Electrónica Digital y Redes de Comunicación en Sistemas Automotrices

Fundamentos de Electrónica Digital y Sistemas de Control

Combinaciones de Puertas Lógicas

Un decodificador es un circuito digital que tiene una entrada binaria y múltiples salidas. Tendrá tantas salidas como posibles combinaciones binarias (2ⁿ).

Un codificador es un circuito digital que realiza la función inversa al decodificador. Posee 2ⁿ entradas y n salidas, en las que aparece el código binario según haya sido activada la entrada correspondiente. Si no se activa ninguna entrada, la salida siempre permanece inactiva.

Un multiplexor es un circuito digital con varias entradas de datos y una sola salida. Funciona como un conmutador de n posiciones, realizado con puertas lógicas.

Un demultiplexor es un circuito digital que hace la función contraria al multiplexor. Posibilita la conexión de una entrada con alguna de las salidas, dependiendo de la combinación de las líneas de control.

Estructura de los Sistemas de Control Electrónico

La Unidad de Control Electrónico (UCE) procesa la información y la adapta para dar salida a los actuadores. Tiene cuatro funciones básicas:

• Recibe las señales de entrada.
• Procesa la información.
• Almacena información en su memoria.
• Emite señales de salida.

Componentes Clave en Sistemas de Control

Los sensores son capaces de convertir cualquier parámetro físico en una magnitud eléctrica. Pueden ser activos o pasivos. Según el principio de funcionamiento, se clasifican en:

• De efecto Hall
• Termoeléctricos
• Piezoeléctricos

Los actuadores son los dispositivos a los que se envían las órdenes de salida procesadas en la UCE. Según su funcionamiento, se pueden clasificar en:

• Electromagnéticos
• Calefactores
• Electromotores
• Acústicos

Evolución de las Redes en el Automóvil

En la actualidad, prácticamente todos los sistemas se controlan gracias a la electrónica debido a sus ventajas:

• Control preciso y reacción más rápida.
• Menor número de piezas móviles.
• Sistemas simplificados.
• Posibilidades de autodiagnóstico.
• Desarrollo de nuevos sistemas.

Transmisión de Datos en Sistemas Automotrices

La unidad de datos digital más pequeña se denomina bit. A mayor número de bits, más información se puede transmitir. Para la transmisión de datos se requieren al menos cuatro bits. La agrupación de cuatro bits se llama nibble y la de ocho, byte.

Elementos de Comunicación de Datos

Un bus de datos es la línea de comunicación que permite intercambiar la información bidireccionalmente. Está formado por un conjunto de conductores eléctricos. Para construir un bus se pueden utilizar varios soportes:

• Hilo de cobre
• Fibra óptica
• Ondas de radio
• Infrarrojos

Comunicación en Serie y Paralela

La transmisión de datos en serie se realiza más lentamente que en paralelo, pero requiere menos cableado. Es la más utilizada en ciertos contextos automotrices.

Lenguaje o Protocolo de Comunicación

Para que dos unidades de control se comuniquen, necesitan un mismo lenguaje o protocolo. Los más utilizados son: VAN, CAN, LIN, MOST, entre otros.

Conceptos de Trama y Mensaje

Se denomina trama de comunicación a la sucesión de bits organizados en varios campos o bloques, cada uno con un rol particular. De la estructura que configure la trama dependerá el protocolo de comunicación.

La transmisión del mensaje sigue un proceso que incluye:

1. Emisor
2. Codificador
3. Medio de transmisión
4. Decodificador
5. Receptor

Redes de Comunicación Automotriz Específicas

Red VAN (Vehicle Area Network)

La red VAN está compuesta por hilos trenzados denominados data y data/. Esta red permite la conexión de hasta 16 unidades maestras o esclavas. Trabaja a velocidades entre 62 y 125 kbits/s. Esta red está dedicada a funciones de visualización de instrumentación, radio, climatización, navegación, entre otras.

Red CAN (Controller Area Network)

Desarrollada a mediados de los años 80 por Bosch, la red CAN permite que los datos circulen para ser utilizados por las unidades que lo precisen. Un sistema de identificación define el contenido del mensaje y lo prioriza.

Ventajas de la Red CAN:

• Menos sensores y cables.
• Bajo porcentaje de fallo.
• Transmisión de información muy rápida.
• Permite centralizar las funciones de diagnóstico.
• Está normalizada según ISO.
• Para añadir información suplementaria solo se necesitan modificaciones del software.

Para las tensiones del bus de datos, es necesario conocer el umbral de conexión, la diferencia entre picos y la tensión básica de onda.

Un Gateway es un microprocesador que posibilita el intercambio de datos entre los subsistemas de red CAN.

Red LIN (Local Interconnect Network)

La red LIN utiliza un solo cable sin apantallar. Establece un intercambio de datos entre las unidades esclavas (hasta 16) y una maestra. Se suele montar en zonas localizadas para la transmisión de un mismo sistema (unidad maestra, unidades esclavas y el cable).

Red MOST (Media Oriented Systems Transport)

La red MOST se utiliza para la transmisión de datos de entretenimiento.

Ventajas de la Red MOST:

• La información se transmite de forma digitalizada.
• La transmisión de datos se realiza por medio de ondas luminosas.
• Menor número de cables.
• Mayor seguridad.

Red FlexRay

La red FlexRay es un sistema de alta velocidad, creado para conseguir elevadas velocidades de transmisión de datos, especialmente en aplicaciones de seguridad y control de chasis.