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Características de un sistema Can Bus

Características de un sistema CAN Bus en el automóvil

¬°Bienvenid@, Petrolhead!¬†Este nuevo art√≠culo t√©cnico est√° orientado a definir y describir los principios b√°sicos del funcionamiento y caracter√≠sticas de la red de comunicaci√≥n Can Bus en el autom√≥vil*. ¬ŅTe quedas a conocer m√°s sobre este apasionante (y desconocido) sistema?

*NOTA: Este artículo es la base del siguiente, la segunda parte, Diagnóstico de línea CAN Bus. Solución de problemas, ejemplos y técnica. Recomiendo muy mucho leer esta primera parte antes de continuar con la segunda parte.

¬°√ćndice de contenido Petrolhead! ocultar

¬ŅObjetivos de este Art√≠culo T√©cnico?

Los objetivos que queremos alcanzar al final de este artículo son los siguientes:

 

¬ŅA qui√©n va dirigido este art√≠culo?

A cualquier persona con un mínimo de conocimientos técnicos sobre electricidad (si quieres aprender las bases de la electricidad pulsa aquí) y electrónica, o personal técnico con conocimientos básicos de electrónica y comunicación que deseen iniciarse en el diagnóstico de redes Can Bus, o para cualquiera que quiera aguantar el tostón, qué narices. Si eres lo suficientemente valiente para leer hasta el final este artículo este sentará las bases de tu conocimiento en esta tecnología del automóvil.

EXTRA: Libros sobre electricidad y electrónica en el automóvil

A lo largo del art√≠culo te recomendar√© libros m√°s generales sobre la electricidad y electr√≥nica en el autom√≥vil que creo que te ser√°n de mucha ayuda, pues son la base de este sistema CAN BUS. Te recomiendo hacerte con ellos y aprender c√≥mo funciona tu coche, ¬°pues cu√°nto m√°s sabes m√°s quieres aprender! ūüėĄ

Introducci√≥n ‚Äď La comunicaci√≥n

Vamos a hablar de un sistema de comunicación en el automóvil, y para entender mejor el concepto vamos a asimilar este modo de comunicación interno del coche con la forma de comunicación entre las personas. ¡Pero lo primero que tenemos que hacer es saber qué es la comunicación!

‚ÄúComunicaci√≥n es la actividad consciente de intercambiar¬†informaci√≥n¬†entre dos o m√°s¬†participantes¬†con el fin de transmitir o recibir significados a trav√©s de un sistema compartido de¬†signos¬†y¬†normas sem√°nticas. Los pasos b√°sicos de la comunicaci√≥n son la formaci√≥n de una intenci√≥n de comunicar, la composici√≥n del mensaje, la codificaci√≥n del mensaje, la transmisi√≥n de la se√Īal, la recepci√≥n de la se√Īal, la decodificaci√≥n del mensaje y, finalmente, la interpretaci√≥n del mensaje por parte de un receptor. A este conjunto de pasos se le llama protocolo.¬Ľ

Vamos a comparar el acto de comunicarse entre los humanos y el automóvil, pues el concepto básico es el mismo. Cuando las personas queremos comunicarnos en grupo existen varias posibilidades de comunicación. En una primera posibilidad, si un sujeto quiere compartir cierta información con varias personas puede enviarla de manera particular, repitiendo el mismo mensaje a cada interesado, siempre cumpliendo cierto protocolo, es decir, unas reglas de comunicación que aseguren que el mensaje enviado va a ser entendido.

Este mismo concepto podemos aplicarlo al autom√≥vil. En el pasado, si una unidad de control, sensor y/o actuador quer√≠a enviar determinada informaci√≥n deb√≠a de hacerlo a cada parte interesada a trav√©s de canales particulares de comunicaci√≥n, en este caso cables. Por ejemplo, si la unidad de control de motor quer√≠a compartir informaci√≥n con la unidad de control de cambio esta ten√≠a que usar un medio concreto (cable) por cada dato que quisiese enviar. Lo mismo ocurr√≠a si esta √ļltima quer√≠a enviar informaci√≥n a la primera.

¬ŅCu√°les eran los inconvenientes de este sistema de comunicaci√≥n? Una gran cantidad de cableado y conexiones, lo que supone peso, complejidad, posibilidades de fallo y coste adicional. Adem√°s, la informaci√≥n no pod√≠a ser conocida por otras unidades no conectadas expresamente para recibir esta informaci√≥n.

El n√ļmero resultante de conductores hac√≠a de la fiabilidad una pesadilla.¬† Para superar todos estos problemas desde hace un tiempo se ha introducido la comunicaci√≥n serial.¬† Como en este caso la cantidad de conexi√≥n de cables es mucho menor que la cantidad requerida para compartir se√Īales, la informaci√≥n requerida se env√≠a una tras otra en paquetes de datos.

Por lo que, en esta segunda opci√≥n de comunicaci√≥n, en contraste con la primera posibilidad, con el CAN Bus se transmite toda la informaci√≥n a trav√©s de dos cables, independientemente de la cantidad de unidades de control abonadas y de la¬† cantidad de informaci√≥n transmitida. En ambos cables bidireccionales del CAN Bus se transmiten los mismos datos, m√°s adelante veremos el por qu√©. Siguiendo el ejemplo anterior, ahora las unidades de control de motor y cambio est√°n conectadas √ļnicamente por dos cables, y a trav√©s de ellos env√≠an y reciben toda la informaci√≥n necesaria.

Si lo asemejamos a la comunicaci√≥n humana podr√≠amos decir que un sujeto env√≠a su informaci√≥n a todos los oyentes, usando un mismo canal de comunicaci√≥n, y cada persona toma la informaci√≥n si la necesita. Por ejemplo, un orador puede decir en alto a un grupo de personas que ‚Äúma√Īana llover√°‚ÄĚ. Todos los oyentes captar√°n y entender√°n el mensaje, pero no a todos les interesar√° esta informaci√≥n, por lo que estos la descartar√°n y esperar√°n al siguiente mensaje. Lo mismo ocurre con este art√≠culo, yo suelto la informaci√≥n a trav√©s de nuestra web, tu y cualquiera que lo est√© leyendo recibe la informaci√≥n, y cada uno¬†decide qu√© hacer con ella, si le interesa o no :)

Entonces ya podemos definir el primer concepto teórico sobre el CAN Bus. La transmisión de datos a través de este sistema de comunicación funciona de un modo parecido al de una conferencia telefónica (o más actual, una videoconferencia). Un abonado (unidad de control) envía sus datos, introduciéndolos en la red, mientras que los demás “coescuchan“ estos datos. Para ciertos abonados resultan interesantes estos datos, y por ello los utilizan. A otros abonados puede no interesarles esos datos específicos y los descartan.

En el sistema CAN Bus de un autom√≥vil este concepto se aplica a la mayor√≠a de las unidades de control, pudiendo crear ‚Äúredes locales‚ÄĚ entre determinados sistemas concretos, estableciendo diferentes niveles de importancia y velocidad de transmisi√≥n. ¬ŅCu√°l es la ventaja? Es un m√©todo escalable de comunicaci√≥n, pudi√©ndolo hacer tan grande y/o complejo como se necesite.

Esquema general de la línea CAN Bus

CAN Bus es un protocolo de comunicación en serie desarrollado por Bosch para el intercambio de información entre unidades de control electrónicas del automóvil.

‚ÄúCan‚ÄĚ significa ‚ÄúController Area Network‚ÄĚ (Red de √°rea de control) y ‚ÄúBus‚ÄĚ, en inform√°tica, se entiende como un elemento que permite transportar una gran cantidad de informaci√≥n.

Como hemos visto, este sistema permite compartir una gran cantidad de informaci√≥n entre las unidades de control abonadas al sistema, lo que provoca una reducci√≥n importante tanto del n√ļmero de sensores utilizados como de la cantidad de cables que componen la instalaci√≥n el√©ctrica.¬†De esta forma aumentan considerablemente las funciones presentes en los sistemas del autom√≥vil donde se emplea el CAN Bus sin aumentar los costes, adem√°s de que estas funciones pueden estar repartidas entre dichas unidades de control.

¬ŅQu√© componentes integran el CAN-Bus de datos?

Consta de un controlador, un transceptor, dos elementos finales del bus y dos cables para la transmisión de datos. Con excepción de los cables del bus, todos los componentes están alojados en las unidades de control. En el funcionamiento conocido de las unidades de control no se ha modificado nada.

El controlador CAN

Es el elemento encargado de la comunicación entre  el microprocesador de la unidad de control y el trasmisor-receptor. Trabaja acondicionando la información que entra y sale entre ambos componentes.

El controlador est√° situado en la unidad de control, por lo que existen tantos como unidades est√©n conectadas al sistema. Este elemento es el que determina la velocidad de trasmisi√≥n de los mensajes, que ser√° m√°s o menos¬† elevada seg√ļn el compromiso del sistema. Por ejemplo, en la l√≠nea de CAN Bus del motor-frenos-cambio autom√°tico la velocidad es de 500 Kb, y en los sistema de confort de 62.5 Kb. Este elemento tambi√©n interviene en la necesaria sincronizaci√≥n entre¬† las diferentes unidades de mando para la correcta emisi√≥n y recepci√≥n de los mensajes.

El transceptor CAN

Es un transmisor y un receptor. Es el elemento que tiene la misi√≥n de recibir y de trasmitir los datos,¬† adem√°s de acondicionar y preparar¬† la informaci√≥n para que pueda ser utilizada por los controladores, eso s√≠, sin modificarla.¬† Esta preparaci√≥n consiste en situar los niveles de tensi√≥n de forma adecuada, amplificando la se√Īal cuando la informaci√≥n se vuelca en la l√≠nea y reduci√©ndola cuando es recogida de la misma y suministrada al controlador.

El elemento final del bus de datos

Son resistencias conectadas a los extremos de los cables H y L (High y Low respectivamente). Sus valores¬† se obtienen de forma emp√≠rica y permiten adecuar el funcionamiento del sistema a diferentes longitudes de cables y n√ļmero de unidades de control abonadas, ya que impiden fen√≥menos de reflexi√≥n (como si fuera eco, para que nos entendamos) que pueden perturbar el mensaje. Estas resistencias est√°n alojadas en el interior de algunas de las unidades de control del sistema (definidas por cada fabricante, generalmente el cuadro de instrumentos, la unidad de control del motor, la unidad de control de la carrocer√≠a, etc) por cuestiones de econom√≠a y seguridad de funcionamiento.

Los cables del bus de datos

Son los canales a trav√©s de los cuales fluye la informaci√≥n. Funcionan de forma bidireccional y sirven √ļnicamente para la transmisi√≥n de los datos. Se denominan con las designaciones CAN-High √≥ H (se√Īales de nivel l√≥gico alto) y CAN-Low √≥ L (se√Īales de nivel l√≥gico bajo).

Transmisión de datos

El sistema CAN Bus es una red multiplexada (en castellano, que es capaz de transmitir informaciones simultáneas por el mismo medio) que está orientada hacia el mensaje y no al destinatario. Todas las unidades de mando pueden ser trasmisoras y receptoras, y  la cantidad de las mismas abonadas al sistema puede ser variable (dentro de unos límites). La información en la línea es trasmitida en forma de mensajes estructurados en la que una parte del mismo es un identificador que indica la clase de dato que contiene. Vamos, que como vimos antes toda forma de comunicación tiene que tener un protocolo.

Todas las unidades de control reciben el mensaje, lo filtran y solo lo emplean las que necesitan dicho dato. Hay que dejar claro que todas las unidades de control conectadas al sistema son capaces tanto de enviar como de recibir mensajes de la línea de datos. Cuando el bus está libre cualquier unidad conectada puede empezar a trasmitir un nuevo mensaje.

En el caso de que una o varias unidades pretendan introducir un mensaje al mismo tiempo en el bus,  lo hará la que tenga una mayor prioridad. Esta prioridad viene indicada por el identificador. El mensaje no va dirigido a ninguna unidad de mando en concreto, cada una de ellas reconocerá mediante este identificador si el mensaje le interesa o no. Cómo lo hace exactamente lo veremos más adelante.

El proceso de trasmisión de datos se desarrolla siguiendo un ciclo de varias fases:

Proveer datos: Una unidad de mando recibe información de los sensores que tiene asociados (r.p.m. del motor, velocidad, temperatura del motor, puerta abierta, etc.)

Su microprocesador pasa la informaci√≥n al controlador, donde es gestionada y acondicionada para a su vez ser pasada al trasmisor-receptor, donde se transforma en se√Īales el√©ctricas.

Transmitir datos: El controlador de dicha unidad transfiere los datos y su identificador junto con la petición de inicio de trasmisión, asumiendo la responsabilidad de que el mensaje sea correctamente trasmitido a todas las unidades de mando asociadas. Para trasmitir el mensaje ha tenido que encontrar el bus libre, y en caso de colisión o choque con otra unidad de mando intentando trasmitir simultáneamente, tener una prioridad mayor. A partir del momento en que esto ocurre, el resto de unidades de mando se convierten en receptoras.

Recibir, revisar y adoptar datos: Cuando la totalidad de  las unidades de mando reciben el mensaje, verifican el identificador para determinar si el mensaje va a ser utilizado por ellas. Las unidades de mando que necesiten los datos del mensaje lo procesan, si no lo necesitan, el mensaje es ignorado.

El sistema CAN Bus dispone además de mecanismos para detectar errores en la trasmisión de mensajes, de forma que todos los receptores realizan un chequeo del mensaje analizando una parte del mismo, llamado campo de aseguramiento, que veremos más adelante. Otros mecanismos de control se aplican en las unidades emisoras que monitorizan el nivel del bus, la presencia de campos de formato fijo en el mensaje (verificación de la trama), análisis estadísticos por parte de las unidades de mando de sus propios fallos etc.

Estas medidas hacen que las probabilidades de error en la emisión y recepción de mensajes sean muy bajas, por lo que es un sistema la leche de seguro.

Este planteamiento del CAN Bus, como puedes ver, permite disminuir pero mucho el cableado en el automóvil, puesto que si una unidad de mando dispone de una información, como por ejemplo, la temperatura del motor, esta puede ser utilizada por el resto de unidades de mando sin que sea necesario que cada una de ellas reciba la información de dicho sensor.

Características del Bus de datos

La información que circula a través de los dos cables (bus)  son paquetes de 0 y 1 (bit) con una longitud limitada y con una estructura definida de campos que conforman el mensaje. Recordemos que un bit es la unidad de información mínima (un estado de conmutación por unidad de tiempo). En electrónica, esta información básicamente  sólo puede tener el valor “0“ ó “1“ o, respectivamente, “Sí“ o “No“.

Cables

La información circula por dos cables trenzados que unen todas las unidades de control que forman el sistema. Esta información se trasmite por diferencia de tensión entre los dos cables, de forma que un valor alto de tensión representa un 1 y un valor bajo de tensión representa un 0. La combinación adecuada de unos y ceros forman el mensaje a trasmitir.

En un cable los valores de tensi√≥n oscilan entre 1,5V y 2,5V, por lo que se denomina cable L (Low) √≥ CAN_L, y en el otro, el cable H (High) √≥ CAN_H, lo hacen entre 2,5V y ¬†3,5V.¬† En caso de que se interrumpa la l√≠nea H o que se derive a masa, el sistema trabajar√° con la se√Īal de Low con respecto a masa, en el caso de que se interrumpa la l√≠nea L, ocurrir√° al rev√©s. Esto permite que el sistema siga trabajando con uno de los cables cortados o comunicados a masa, incluso con ambos comunicados tambi√©n ser√≠a posible el funcionamiento, quedando fuera de servicio solamente cuando ambos cables se cortan.

Fuentes par√°sitas

En el vehículo son fuentes parásitas los componentes en cuyo funcionamiento se producen chispas o se abren o cierran circuitos de corriente. Otras fuentes parásitas son por  ejemplo teléfonos móviles y radioemisoras, o sea, todo aquello que genera ondas electromagnéticas. Estas ondas electromagnéticas pueden influir en la transmisión de datos o incluso la pueden falsificar.

Las tensiones en ambos cables se encuentran respectivamente contrapuestas. Por ejemplo, si uno de los cables del bus tiene aplicada una tensión de aproximadamente 0 voltios, el otro tiene una de aprox. 5 voltios y viceversa. Por ello, la suma de tensiones es constante en cualquier momento y se anulan mutuamente los efectos electromagnéticos de campo de ambos cables del bus. El cable del bus está protegido contra la penetración de  fuentes parásitas y tiene un comportamiento casi neutro hacia fuera.

Si a esto le sumamos el trenzado entre ambas l√≠neas conseguimos anular los campos magn√©ticos y proteger al sistema de estas fuentes par√°sitas, del ruido electr√≥nico (incluso del producido por √©l mismo como hemos visto), evitando as√≠ que la se√Īal transmitida por el bus se falsee por cualquier interferencia. ¬ŅC√≥mo? Si existe alguna perturbaci√≥n en el voltaje de la se√Īal esta afectar√° por igual a ambos cables, por lo que los receptores ser√°n capaces de distinguir la se√Īal original, pues la diferencia de voltaje se mantendr√° intacta.

Por todo lo que hemos visto¬†no se debe modificar en ning√ļn caso ni el paso ni la longitud de dichos cabes.

Resistencia de la línea CAN

Antes hemos comentado que los dos elementos finales de la l√≠nea CAN (distintas unidades de control, definidas por cada fabricante, siendo generalmente el cuadro de instrumentos, la ECU del motor, u otras) tienen una resistencia interna caracter√≠stica, generalmente 120ő©.

Estas unidades finales, ambas de 120ő©, se encuentran conectadas en paralelo. ¬ŅQu√© valor obtendremos si queremos medir la resistencia de la l√≠nea CAN y todo funciona correctamente? 60ő©

¬ŅC√≥mo medimos esta resistencia? Lo primero de todo, y fundamental, es desconectar la bater√≠a. Despu√©s localizamos la toma m√°s f√°cil de medici√≥n, que generalmente es la toma OBD del coche. Por est√°ndar (salvo alg√ļn fabricante) los pines de la l√≠nea CAN en el conector OBD son el pin 6 (CAN High) y el pin 14 (CAN Low).

Si todas las unidades est√°n conectadas y todo funciona correctamente la resistencia que debemos obtener en la l√≠nea CAN es de 60ő© aproximadamente (tengamos en cuenta los errores del pol√≠metro).

Si, por ejemplo, alguna de las dos unidades de final de l√≠nea CAN est√°n ¬ęmuertas¬Ľ, defectuosas o desconectadas, lo que obtendremos ser√°n unos 120ő© entre los pines 6 y 14. Esta es una manera r√°pida para saber si alguna de las unidades finales est√° bien o no.

Qu√©date con la copla: Si todo va bien 60ő©, todo lo que no sea √©ste valor es que hay alg√ļn problemilla**.

NOTA: El resto de unidades conectadas a la l√≠nea CAN, las que no son las finales, suelen tener valores de resistencia muy altos. ¬ŅPor qu√©? Porque al estar conectadas en paralelo al bus, si por alg√ļn motivo falla alguna, afectar√° poco a la resistencia final de la l√≠nea (recordemos, 60ő© si todo va bien).

** En la segunda parte de este artículo, Diagnóstico de línea CAN Bus. Solución de problemas, ejemplos y técnica, trataremos con (mucha) profundida las averías que puedes encontrarte en la línea CAN Bus del coche, cómo diagnosticarlas, con qué herramientas, pasos a seguir y cómo solucionarlas. Recomiendo terminar este artículo antes de empezar con la segunda parte, porque si no te sonará a chino.

Ejemplos de transmisión de datos

En la tabla anterior se puede ver¬†la forma en que se puede transmitir informaci√≥n por medio de dos bits enlazados. Con dos bits se obtienen cuatro diferentes variantes.¬†A cada variante se le puede asignar una informaci√≥n espec√≠fica, con car√°cter formal para todas las unidades de control. Es decir, se le asigna una informaci√≥n que las unidades pueden entender, un lenguaje com√ļn.

En este ejemplo, si se transmite el primer bit con 0 voltios y el segundo tambi√©n con 0 voltios, la informaci√≥n en la tabla significa ‚ÄúLa¬† temperatura del l√≠quido refrigerante es de 10 ¬įC‚Äú. ¬†Si el primer bit transmite 0 voltios y el segundo 5 voltios lo que entender√° la unidad que lo recibe es ‚ÄúLa¬† temperatura del l√≠quido refrigerante es de 20 ¬įC‚Äú, y as√≠ sucesivamente. ¬ŅCu√°l es la limitaci√≥n? La cantidad de bits que se pueden transmitir. Veamos otro ejemplo.

Esta segunda tabla muestra la forma como aumenta la cantidad de información con cada bit adicional. Veamos cuánta información puede transmitirse con una cierta cantidad de bits.  Como ejemplo veamos otra vez cómo transmitir información de temperatura.  Con 1 bit se pueden tener solamente 2 valores diferentes, con 2 bits 4 valores, con 3 bits 8.  Cada bit adicional duplica la cantidad de información, lo que multiplica las posibilidades y la precisión de los datos que se quieren emitir. Estos diferentes voltajes son los que se transmiten por la línea del CAN Bus, y cómo dijimos antes, de forma simultánea y con voltajes contrapuestos. El detalle de un ejemplo genérico puede verse en la imagen anterior.

Protocolo de comunicación

Como hemos dicho antes, para que¬†que haya comunicaci√≥n es necesario que tanto emisor y receptor ‚Äúhablen‚ÄĚ un mismo lenguaje com√ļn. Han de entender cu√°ndo empieza y termina el mensaje, si el mensaje tiene sentido, si es correcto, si lo ha emitido correctamente el emisor y si lo ha entendido el receptor. Es decir, tiene que existir un mismo protocolo de comunicaci√≥n ¬ŅC√≥mo consigue esto el sistema CAN Bus? Ve√°moslo.

¬ŅQu√© transmite el CAN Bus de datos?

En intervalos de tiempo breves este sistema de comunicación transmite un protocolo de enlace de datos entre las unidades de control. Está compuesto por siete secciones. En la figura anterior se muestra la estructura de un protocolo de enlace de datos, y este es idéntico en ambos cables del bus. Para simplificar las explicaciones vamos a centrarnos en un solo cable del bus de datos.

Campo de comienzo del datagrama

Marca el comienzo del protocolo de enlace de los datos. En el cable CAN High se transmite un bit con aprox. 5 voltios (en función del sistema) y en el cable CAN-Low se  transmite un bit con aprox. 0 voltios.

Campo de estado

Se define la prioridad del protocolo. Por ejemplo, si¬†hay dos unidades de control que intentan transmitir simult√°neamente su protocolo de datos, se concede la preferencia al protocolo de prioridad superior. Los 11 bit de este campo se emplean como identificador que permite reconocer a las unidades de mando la prioridad del mensaje. Cuanto m√°s bajo sea el valor del identificador (m√°s bits con voltaje 0, dominantes, que veremos m√°s adelante) m√°s alta es la prioridad, y por lo tanto determina el orden en que van a ser introducidos los mensajes en la l√≠nea. Lo que se evita con esto es que todas las unidades ‚Äúhablen a la vez‚ÄĚ.

Campo de control

Se especifica la cantidad de información que está contenida en el campo de datos (la cantidad de lo que se transmite, no lo que se transmite en si). De esa forma, cada receptor puede revisar si ha recibido la información completa.

Campo de datos

Se transmite la información para las demás unidades de control. En este campo aparece la información del mensaje con los datos que la unidad de mando correspondiente introduce en la linea Can Bus. Puede contener entre 0 y 8 bytes (de 0 a 64 bit).

Campo de aseguramiento

Sirve para detectar fallos en la transmisi√≥n. Este campo tiene una longitud de 16 bit y es utilizado para la detecci√≥n de errores por los 15 primeros, mientras el √ļltimo siempre es un bit recesivo (1) (m√°s detalles m√°s adelante) que delimita el campo de aseguramiento.

Campo de confirmación

Los receptores se√Īalizan al transmisor que han recibido correctamente el protocolo de enlace de datos. Si detectan cualquier fallo, informan de inmediato al transmisor. Si esto ocurre, el transmisor repite su transmisi√≥n. El campo de confirmaci√≥n est√° compuesto por dos bit que son siempre trasmitidos como recesivos (1). Todas las unidades de mando que reciben el mismo campo de confirmaci√≥n modifican el primer bit del campo por uno dominante (0), de forma que la unidad de mando que est√° todav√≠a trasmitiendo reconoce que al menos alguna unidad de mando ha recibido un mensaje escrito correctamente. De no ser as√≠, la unidad de mando trasmisora interpreta que su mensaje presenta un error.

Campo de fin del datagrama

Con √©l finaliza el protocolo de datos. Es la √ļltima oportunidad posible para dar un aviso de error, que conduzca a una repetici√≥n en la emisi√≥n. Este campo indica el final del mensaje con una cadena de 7 bits recesivos. Puede ocurrir que en determinados mensajes se produzcan largas cadenas de ceros o unos, y que esto provoque una p√©rdida de sincronizaci√≥n entre unidades de mando. El protocolo CAN resuelve esta situaci√≥n insertando un bit de diferente polaridad cada cinco bits iguales: cada cinco ‚Äú0‚ÄĚ se inserta un ‚Äú1‚ÄĚ y viceversa. La unidad de mando que utiliza el mensaje, descarta un bit posterior a cinco bits iguales.¬† Estos bits reciben el nombre de ‚Äúbit stuffing‚ÄĚ.

Prioridad del mensaje

Si varias unidades de control pretenden transmitir simultáneamente su protocolo de datos es preciso decidir cuál de ellos se transmite primero. Como en el caso de la comunicación entre las personas, para que exista comunicación y que sea efectiva no podemos hablar todos a la vez.

El protocolo con la prioridad  superior se transmite primero. Así por ejemplo, el protocolo de datos de la unidad de control para ABS es, por motivos de seguridad, más importante que el protocolo de la unidad de control para cambio automático, si los motivos están referidos al confort de la conducción.

¬ŅC√≥mo se hace la adjudicaci√≥n de prioridad?

Cada bit tiene un valor, al cual se le asigna una validación. Puede ser de validación superior (0) o inferior (1), o también llamados bit dominante y recesivo respectivamente.

¬ŅC√≥mo se detecta la prioridad de un protocolo de datos?

Cada protocolo de datos tiene asignado un código de once bits en el campo de estado, el que se ha comentado anteriormente, en función de su prioridad. En la tabla anterior se muestra, a modo de ejemplo, las prioridades de tres protocolos de datos (unidad del ABS, unidad de control del motor y del cambio).

Las tres unidades de control empiezan simultáneamente con la transmisión de su protocolo de datos. Al mismo tiempo comparan los bits, de uno en uno, en el cable del bus. Si una unidad de control transmite un bit de validación inferior (1) y detecta uno de validación superior (0), interrumpe la transmisión y se transforma en receptor. Expliquemos esto más en detalle siguiendo el ejemplo de la figura anterior. Vayamos analizando cada uno de los bits que emite cada unidad y qué sucede en el bus de datos.

Primer bit:

La unidad de control para ABS/EDS transmite un bit de validación superior (0).

La unidad de control para motor transmite asimismo un bit de validación superior (0).

La unidad de control para cambio automático transmite un bit de validación inferior (1) y detecta un bit de validación superior en el cable del bus de datos. Con ello pierde la adjudicación y se transforma en receptor, es decir, deja de transmitir para dar paso a mensajes más importantes para el vehículo.

Segundo bit:

La unidad de control para ABS/EDS transmite un bit de validación superior (0).

La unidad de control para motor transmite un bit de validación inferior (1) y detecta un bit de validación superior en el cable del bus de datos. Con ello pierde su adjudicación y se transforma en receptor.

Tercer bit:

La unidad de control para ABS/EDS tiene la máxima prioridad y obtiene por tanto la adjudicación del bus. Sigue transmitiendo su protocolo de datos hasta el final de su mensaje.

Después de que la unidad de control para ABS/EDS ha transmitido su protocolo de datos hasta el final, las demás vuelven a hacer el intento de transmitir su propio protocolo de datos, y el proceso de adjudicación de prioridad vuelve a empezar.

Ubicación de la red CAN Bus con respecto a los demás tipos de redes

En el autom√≥vil, a d√≠a de hoy, el protocolo CAN Bus y sus variantes es el m√°s utilizado y conocido pero, como se puede ver en el gr√°fico anterior, hay otros tipos de redes que responden a otras necesidades de cantidad de informaci√≥n, sencillez y/o costes. Este es el mismo concepto que comentamos al principio de esta presentaci√≥n al mencionar ‚Äúredes locales‚ÄĚ entre determinados sistemas concretos, en las que se pueden establecer diferentes niveles de importancia y velocidad de transmisi√≥n

Por ejemplo, la red LIN (Local Interconnect Network) es más barata que la CAN, aunque de menor velocidad. Esta es válida para algunas funciones que requieran una velocidad menor.

No es objetivo de este art√≠culo¬†el entrar en detalle sobre cada una de estas redes, pero s√≠ se quiere dejar claro que las redes de comunicaci√≥n en el autom√≥vil est√°n siempre en constante evoluci√≥n, y dado que la red CAN ya es un sistema ‚Äúviejo‚ÄĚ, estandarizado ISO ya en 1993,¬† est√° siendo sustituida paulatinamente por redes m√°s r√°pidas y capaces, como el Flexray, el MOST e incluso sistemas de fibra √≥ptica, sistemas que con el paso del tiempo reducen sus costes de producci√≥n, por lo que el gr√°fico anterior est√° en constante evoluci√≥n.

Ejemplo real de una red de comunicación en un automóvil

Como ejemplo final para concluir el objetivo n¬ļ 1 de este art√≠culo¬†pondremos un ejemplo real del sistema de comunicaci√≥n digital en un autom√≥vil actual.

La imagen anterior muestra las distintas redes en un autom√≥vil del 2015. En ella pueden verse una serie de unidades de control divididas por colores seg√ļn su conexi√≥n a distintas redes de comunicaci√≥n. Podemos ver t√©rminos como ‚ÄúP-CAN‚ÄĚ (l√≠nea CAN de tracci√≥n) con una velocidad de 500 kbps,¬† ‚ÄúC-CAN‚ÄĚ (l√≠nea CAN de chasis),¬† ‚ÄúB-CAN‚ÄĚ (carrocer√≠a) con una velocidad de 100 kbps e incluso ‚ÄúMOST‚ÄĚ (entretenimiento). Todas ellas est√°n conectadas en su extremos a un elemento llamado ‚ÄúCompuerta de enlace centralizada (CGW)‚ÄĚ.

¬ŅCu√°l es el objetivo de esta CGW? Como hemos podido observar, las velocidades de las distintas redes son distintas, y debe de existir alg√ļn elemento que sirva de ‚Äúenlace‚ÄĚ para que se puedan comunicar unidades que se encuentren en redes distintas. ¬ŅCon qu√© motivo?

Pongamos el siguiente ejemplo. La unidad de control de motor (en P-CAN, a 500 kbps) quiere comunicar con el m√≥dulo que controla el volumen de la radio (en M-CAN, a 100 kbps) para que, cuando la velocidad del veh√≠culo aumente, el volumen de la radio aumente proporcionalmente. Sin esta puerta de enlace no ser√≠a posible su comunicaci√≥n. Aplicado a las personas, es como si una persona quiere comunicarse en ingl√©s con otra que s√≥lo habla espa√Īol, necesitan un traductor para entenderse. El papel del traductor en las personas es el mismo que el que tiene la CGW en el autom√≥vil.

Resumen de las principales características de la línea CAN Bus

Por √ļltimo, para finalizar este art√≠culo, resumimos en pocos puntos las caracter√≠sticas principales de la red de comunicaci√≥n digital CAN Bus que hemos ido viendo a lo largo de este ¬ętochaco¬Ľ. Y son:

Fin del artículo técnico

Si has llegado hasta aqu√≠ eres un valiente, un temerario. Eso o realmente te interesa el tema y no se te ha hecho demasiado ¬ępesado¬Ľ. Sea por el motivo que sea, ¬°espero que hayas disfrutado de este art√≠culo t√©cnico (1¬ļ parte) sobre las caracter√≠sticas de un sistema CAN Bus!

¬ŅTienes alguna pregunta? ¬ŅAlgo que no haya quedado claro? ¬ŅQuieres saber m√°s? ¬°No te cortes un pelo, d√©janos un comentario al final del art√≠culo¬†o ponte en contacto con nosotros!:)

Segunda parte. Las averías en el CAN Bus. Cómo diagnosticarlas y solucionarlas.

¬ŅTe has quedado con ganas de m√°s? Pues vamos a meternos a√ļn m√°s en profundidad, en algo m√°s pr√°ctico y real: Las aver√≠as que puedes encontrarte en la red CAN Bus de tu coche.

¬ŅTe da p√°nico este tipo de aver√≠as? ¬°Nada, no hay que tenerle miedo! En la segunda parte, Diagn√≥stico de l√≠nea CAN Bus. Soluci√≥n de problemas, ejemplos y t√©cnica, despejaremos todas las dudas, ¬°te lo garantizo!

¬ŅQu√© ocurre cuando la red Can Bus del coche falla? ¬ŅC√≥mo se encuentran los fallos? ¬ŅQu√© s√≠ntomas tiene el veh√≠culo? Diagn√≥stico de l√≠nea CAN Bus Soluci√≥n de problemas ejemplos y t√©cnica
Diagnóstico-de-línea-CAN-Bus.-Solución-de-problemas-ejemplos-y-técnica

EXTRA: Petrolhead, ¬Ņquieres aprender las bases de la electricidad aplicada al autom√≥vil?

¬ŅNo tienes claras las bases de la electricidad b√°sica en el autom√≥vil? Pincha en el enlace o en la imagen para ver un art√≠culo completo sobre ello, con ejemplos y casos pr√°cticos.

¬ŅQu√© es la Electricidad? ¬ŅEl Voltaje? ¬ŅLa corriente el√©ctrica? ¬ŅLa resistencia el√©ctrica? ¬ŅC√≥mo se mide? ¬ŅQu√© herramientas y conocimientos necesitamos? En este curso de electricidad automotriz veremos los conceptos b√°sicos de la electricidad b√°sica en el autom√≥vil parte 1 las bases - PetrolheadGarage
Electricidad b√°sica en el autom√≥vil parte 1 las bases ‚Äď PetrolheadGarage

EXTRA: Videotutorial sobre línea CAN BUS. Características, fallos en el coche y solución

¬ŅQuieres ver todo esto resumido en un v√≠deo sobre las bases de la l√≠nea CAN Bus, sus mediciones reales en un coche del 2017 (usando un mult√≠metro y un osciloscopio), ver qu√© hace el coche cuando empieza a fallar y, lo m√°s importante, c√≥mo encontrar d√≥nde est√° el fallo? ¬°Aqu√≠ lo tienes!

 

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Características de un sistema Can Bus
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Características de un sistema Can Bus
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Sistema de comunicaci√≥n CAN Bus en el autom√≥vil, ¬ŅQu√© es? ¬ŅC√≥mo funciona? ¬ŅQu√© beneficios aporta? ¬°Respondamos a estas y otras muchas preguntas!¬†
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