sistemas electronicos y multiplexado can bus
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8/10/2019 Sistemas Electronicos y Multiplexado CAN Bus
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Antonio Lles Yebra I.E.S. Sierra de Guara - Huesca
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Los sistemas electrnicos de
control en el automvil
La implantacin de sistemas automticos de control en el
automvil comenz con la aparicin de los primeros sistemas deinyeccin electrnica de gasolina sustituyendo al carburador. Selogr as una dosificacin exacta del combustible para su mejorcombustin y la optimizacin del rendimiento del motor.
Desde la gestin del motor se ha ido ampliando la aplicacin delcontrol electrnico y actualmente lo podemos encontrar en todos
los sistemas del automvil: motor, traccin, seguridad, confort,comunicacin,
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ESTRUCTURA DE UN SISTEMA AUTOMTICO DE CONTROL
UNIDAD
ELECTRNICA
DECONTROL
ENTRADAS PROCESO SALIDAS
SENSORES ACTUADORES
Informacin rdenes
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EJEMPLO: SISTEMA DE INYCCIN-ENCENDIDO FIAT BRAVO
1. Centralita gestin motor 9. Sensor posicin mariposa 15. Conector diagnosis 21. Bomba combustible
2,3. Rel y electroventilador 10. Sonda lambda 16. Electrovlvula canister 22. Bujas encendido
4,5. Sensor y velocmetro 11. Conmutador arranque 17. Regulador ralent 23. Bobinas encendido
6. Caudalmetro 12. Sensor detonacin 18. Cuentarrevoluciones 24. Mdulo encendido
7. Sensor rgimen motor 13. Sensor de fase motor 19. Inyectores 25. Centralita inmovilizador
8. Sensor temperatura 14. Compresor clima 20. Rels del sistema
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ACTUADORES
Se conectan en las salidas de la unidad electrnica de control.
Reciben las rdenes de ejecutar tareas concretas bajo el control delsistema.
Transforman una corriente elctrica de mando en movimiento, calor,luz, etc.
Los actuadores pueden ser motores, electroimanes, bombas,
lmparas, electrovlvulas, resistencias, etc. La corriente elctrica de mando puede ser continua de valor fijo ode valor regulable y tambin puede ser una seal PWM.
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UNIDAD ELECTRNICA DE CONTROL
La unidad electrnica de control ( ECU, calculador, centralita,unidad de mando, ) constituye el cerebro del sistema yest integrada por varios bloques con misiones especficas.
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ARQUITECTURA DE BLOQUES DE UNA U.E.C.
PROCESADOR
Reloj
Interfacede
entradas
Interfacede
salidas
MemoriaROM
MemoriaRAM
AutodiagnosticoIntersistemas
E
ntradas
Salidas
Red
multiplexada
Lneade
diagns
tico
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COMPONENTES DE LA U.E.C.
Interface de entradas: Realiza el acondicionamiento de las sealesenviadas por los sensores. Segn los tipos de seales, estas pueden
requerir conformacin, amplificacin, filtrado o conversin A/D.
Procesador: Siguiendo la cadencia marcada por el reloj procesa los datosque recibe de los sensores segn los programas almacenados enmemoria. De este proceso resultan las rdenes para el desarrollo de las
operaciones de trabajo que ejecutarn los actuadores.
Interface de salidas: Transforma las seales de salida del procesador enseales de mando con la forma y el nivel de potencia requeridos por losactuadores. Ello incluye conversin D/A, conformado y amplificacin.
Reloj: Genera los pulsos de funcionamiento del sistema.
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COMPONENTES DE LA U.E.C.
Memoria ROM: Es memoria de slo lecturay aqu estn almacenadoslos programas, datos y curvas caractersticos, valores tericos, etc.Pueden ser programables (PROM, EPROM,)
Memoria RAM: Es memoria de lecturay escrituray aqu se almacenan
temporalmente los datos de trabajo durante la ejecucin de unprograma. Se borran cada vez que se desconecta el sistema.
Intersistemas: Permite enviar y recibir datos de otros sistemas a travsde la red multiplexada. Incluye una interface de red y un gestor deprotocolo.
Autodiagnstico: Vigila el buen funcionamiento del sistema, activa elmodo de emergencia cuando sea necesario, memoriza las anomalasdetectadas y permite el dilogo con un terminal de diagnosis.
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LA NUEVA CONFIGURACIN DE LOSCIRCUITOS ELCTRICOS
En el circuito tradicional loselementos de control (llave,pulsador,...) funcionan como
interruptores de potencia
controlando directamente lacorriente que hace funcionar losactuadores.
En los circuitosactuales el
elemento de controldel actuador es un
rel o transistorincorporado en launidad de control
electrnico delsistema.
Los elementos de control tradicionales funcionan ahoracomo emisores de seales que sern procesadas por launidad de control que decidir activar al rel o transistor
correspondiente.
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LA COMPLEJIDAD DE LAS INSTALACIONESELCTRICAS EN LOS AUTOMVILES ACTUALES
La mejora en las prestaciones de los automvilesactuales ha llevado a introducir un gran nmero de
sistemas controlados por la electrnica.
Ello significa un elevado nmero de unidadeselectrnicas de control que adems han de estar
comunicadas entre s en muchas ocasiones lo que haceenormemente compleja la instalacin elctrica del
automvil: componentes, cableado, interconexiones,
Para simplificar la instalacin
los fabricantes han recurrido ados soluciones
LA INTEGRACIN
EL MULTIPLEXADO
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QU ES LA INTEGRACIN ?
La integracin consiste en agrupar varias funciones en una sola unidad.
Por ejemplo:
CALCULADOR GESTINMOTOR
CALCULADOR
HABITCULO(BSI, BC, GEM,)
Incluye sistemasde inyeccin,encendido,
antipolucin,refrigeracin,
Incluye: cierre,alarma einmovilizacin,
iluminacininterior yexterior,limpieza,
desempaado,sealizacin,
optimizacin deconsumos,elevalunas,
etc,etc.
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QU ES EL MULTIPLEXADO ?
Es un sistema de interconexin entre componenteselectrnicosnormalmente unidades de control o sensores
inteligentes que consiste en que por una sola lnea (bus)circulan diversas informaciones en forma de sealesdigitales codificadas.
0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0
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POR QU EL MULTIPLEXADO ?
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Evolucin histrica del cableado
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COMUNICACIN ENTRE CALCULADORES
SISTEMA CONVENCIONAL Y SISTEMA MULTIPLEXADO
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Calculadormotor
Calculadorsuspensin
CalculadorABS/ASR
COMUNICACIN ENTRE CALCULADORESSISTEMA CONVENCIONAL Y SISTEMA MULTIPLEXADO
Calculadormotor
Calculadorsuspensin
CalculadorABS/ASR
Calculadorcambio
automtico
Calculadorcambio
automtico
Calculadorayuda
aparcamiento
Calculadorayuda
aparcamiento
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Sistema multiplexado :
Un solo sensor
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LAS REDES MULTIPLEXADAS
El soporte de transmisin de la informacin.
La magnitud fsica que transporta la informacin.
La estructura de la red.
Las reglas de transmisin o protocolo.
El conjunto de calculadores interconectados y el bus que losune recibe el nombre de red multiplexada.
En el automvil se utilizan redes multiplexadas de tiposdiferentes siendo las caractersticas principales que los definen
las siguientes:
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EL SOPORTE DE TRANSMISIN DE LAINFORMACIN
Puede ser cable, fibra ptica, ondas de radiofrecuencia, infrarrojos, etc.En el automvil los soportes ms utilizados son:
Un cable sencillo: Red LIN
Dos cables trenzados: Redes VAN y CAN.Por ellos circulan dos seales invertidas.
Fibra ptica: Red MOST.Permite muy alta velocidad detransmisin pero es muy cara y
presenta problemas deinstalacin.
As se evita la radiacin de parsitos y se consigue lainmunidad frente a perturbaciones exteriores.
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LA MAGNITUD FSICA QUE TRANSPORTA LAINFORMACIN
DATA
DATA
VAN
01
LIN CANBaja velocidad
CANAlta velocidad
1 0CAN H
CAN L
En la red MOSTde fibra ptica la informacin es transportada por la luzque emite un LED de longitud de onda de 650 nm (color rojo). La
codificacin se hace por modulacin de frecuencia.
En las redescon bus de
cable lainformacin
se transmiteporvariacionesde tensinelctrica
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LA ESTRUCTURA DE LA RED
Los calculadores pueden ser maestros o esclavos: Un calculador maestroes capaz de comandar un calculador esclavo pero no al revs.
Un calculador esclavo solo puede introducir datos en la red a instancia deun calculador maestro y puede recibir de un maestro rdenes paraejecutar. Por el contrario un calculador maestro puede intervenir en
cualquier momento.
Maestro
Esclavo
Maestro
Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Maestro Maestro Maestro
Maestro Maestro Maestro MaestroMaestro
Red Maestro-Esclavos( LIN, VAN Car, )
Red Mulimaestro-Multiesclavo ( VAN Confort )
Red Multimaestro( CAN, VAN, )
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LAS REGLAS DE TRANSMISIN O PROTOCOLO
Cada tipo de red multiplexada tiene sus reglas de transmisin o protocoloque especifica fundamentalmente:
-- La velocidad de transmisin.
-- La lista de mensajes y su codificacin.
-- La estructura y lista de identificadores ( valores, periodicidades,prioridades, )
-- La estructura de las tramas ( nmero de bits u octetos, posicin decampos, codificacin, )
-- El modo de emisin de tramas ( peridico, eventual,)-- Las reglas de comunicacin ( respuesta en la trama, acuse derecibo,)
-- Las reglas de diagnstico.
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LA VELOCIDAD DE TRANSMISIN
Red LIN: Velocidad muy baja 9.6 a 19.2 Kbit/s Red B-CAN, VAN Car: Velocidad baja 50-62.5 Kbit/s
Redes VAN Confort, CAN LS, CAN Confort:Velocidad media-baja 100-125 Kbit/s
Redes CAN HS, C-CAN, CAN Traccin: Velocidadalta 250-500 Kbit/s
Red MOST: Velocidad muy alta 21-24 Mbit/s
Expresa el caudal de bits que en cada segundo pueden circularpor la red. En consecuencia determina tambin el tiempo de lospulsos de reloj (time slot). As, por ejemplo, una velocidad de
transmisin de 500 kbit/s determina unos pulsos de 2 s.
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LA ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS
Se llama trama a cada paquete de informaciones (bits) queconstituye un mensaje en la red
El inicio del mensaje
La identificacin deldestinatario
La prioridad del mensaje
La naturaleza del mensaje
La verificacin del mensaje El acuse de recibo por el
destinatario
El fin del mensaje
Los datos de un
mensaje no puedenintroducirse
aisladamente en lared sino que es
necesario formar una
trama con otrasinformacionesdigitales codificadas
organizadas encampos para indicar:
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LA RED CAN (Controler Area Network)
Desarrollada por Bosch para facilitar la transmisin de datos entreunidades electrnicas es la ms extendida actualmente.
Utiliza como soporte un bus formado por dos cables trenzadosllamados Can H y Can L por los que circulan seales invertidas y encuyos extremos se colocan resistencias para evitar los rebotes deseal que podran producir errores y fallos en la red.
Existen diferentes tipos de red CAN que utilizan velocidades detransmisin diferentes oscilando entre 50 y 500 Kbit/s segn el tipode red. El sistema CAN puede alcanzar tericamente 1000 Kbit/s.
La estructura de la red CAN es del tipo multimaestro. Algunos tipos de red CAN pueden funcionar en modo degradado(ej:CAN LS Fault Tolerant) y en otras una anomala en uno de loscables provoca la parada de toda la red (ej:CAN HS)
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2 - 4 s
CAN H
CAN L
1 0
LAS SEALES EN LA RED CANDE ALTA VELOCIDAD
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LAS SEALES EN LA RED CANDE BAJA VELOCIDAD
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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA CAN
Comienzo detrama(1bit)
Sincroniza losrelojes
Campo de estado(11 bit).Define el destino y laprioridad del mensaje
Campo de comando(6bit) Se especifica la cantidad deinformacin contenida en el campo de datos para que el
receptor verifique que ha recibido la informacin completa.
Campo de datos(hasta 8 octetos,
64 bit mx.)
Campo de acuse de recibo(2 bit)El receptor confirma al emisor que
ha recibido el mensajecorrectamente.Bit RTR
Consulta
o dato
Campo de verificacin(16 bit)Asegura que el mensaje no
tiene fallos de transmisin
Fin de trama(7bit)
Separacin de tramas: Al terminar una trama es obligatorio dejar un espacio de 3 bit antesde empezar la siguiente.
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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA CAN
TRAMA CAN EN EL OSCILOSCOPIO
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COLISIN Y ARBITRAJE
Cuando un calculador se dispone a emitir un mensaje, escucha la red
para comprobar si est libre. En caso contrario espera el cdigo de fin detrama (7 bits a 1), deja 3 bits libres y comienza a emitir. Si otro calculadorcomienza tambin a emitir en ese instante el campo identificador servir dearbitraje siendo preferente la emisin de un 0 (dominante) sobre la de un 1(recesivo) cuya transmisin quedar suspendida.
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LAS RESISTENCIAS DE TERMINACIN
Para evitar las seales rebotadas alfinal del bus las redes CAN colocan
una resistencia de 120Wen cadaextremo. La red B-CAN incorporaresistencias en cada calculador.
Las resistencias de fin de lneapueden servir adems para
comprobar la continuidad del bus.Un hmetro conectado entre los
cables CanH y CanL marcar 60W.
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LA INTERFASE DEL MULTIPLEXADO
Para poder poner en comunicacin al procesador con la red todo calculador CAN necesita unainterfase de multiplexadoque consta de un controlador de protocolo y una interfase de lnea.
El controlador de protocoloen modo de emisin recibe los datos del procesador y loscodifica segn el protocolo CAN aadiendo los campos necesarios para completar la trama.
Trabajando en modo de recepcin recibe la trama y extrae los datos para el procesador.
La interfase de lneaest formada por la interfase de emisin y la interfase de recepcin.La interfase de emisinconvierte la trama binaria en los niveles de tensin propios de cadacable del bus. La interfase de recepcinconsta de un amplificador diferencial que compara
las tensiones en los dos cables del bus y efecta la conversin a una seal lgica.
La recepcin diferencial anulalos parsitos inducidos en el bus
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LA RED VAN (Vehicle Area Network)
Desarrollada por PSA y Renault para sistemas de carrocera yconfort.
Utiliza como soporte para transmitir la informacin un bus formadopor un par de cables de cobre trenzados de 0,6 mm2llamadosDATA y DATA/ que portan seales invertidas de 0 y 5v.
Existen diferentes tipos de red VAN cuyas velocidades detransmisin oscilan entre 62.5 y 125 kbits/s. segn el tipo de red(VAN Car. o VAN Confort).
Las redes VAN pueden tener diferentes tipos de estructurapudiendo ser Maestro-Esclavos, Multimaestro-Multiesclavo oMultimaestro.
La red VAN es tolerante a las averas del bus y puede funcionar enmodo degradado.
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LAS SEALES EN LA RED VAN
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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA VAN
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LA RED LIN (Local Interconnet Network)
Desarrollada por un consorcio auspiciado por Motorola y en el que seintegraron Audi, BMW, DaimlerChrysler, Volvo, Volkswagen,Communication Tecnologies AB y Valeo.
La red LIN es una subred local que cablea los diferentes componentesde una funcin. Por lo tanto no es una red de comunicacin entre
sistemas sino entre los diferentes componentes (centralita, sensores,actuadores,) de un mismo sistema. Por ello la estructura de la red LIN es del tipo Maestro-Esclavos. Utiliza como bus de comunicacin un solo cable de cobre de 0,35 mm.2
No requiere proteccin especial contra losparsitos dado su carcterlocal y su elevada tolerancia en los niveles de tensin que definen cadaestado.
La velocidad de transmisin de datos es de 9,6 a 19,2 kbits/s. La red LIN no puede funcionar en modo avera.
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LAS SEALES EN LA RED LIN
1
0
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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA LIN
1 Synch Break Field: Pausa de sincronizacin. Indica el comienzo delmensaje. Contiene 13 bits (mnimo) a 0.2: Lmite de sincronizacin: Indica el comienzo de la sincronizacin. Contiene1 bit (mnimo) a 1.3 Synchro Field: Sincroniza los relojes. Contiene 10 bits alternos.
4 Identifier Field: Identifica el tipo de mensaje, a quin va dirigido y si esmandato o peticin de dato. Contiene 10 bits.5 Data field:Contiene las rdenes o datos a transmitir en paquetes de 10 bits6 Checksum Field: Campo de control de datos. Contiene 10 bits.
SBF SF IF DF1 DF2 CF
FUNCIONAMIENTO DE A RED IN
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FUNCIONAMIENTO DE LA RED LIN
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LA RED MOST (Media Oriented Systems Transport)
Es una red multiplexadautilizada en los sistemas deinformacin y entretenimiento.
Utiliza un bus de fibra ptica
por el que circula la luz emitidapor un LED con una longitudde onda de 650 nm (luz roja).
La velocidad de transmisin esmuy alta: 21 Mbits/s.
Sus componentes se conectansegn una estructura anular.
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LA COMUNICACIN EN LA RED MOST
1 El transceptor MOST pone en
comunicacin la unidad de controlcon la unidad de transmisin yrecepcin, codificando y descodifi-cando el protocolo MOST.
2 FOT o unidad de transmisin yrecepcin, consta de un diodo LEDque convierte las seales elctricasen luminosas y un fotodiodo querealiza la funcin inversa.
3 Las seales luminosas recorren el
anillo de fibra ptica LWL.4 La unidad de mando a la que le
corresponda recoge la informacindel anillo (recepcin) o la enva(transmisin).
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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA MOST
Campo de comienzoo prembulo ( 4 bits ) Campo delimitador
que separa elprembulo de los
datos ( 4 bits )
Campo de datosque contiene propiamentela informacin a transmitir
( 480 bits )
1 y 2 bytes de verificacincontienen los datos de control ydiagnosis ( 8 + 8 bits )
Campo de estadoque contiene informacinsobre la transmisin de latrama al receptor ( 7 bits )
Campo de paridadrevisa por ltima vez si la tramaest completa o se ha de repetir
la transmisin ( 1 bit )
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EJEMPLOS DE APLICACIN DE REDESMULTIPLEXADAS
La implantacin de redes multiplexadas en los vehculos actualeses muy variable en cuanto a nmero y clase de redes existentes y alnmero de nodos de que consta cada red.
A continuacin se mostrarn ejemplos sobre diferentes modelos dealgunos fabricantes que muestran diferentes configuraciones deredes con sus nodos.
Cuando un mismo vehculo implementa tipos de redes diferentesdebe haber un calculador que incluya un componente llamado
pasarela (gateway) para comunicar unas redes con otras.
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LA PASARELA ( GATEWAY )
Sirve para comunicar redes diferentes entre s. Para ello debetransformar los mensajes extrayendo los datos de una red emisoraque puedan interesar a otra red receptora y elaborar una tramanueva segn el protocolo de esta ltima.
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FIAT PUNTO1 red CAN con 5 nodos
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RENAULT SCENIC1 red CAN hasta 15 calculadores
OPEL CORSA
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OPEL CORSA1 red CAN V1 red CAN E
A15. Calculador habitculo
XD. Conector de diagnstico
A84. Calculador gestin motor
A112. Calculador transmisinautomtica o robotizada
A38. Calculador ABS ESP
A37. Calculador ABS
P3. Instrumentacin
XX. Otros calculadores
SEAT IBIZA
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SEAT IBIZA1 red CAN de motor1 red CAN de confort
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ALFA 1471 red B-CAN1 red C-CAN
Red B-CAN
Red C-CAN
ALFA 147
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ALFA 147
Red B-CAN de 50 kbit/s
Red C-CAN de 500 kbit/s
Estructura de la red B-CAN
Estructura de la red C-CAN
VW PASSAT
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VW PASSAT1 red CAN Propulsin
1 red CAN Confort
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CITROEN C41 red CAN
alta velocidad2 redes CANbaja velocidad
CITROEN C5
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CITROEN C51 red CAN Mecnica
2 redes VAN Carrocera
1 red VAN Confort
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TOYOTA LAND CRUISER1 red CAN 2 redes BEAN 1 red AVC-LAN
TOYOTA
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TOYOTALAND
CRUISER
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AUDIA4
Red CAN Propulsin
Red CAN Confort
Red CAN Info/ocio
Redes LIN volantemultifuncin y sensor
de lluvia y luminosidad
Red LIN faros