Comunicación Digital y Redes CAN en Automoción: Funcionamiento y Componentes

Transmisión de Datos y Comunicación Digital

Las unidades de control son dispositivos diseñados para recibir información de diversos sensores y enviarla a los actuadores, los cuales ejecutan acciones específicas. La comunicación digital constituye la base de todas las redes digitales y unidades de control. A diferencia de la técnica analógica, donde las señales varían continuamente, en la técnica digital solo existen dos estados: 0 y 1, equivalentes a conectado y desconectado. Estos estados se agrupan para formar mensajes codificados. La unidad de datos digital más pequeña se denomina bit. Para la transmisión de datos, se requieren al menos cuatro bits. Una agrupación de cuatro bits se llama nibble, y un grupo de ocho bits se denomina byte.

Bus de Datos

El bus de datos es la línea de comunicación que permite el intercambio bidireccional de información numérica entre las diferentes UCE (Unidades de Control Electrónico). Cada UCE determina si la información recibida a través del bus de datos es útil y procede a procesarla o rechazarla. Los buses de datos reducen la complejidad del conexionado, el tamaño de los conectores, el volumen de cables, el peso del vehículo y, por lo tanto, el consumo de combustible.

Para construir un bus de datos, se pueden utilizar diferentes medios:

• Hilo de cobre: para mensajes en señal eléctrica.
• Fibra óptica: para mensajes en señal luminosa.
• Ondas de radio: para mensajes en frecuencia de radio.
• Infrarrojos: para mensajes en señal luminosa transmitida sin hilo.

Comunicación en Serie y Paralela

En la comunicación en serie, las UCE están unidas por una sola línea de datos. La ventaja es la utilización de un menor número de cables y conectores, así como una menor complejidad. Su inconveniente es que la transmisión de datos es más lenta que en la paralela, aunque suficientemente rápida para su uso en vehículos.

En la comunicación paralela, existen varias líneas de datos entre las UCE. La ventaja de la transmisión paralela es su alta velocidad. Sus inconvenientes son la elevada necesidad de cables, conectores, mayor coste y complejidad.

Lenguaje o Protocolo de Comunicación

Para que varias unidades de control se comuniquen, es necesario que utilicen el mismo lenguaje y protocolo de comunicación.

Trama de Comunicación

Es la sucesión de bits organizados en varios campos o bloques, cada uno con una función particular. Estos bloques son: inicio, dirección, mensaje, comprobación y final.

Transmisión del Mensaje

El proceso de transmisión es bidireccional (una UCE puede ser emisora o receptora). Los componentes básicos que integran la red para la transmisión del mensaje son:

• Emisor
• Codificador
• Medio de transmisión
• Decodificador
• Receptor

Red CAN en Automoción

La red CAN (Controller Area Network) fue desarrollada por Bosch como una solución viable para la transmisión de gran cantidad de información en tiempo real entre UCE, sensores y actuadores en un tiempo muy reducido. El CAN-Bus es un sistema de redes en el que las unidades de control intercambian datos entre sí a través de dos únicos hilos conductores entrelazados.

Funcionamiento de la Red CAN: Transmisión de Datos

Los datos circulan por la red para ser utilizados por las UCE que los necesiten. A estos datos se les denominan mensajes. Cada UCE puede actuar como emisor o receptor. Un sistema de identificación define el contenido del mensaje y lo prioriza. Si los datos son relevantes para un sistema en concreto, se procesan; de lo contrario, son ignorados.

Ventajas de la Transmisión de Datos en la Red CAN

El bus CAN permite una comunicación de datos en serie con dos cables. Sus ventajas son:

• Si el protocolo necesita ser ampliado, solo se requieren modificaciones en el software.
• Bajo porcentaje de errores.
• Se necesitan menos sensores y cables.
• La transmisión de datos es muy rápida.
• El bus de datos CAN está normalizado a nivel mundial según ISO.
• Permite centralizar las funciones de diagnosis.

Descripción y Funcionamiento de los Componentes de la Red CAN

La red CAN está constituida por un controlador, un transceptor, dos cables para la transmisión de datos y dos resistencias en sus extremos. La función de cada componente es:

• Los cables del Bus: Son los encargados de transmitir los datos. Trabajan de forma bidireccional, enviando los datos a todas las UCE y recibiendo datos de estas. Un cable se llama CAN-High, para señales de nivel alto; y el otro se llama CAN-Low, para señales de bajo nivel. Se emplean dos cables para evitar alteraciones y distorsiones.
• El controlador: Recibe los datos a transmitir del microprocesador de la UCE, los acondiciona y los pasa al transceptor (de código decimal a binario). También trabaja de manera inversa.
• El transceptor: Está formado por un receptor que trabaja como amplificador diferencial integrado. Analiza las señales de ambas líneas, las retransmite a la UCE y las transforma en la tensión de salida del amplificador (de código binario a tensión). También realiza el proceso inverso.
• Las resistencias: Tienen por finalidad evitar que los datos transmitidos sean falseados o devueltos en forma de eco.

Gateway (Puerta de Acceso)

Las unidades de control no tienen por qué trabajar a la misma velocidad. Por ello, se utilizan diferentes sistemas de CAN, de alta y de baja velocidad. Se denomina Gateway o puerta de acceso a un microprocesador que posibilita el intercambio de datos entre los subsistemas de red CAN. Otra función del Gateway es la transmisión de datos de diagnóstico de los subsistemas de tracción y confort.

Áreas del CAN-Bus

Consta de las áreas de tracción, infotenimiento y confort.

• Las UCE del área de tracción son: del motor, frenos, cambio, airbag, palanca selectora, cuadro de instrumentos, sensor de ángulo de viraje y servodirección.
• Las UCE de infotenimiento son: navegación, interfaz de teléfono, DSP y radio.
• Las UCE de confort son: climatizador, puerta del conductor, acompañante, trasera izquierda y derecha, asistencia al aparcamiento, control de presión de neumáticos y memoria de posición del asiento del conductor.