y oscilaciones causadas por el movimiento
y la velocidad, las fuerzas G que soporta tanto en
aceleración y frenado, en el caso del acelerómetro; y
el nivel de sujeción al suelo, y viraje del automóvil
Figura 1. Diagrama de Bloques de un Sistema
de Comunicación Inalámbrica
Figura 2. Acelerómetro digital microméctrico
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
41
La utilización del diseño realizado nos permite
recibir información de los siguientes parámetros
controlados por la ECU, dependiendo del nivel de
tecnología del que este compuesto:
• Velocidad del motor.
• Compresión y vacío.
• Aceleración, poder y torque.
• Consumo de combustible.
• Avance al encendido.
• Temperatura del refrigerante.
• MAP
• MAF
• Ajuste del combustible.
• Presión del combustible.
• Relación aire/combustible, etc.
II. DISEÑO DE LA RED DE COMUNICACIÓN
Nuestra red de enlace, entre dispositivo táctil e inter-
faz de generación de señal, se ve optimizada, tanto
en comunicación de envío como de recepción, con la
utilización de la interconexión de tipo WI-FI ya que,
en comparación del resto de tipos de tecnologías de
comunicación, nos da las siguientes características:
• Alcance hasta 100 mts en lugares abiertos,
dependiendo de estado meteorológicos y otros
factores de recepción, como alcance del genera-
dor de señal, alcance del receptor, etc.
• Fiabilidad Alta, con la utilización de una
máscara de subnet y una dirección IP estática
propia, y un puerto de comunicación dedicado
para el envío y recepción de bits de infor-
mación.
• Ancho de Banda de 3 Mbps nominal, más
que suficiente para cadenas de datos que van
desde 120kb hasta 1Mb como tope de infor-
mación.
• Obstáculos e interferencias que esta red
puede sobrepasar, los mismos que son mínimos,
ya que el automóvil no está diseñado como un
espacio totalmente cerrado para la comuni-
cación de radiofrecuencias.
• Seguridad de transmisión mediana para ser
una medio inalámbrico.
• Programación compatible con la empleada
en el dispositivo, que es de tipo Objetive-C,
nativa de aplicaciones UNIX para dispositivos
táctiles.
• Protocolos de comunicación IEEE 802.11b,
óptimos con el receptor y el generador de señal,
que utilizan protocolos de tipo estándar
802.11a/b/g. Protocolos de comunicación.
Determinado el ambiente en el que se va a desarrollar
el enlace, para la conexión entre interfaz y módulo de
control, primero se debe inicializar el OBDNet o red
informática encriptada OBDII. Para realizar este
proceso en Objetive-C se llama a la función
OBDNetInitialize, la misma que analiza y
informática se esta utilizando, para enviar infor-
mación que sea de lectura para nuestro respectivo
protocolo.
Después de haber inicializado OBDNet, se
requierecrear una nueva función con el nombre
OBDNET_HANDLE para identificar nuestra
conexión, en este caso inalámbrica WI-FI. Con ésta
nosotros podemos extender nuestra red punto a
punto a una red en malla, para no solamente tener un
dispositivo táctil al alcance, sino varios tablets
recibiendo y enviando información al mismo
tiempo.
Para finalizar el proceso, la IPA llama las siguientes
funciones complementarias:
• OBDNetCreate para crear una red inicial
con valores en tiempo real fundamental para
que, en el manejo de varios vehículos de
estudio, no permita la conjunción de datos entre
unidades analizadas.
• OBDNetWorker para designar parte de la
programación a cada campo de análisis que
nuestra interfaz requiera, por ejemplo el estudio
de PIDs, GLCds, medidores de tiempo real, y
parte de diagnóstico predictivo.
III. DESENCRIPTACIÓN DE INFORMACIÓN
EN OBJETIVE-C
Inicializado el enlace, la programación se debe
conectar al respectivo servidor de envío de
información, creado entre el generador de
señal y la salida del puerto OBDII del
automóvil. Este servidor de envío es diferente de
acuerdo a la complejidad de la ECU, y a la cantidad
de dispositivos electrónicos que esta maneja.
La función OBDNetConnection permite entrar en
este servidor, cuyo único requisito es que tengamos
OBDNET_HANDLE activo como parte de la red.
Como paso inicial de la obtención de datos, la ECU
siempre envía primero una lista completa de PIDs
activos, si este fuera el caso, como primer parámetro
de análisis. La función OBDNetGetPidList realiza
este estudio, con información procedente de datos
enviados de cada PID por la función
OBDNET_CALLBACK_PID _LIST_ITEM.
Como ejemplo de la desencriptación de información,
tomaremos un valor tipo de gran utilidad, en este
caso el OBDNET_PID_VALUE
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
42
Así se procede con las demás funciones incluidas en
la programación, dependiendo de la lectura que se
quiera obtener, del PID que se desea analizar y del
instrumento que se aplique en ese momento,
teniendo en ocho grandes grupos estas funciones:
• Función de inicialización.
• Función de creación.
• Función de estado.
• Función de corrección.
• Función de conexión.
• Funciones complementarias.
• Funciones de parámetros.
• Funciones de enlace.
Definidas las funciones, la información envíada
sigue un esquema de análisis en etapas, como se lo
demuestra en este esquema:
Se sigue una serie de procesos, antes de llegar a la
información requerida por la IPA, que en el caso del
diagrama anterior, es el cálculo de la aceleración en
tiempo real, que depende en primera instancia de la
corrección en la constante de la velocidad, y de los
cálculos de las variables SAE.VSS y CALC.VSS_C,
cuyos parámetros provienen directamente de la
OBDNet.
IV. PERSONALIZACIÓN DE LA INTERFAZ
GRÁFICA DE USUARIO (NUI)
Para proveer al usuario un sistema amigable de uso y
de interpretación, parte del diseño final comprende
la personalización de una interfaz gráfica de usuario,
la misma que por lenguaje de programación de obje-
tos complementario Visual Basic SDK, hace uso del
dispositivo táctil y del resto de complementos
tecnológicos correspondientes a cada estudio.
Como cualquier proyecto basado en lenguaje Visual
Basic, este programador compilador tiene la pecu-
liaridad que al mismo momento que realiza la
edición de características y funcionalidad, desarrolla
toda la secuencia informática
Uso
Establece el valor real de lectura informática
en bits del parámetro PID que se requiera. Se
puede obtener mediante la utilización de la
función OBDNetParameterGetCurrentValue o
mediante el callback de definición #define
OBDNET_CALLBACK_STREAMING_PID
_VALUE.
• PidValueType es el tipo de dato que la
estructura contiene. Puede ser
OBDNET_PID_
VALUETYPE_NUMBER, en caso de
valores numéricos únicos,
POBDII_PID_VALUETYPE_ STRING
en caso de una cadena de valores específi-
cos OBDII. Además indica si este valor es
válido para EnglishValue - EnglishVal-
ueString en el sistema inglés de medición,
o MetricValue - MetricValueString en el
sistema métrico.
• TimeStamp establece el número de
milisegundos desde que la petición de
información.
• EnglishValue, el valor en el Sistema
Inglés, si el PidValueType es
POBDII_PID_ VALUETYPE_
NUMBER.
• MetricValue, el valor en el Sistema
Métrico, si el PidValueType es
POBDII_PID_VALUETYPE_
NUMBER.
• EnglishValueString, una cadena de
valores en el sistema inglés, si el PidValu-
eType es POBDII_PID_VALUETYPE_
STRING.
• MetricValueString, una cadena de
valores en el sistema métrico, si el
PidValueType es POBDII_PID_
VALUETYPE_STRING.
• UniqueId identifica el PID específico.
Por ejemplo “SAE.RPM”, etc.
Sintaxis
Parámetros
typedef struct
{
unsigned long PidValueType;
unsigned long TimeStamp;
double EnglishValue;
double MetricValue;
const char * EnglishValueString;
const char * MetricValueString;
const char * UniqueId;
} OBDNET_PID_VALUE;
Figura 3. Diagrama de procesos OBDII
Figura 4. Programador – Compilador de
objetos Visual Basic SDK
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
43
requerida por cada acción ya en Objetive-C, que a
diferencia de los lenguajes C y C++, optimiza la
utilización de memoria, y el uso de recurso tanto en
las llamadas de variables, como en las peticiones de
retorno o Callback.
El software divide a nuestra plantilla en varias
grupos de acción, medidores, gauges digitales, GLCDs
dinámicos de alta velocidad de respuesta, visualizadores
de inclinómetros, lectores de acelerómetros y valores
alfanuméricos correspondientes, los mismos que
pueden ser interpretados tanto en el sistema inglés
como en el sistema métrico de medición.
En lo relacionado a las características de la acción de
cada objeto, se despliegan dos grupos que modifi-
can, en primera instancia, los detalles gráficos del
botón correspondiente (color, tamaño, fondo,
imagen, etc), y los parámetros intuitivos en tiempo
real (cambios de tamaño, color, valores, ubicación,
etc), todo automatizadamente, sin que intervenga la
acción del usuario a no ser que sea estrictamente
necesario.
Para finalizar en el proceso de personalización de la
herramienta de diagnóstico y medición, se deben
establecer los valores de recepción y envío de la
información tomada desde el servidor OBDNet, de
acuerdo al respectivo protocolo OBDII conforme al
fabricante, en el apartado de edición de funciones y
callbacks SDK como se lo señala en el siguiente
gráfico:
Terminado el proceso de personalización, solo nos
queda introducir nuestra interfaz gráfica en la IPA de
comunicación dentro del dispositivo táctil Apple
escogido (IPAD, IPHONE, etc.).
V. CONEXIÓN, PRUEBAS Y RESULTADOS.
Para comprobar el excelente funcionamiento de
nuestro diseño ya introducido en la IPA, vamos a
conectarnos inalámbricamente con los servidores de
datos OBDNet de dos diferentes vehículos, un
Mazda 3 1.6 full, y un Chevrolet Optra 1.8 estándar.
Cada uno con listas de PIDs diferentes, en cuanto a
componentes y a sensores, actuadores que intervienen
en el sistema mecánico - electrónico.
El enlace físico entre el generador de señal WI-FI y
el dispositivo táctil con la respectiva IPA diseñada,
es establecer nuestra dirección IP y pronunciar la
identificación DHCP de la Tablet.
La tecnología WI-FI tiene varios parámetros
(Dirección IP, Máscara de Subnet y dirección de
router), los mismos que establecen una identidad
virtual que ubica a cada dispositivo como receptor o
generador dentro de la comunicación.
En la aplicación se utiliza los siguientes identifica-
dores:
Dirección IP: 192.168.0.11
Máscara de Subnet: 255.255.255.0
Se utiliza un dirección IP con unidad 11 para evitar
interferencias y que los envíos no se multipliquen en
el ambiente, ya que por lo general, las redes de tipo
infraestructura usan unidades que varían desde el 1
hasta el 10.
Conectado al servidor, nuestra IPA lee toda la lista de
PIDs disponibles para el automóvil analizado, pudiendo
nosotros adicionar PIDs de lectura adicionales si el
caso asi fuera necesario.
Figura 7. Funciones y callbacks SDK de la IPA.
Figura 5. Editor de GLCDs dinámicos y
gauges electrónicos
Figura 6. Edición de acción y reacción de
botones y medidores.
Figura 8. Lectura de datos mediante GLCDs.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
44
Definida la lista de PIDs que deseamos que el
servidor nos informe, es momento de utilizar el
diseño personalizado que contiene los medidores,
GLCDs y gauges digitales para comprobar la tasa de
envío de bits.
El servidor OBDNet del Mazda 3 1.6 full, en gauges
digitales, dio valores correspondientes a las RPM, el
TPS o sensor de posición de la mariposa de aceleración,
el APP o sensor de posición del pedal de aceleración
respectivo, cuyos valores son:
• RPM: 3211
• TPS: 27%
• APP: 15%
Así vamos comprobando los PIDs que va recibiendo
por medio de la interfaz, que en el caso del Mazda 3
nos da valores de MAP, MAF y Boost que demues-
tran el buen estados de estos componentes, parte
fundamental de un buen diagnóstico preventivo y
predictivo.
Como device adicional al comportamiento del auto-
motor, y utilizando el acelerómetro como el girosco-
pio incorporado en el dispositivo táctil de la marca
Apple, se desarrollo un analizador de viraje e incli-
nación del carro con respecto al nivel del suelo total
tierra.
Del análisis de ambos automotores, podemos sacar
una tabla de composición de componentes, con lo
que hay que señalar en primera instancia el nivel de
tecnología del que esta compuesto cada sistema de
cada automotor, la complejidad en la totalidad de
PIDs disponibles por cada ECU, la compatibilidad
universal con diferentes tipos y marcas, y el estado
de los componentes que son nuestra meta a cumplir
en el campo del diagnóstico predictivo.
Tabla 1. Valores medidos de los Gauges y GLCDs.
En la tabla 1 se observan los valores obtenidos por
medio de los gauges personalizados previamente,
comprenden a los valores de compresión promedio,
que en ambos casos están en el rango normal de
acuerdo al fabricante, al vss o sensor de velocidad
del vehículo que como se encuentra inmóvil en el
momento del estudio da el valor 0, las RPMs en las
que se hizo la medición, el nivel de apertura de la
mariposa de aceleración TPS en esas revoluciones y
el nivel de presión aplicada sobre el pedal del
acelerador como en el caso único del Mazda.
Tabla 2. Valores medidos mediante el data logging y
sensores actuadores.
Figura 10. Lectura de gauges digitales.
Figura 11 Lectura de flujo de aire, poder y
economía de combustible.
Figura 9. Lista de PIDs estándar de lectura
para el Mazda 3 1.6 full.
Figura 12. Lista de PIDs estándar de lectura
para el Mazda 3 1.6 full.
Comprensión
VSS
RPM
TPS
APP
170 PSI average
SI 0
SI 2829rpm
SI 24%
SI 14%
160 PSI
SI 0
Si 2910rpm
SI 27%
NA
Mazda 3 1 . 6 Optra 1.8
COOLANT TEMP
LOAD
MAF
MAP
Si 80ºC
23.9%
Si 1.1
Si 5.9 inHg
Si 75ºC
13.7%
Si 0.27
Si 7.1 inHg
Mazda 3 1 . 6 Optra 1.8
PID
VEHÍCULO
PID
VEHÍCULO
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
45
En esta tabla se visualizan los valores de temperatura
del refrigerante, la carga que soporta el motor el
momento del estudio, el estado del MAF y la
medición en pulgadas de mercurio inHg del MAP.
VI. CONCLUSIONES
• El estudio de la OBDNet, no es de uso
exclusivo de fabricantes de automóviles, scan-
ners exclusivos, ni de programadores privados
automotrices.
• La utilización de IPAs programadas en
lenguaje Objetive-C son óptimas para el análisis
y el estudio del campo informático de sistemas
OBDII.
• La personalización de plantillas con objetos
activos del tipo Visual Basic, permite al usuario
crear una guía propia con las mediciones que en
verdad se crean necesarias en cada caso, y la
forma como se presentan en la interfaz gráfica
de usuario.
• El uso de un dispositivo móvil de la marca
Apple, facilita en gran cantidad los procesos de
identificación de ordenes de software a hard-
ware, ayudando en gran parte a la reducción de
conflicto en el ancho de banda de la red inalám-
brica WI-FI, con el consiguiente beneficio en la
mejora de la tasa de envío y recepción de bits.
• El uso de nuestro diseño, es potencialmente
aplicable a las áreas de diagnóstico predictivo y
preventivo de automotores, telemetría, com-
petición y de docencia aprendizaje en el área de
la informática automotriz muy poco explorada
actualmente.
• Nuestro diseño es compatible para la mayoría
de marcas disponibles en el mercado actualmente,
siempre y cuando tengan una infraestructura
tecnológica informática de tipo OBDII, con un
protocolo compatible de los anteriormente
señalados, y un puerto que sea adaptable a nuestro
generador de señal WI-FI.
VII. BIBLIOGRAFÍA.
Altenberg, A (2008). Become an Xcoder. Estados
Unidos: Cocoalab Edit
Chevrolet (2000). Manual de Servicio Optra Chevy.
Brasil.
Hernández, L (2008). Lenguaje Objetive-C. El
Principio. Madrid: MacProgramadores.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
CAMINO A LA EXCELENCIA
E
E
P
S
