Tipos de sinais elétricos no diagnóstico automotivo gerados pelos sensores e atuadores

No veículo nós temos muitos sensores e atuadores, cada um têm um sinal característico. A compreensão correta de cada sinal nos abre um leque de possibilidades no diagnóstico automotivo.  

Vamos conhecer os principais sinais e algumas características. 

O equipamento apropriado para este tipo de diagnóstico é o osciloscópio.  O multímetro tem seu papel importante na oficina, mas é limitado para a captura de sinais rápidos.  Como abordado anteriormente, cada componente do veículo terá um sinal característico e o diagnóstico será feito por comparação com uma imagem padrão de referência e/ou a análise de amplitude, frequência, período e tensões do sinal.   

Sinal analógico e sinal digital

Um sinal digital pode ser considerado como um sinal elétrico que assume duas posições: 0(zero) ou 1 (um). Pense no interruptor da lâmpada da sua casa, no qual temos duas situações distintas: ligado ou desligado.  Na eletrônica digital também podemos dizer que o resultado pode ser “verdadeiro” ou “falso”.  A representação pode ser vista na figura 1, em que temos a representação da tensão em função do tempo. Quando a tensão está em zero volts (pense em um interruptor desligado) chamamos de nível lógico baixo.  Para um valor diferente de zero, o sinal assume um valor definido pelo sistema em questão, que pode ser 5 Volts, 12 volts ou outro valor.  Este seria o nível lógico alto. 

Na figura 2 temos um bom exemplo de sinal digital.  O gol com motor 1.0 8v e sistema de injeção MP9.0 tem um corpo de borboleta que é equipado com um interruptor que informa à UCE a condição de marcha lenta.  Na marcha lenta temos um valor de 0 Volts quando a borboleta e tensão de bateria quando a borboleta é acionada.  Bem verdade que este valor podemos ver com um multímetro por ser um sinal lento, mas nem sempre será assim.  

Vejamos o caso da figura 3,em que capturamos o sinal da roda do ABS Fiat Palio 1.4 2013. Neste sinal, o sinal digital tem sua frequência proporcional à velocidade do veículo.  A frequência de trabalho e nível de tensão do sensor magneto resistivo não possibilita o teste com o multímetro/voltímetro gráfico. 

Já o sinal analógico, podemos ter mais de dois estados possíveis. Na realidade, podemos ter valores infinitos de amplitude com o decorrer do tempo.  No gráfico em função do tempo, a variação é contínua e não abrupta como no sinal digital.  Para facilitar o entendimento, pense na temperatura do veículo desde a primeira partida até o acionamento da ventoinha do sistema de arrefecimento: a temperatura sobre gradualmente, sem pulos, sem variação brusca.  Outro exemplo seria o sinal da sonda lambda que, de acordo com a concentração de oxigênio no escapamento, muda continuamente os valores de tensão de 100 a 900 milivolts.

Algumas classificações de acordo com o formato:

Sinal analógico alternado - Esta forma de sinal apresenta uma oscilação repetitiva, ao longo do tempo, regularmente entre níveis predefinidos (figura 5).  Acredito que essa seria a nomenclatura correta para a classificação do sensor CKP (sensor de rotação), e não onda senoidal.  As ondas senoidais e cossenoides são definidas por equações matemáticas e apresentam um gráfico uniforme, diferente do sinal do sensor CKP que possuem uma falha referente à falta de dois dentes da roda fônica.  Uma representação pode ser vista na figura 5. 

Sinal de Onda quadrada – um sinal digital padrão, que alterna regularmente e instantaneamente entre os dois níveis, que podem ou não incluir o zero.  Vimos no exemplo da figura 1 que o nível lógico baixo estava em zero volts, mas isto não é uma regra.  Na eletrônica, podemos ter um nível lógico negativo. 

Sinal onda triangular (figura 7) - Uma onda triangular é uma espécie básica de forma de onda não senoidal que recebeu este nome devido ao seu formato semelhante a um triângulo.   Este sinal não é comum entre sensores e atuadores, entretanto conseguimos um exemplo ao capturar a corrente elétrica do motor do atuador de um corpo de borboleta de Hyundai Azera V6 (figura 8).  No canal 1, verde claro, temos a tensão pulsante de acionamento do motor elétrico DC e no canal 2, cor azul, a corrente elétrica consumida pelo motor. 

Sinal digital usado para controle de um circuito:  PWM

A modulação por largura de pulso ou PWM (Pulse Wirth Modulation) surgiu da necessidade de controlar a velocidade de motores de corrente contínua e, atualmente, é muito utilizada como forma de controle nas mais variadas aplicações. Com uma frequência fixa, um componente controlado pelo negativo pulsante tem seu funcionamento controlado, “vamos dizer assim”, pela quantidade de negativo recebido.

Desta forma o sistema controla o aquecedor do sensor de oxigênio, a eletroválvula de comando variável, eletroventiladores, bombas de combustível, lâmpadas, etc. Na figura 9, capturamos o acionamento do eletroventilador do radiador de um Jeep Renegade Flex, na qual observamos um sinal digital e com uma frequência fixa de 100 Hertz. 

Diagnóstico avançado:  transformar um sinal digital em analógico

Sensores automotivos que leem pressão ou fluxo de ar geralmente apresentam uma saída de tensão analógica.  Por exemplo, um sensor MAP (pressão absoluta do coletor) responde instantaneamente a cada aceleração e mostra uma tensão contínua no osciloscópio ou modo gráfico do scanner.  Outro exemplo seria o sensor de fluxo de ar que geralmente responde linearmente a cada aceleração, como pode ser visto na figura 10.  

O sensor de fluxo de ar deste Honda Civic fica instalado no tubo de admissão de ar do motor e de acordo com o fluxo de ar admitido do motor, gera um sinal de tensão proporcional.   Estes sinais são relativamente fáceis de testar com o osciloscópio, todavia há sensores que enviam um sinal digital que varia a frequência de acordo com a pressão ou fluxo de ar lido. Interpretar o sinal digital destes sensores na marcha lenta é razoável, mas a resposta dinâmica (aceleração), torna-se um tanto penosa, pois temos que medir continuamente a variação de frequência a cada solicitação do acelerador.  

A figura 11 mostra o sinal obtido no sensor de fluxo de ar de um Chevrolet Prisma.  O sinal é digital (não PWM), assumindo dois valores: zero e 5volts.  Sua frequência varia de acordo com o ar que sugado pelo corpo de borboleta.  Para um teste eficaz do sensor, usamos um recurso avançado do analisador de motor ucraniano AUTOSCOPE IV, que através de um algoritmo específico, permite a “transformação” da onda digital em onda analógica, mostrando o comportamento linear do sensor a cada solicitação de aceleração.  A figura 12 mostra a transformação do sinal digital da figura 11, facilitando o nosso diagnóstico. 

Além das matérias do jornal, estamos no canal TV Oficina Brasil com dicas e aulas ao vivo abordando as matérias publicadas.  Uma ótima oportunidade para tirar dúvidas ao vivo comigo e com Laerte Rabelo, veteranos pilotos de osciloscópio do fórum OB.  Vejo vocês lá.