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CAN
Bus
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Transmisiones de datos hacia otros sistemas
Relación general
del sistema
La aplicación
masiva de sistemas electrónicos de control y regulación en el
vehículo motorizado, como por ejemplo:
Requieren una interconexión en red de las diversas unidades de control. El intercambio de informaciones entre los sistemas reduce la cantidad de sensores y mejora el aprovechamiento de los sistemas individuales. Las interfaces de los sistemas de comunicación desarrollados especialmente para vehículos motorizados, pueden subdividirse en dos categorías:
Transmisión
de datos convencional
Se caracteriza por el hecho de que a cada señal le esta
asignada una conducción individual. Las señales binarias solamente
pueden transmitirse mediante dos estados "0" o "1" (código
binario) (por ejemplo compresor de aire acondicionado "conectado"
o "desconectado").
Mediante relaciones de impulsos pueden transmitirse magnitudes variables continuamente
(ejemplo: estado del sensor del pedal del acelerador).
El incremento del intercambio de datos entre los componentes electrónicos
en el vehículo motorizado, ya no puede ser realizado razonablemente con
interfaces convencionales.
La complejidad de los mazos de cables tan solo puede dominarse actualmente con
gran esfuerzo y aumentan cada vez mas las exigencias planteadas al intercambio
de datos entre las unidades de control.
Transmisión
de datos en serie (CAN)
Los problemas en el intercambio de datos a través
de interfaces convencionales, pueden resolverse mediante la aplicación
de sistemas bus (vías colectoras de datos), por ejemplo CAN, un sistema
bus desarrollado especialmente para vehículos motorizados. Bajo la condición
de que las unidades de control electrónicas tengan un interfafaz en serie
CAN.
Existen tres campos de aplicación esenciales para el sistema CAN en el vehículo motorizado:
Acoplamiento
de unidades de control
También llamado a las aplicaciones que funcionan en tiempo real como
son las unidades de control del motor, el control del cambio y la regulación
de la dinámica de marcha (ESP), sirven para la regulación del
movimiento del vehículo.
Se caracterizan por unas velocidades de transmisión situadas entre 125
kBit/s y 1MBit/s (High-Speed-CAN).
Electrónica
de carrocería y de confort
También llamado a las aplicaciones múltiplex que se emplea para
el control y la regulación de componentes en el sector de la electrónica
de carrocería y confort, por ejemplo: la regulación del aire de
acondicionado, el cierre centralizado y el ajuste del asiento.
Las velocidades de transmisión se sitúan entre 10 KBit/s y 125
125 KBit/s (Low-speed-CAN).
Comunicación
móvil
Las aplicaciones de comunicación móvil comunican componentes tales
como el sistema de navegación GPS, el teléfono, o los equipos
de audio con unidades centrales de indicación y mando. El objetivo consiste
en unificar, en lo posible, las secuencias de operación, agrupar informaciones
de estado y conseguir que la distracción del conductor sea mínima.
Las velocidades de transmisión de los datos se sitúan hasta los
125 kBit/s; no obstante, sin ser posible la transmisión directa de datos
de audio o vídeo.
Acoplamiento
de unidades de control
Se acoplan entre si sistemas electrónicos como el control
del motor o de bomba de inyección, sistema antibloqueo ABS, sistema de
tracción antideslizante ASR o regulación de la dinámica
de marcha ESP, control electrónico de cambio, etc. Las unidades de control
están aquí unidas como estaciones con igualdad de derechos, mediante
una estructura de bus lineal. Esta estructura presenta la ventaja de que en
caso de fallar una estación, el sistema bus continua estando plenamente
a disposición de las demás estaciones. En comparación con
otras disposiciones lógicas (estructuras anulares o estructuras en estrella)
se reduce así esencialmente la probabilidad de un fallo total. En el
caso de estructuras anulares o en estrella, el fallo de una estación
o de la unidad central, conduce a un fallo total.
Las velocidades de transmisión típicas están entre aprox.
125 kBit/s y 1Mbit/s (ejemplo: la unidad de control del motor y la unidad de
control de bomba en la regulación electrónica diesel comunican
entre si a 500 kBit/s). Las velocidades de transmisión deben ser tan
altas para poder garantizar el comportamiento de tiempo real requerido.
Direccionamiento
referido al contenido
El sistema bus CAN no asigna direcciones a las diversas estaciones,
sino que asigna a cada "mensaje" un "identificador" fijo
de 11 o 29 bits. Este identificador representa el contenido del mensaje (ejemplo:
numero de revoluciones del motor).
Una estación
emplea únicamente aquellos datos cuyo identificador correspondiente esta
almacenado en la lista de mensajes a recibir. Todos los demás datos se
ignoran simplemente.
El direccionamiento referido al contenido hace posible enviar una señal
a varias estaciones, mandando un sensor su señal, directamente o a través
de una unidad de control, a la red bus que la distribuye entonces correspondientemente.
Ademas es posible así realizar muchas variantes de equipamiento, porque
pueden añadirse por ejemplo: estaciones adicionales a un sistema bus
CAN ya existente.
Prioridad
El identificador determina junto al contenido de datos simultáneamente
la prioridad (preferencia) del mensaje al realizar la emisión. Una señal
que varia rápidamente (ejemplo: el numero de revoluciones del motor)
debe transmitirse también con gran rapidez, y recibe por lo tanto una
prioridad mayor que una señal que varia relativamente lenta (ejemplo:
temperatura del motor).
Asignación
de bus
Cuando esta libre el bus puede comenzar cualquier estación a transmitir
su mensaje. Si comienzan a emitir varias estaciones simultáneamente,
se impone el mensaje de mayor prioridad, sin que se produzca una perdida de
tiempo o de bit. Los emisores con mensajes de menor prioridad se convierten
automáticamente en receptores y repiten su intento de emisión,
en cuanto esta libre otra vez el bus.
Formato
de mensaje
Para la transmisión en el bus se crea un marco de datos (Data Frame),
cuya longitud abarca como máximo 130 bit (formato estándar) o
150 bit (formato ampliado). De esta forma queda asegurado que el tiempo de espera
hasta la siguiente transmisión, posiblemente muy urgente, se mantenga
siempre corto. El "Data Frame" consta de siete campos sucesivos:
Diagnostico
integrado
El sistema bus CAN dispone de una serie de mecanismos de control para el reconocimiento
de anomalías. Pertenece aquí por ejemplo: la señal de seguridad
en el "Data Frame" y el "Monitoring", en la que cada emisor
recibe otra vez su propio mensaje, pudiendo reconocer entonces posibles divergencias.
Si una estación registra una anomalía, emite entonces un "flag
de error", que detiene la transmisión en curso. De esta forma se
impide que otras estaciones reciban el mensaje erróneo.
En caso de una estación defectuosa podría ocurrir sin embargo que todos los mensajes, es decir también los mensajes sin errores, sean interrumpidos con un flag de error. Para evitar esto, el sistema bus CAN esta equipado con un mecanismo que puede distinguir entre anomalias ocasionales y anomalias permanentes y pueden localizar fallos de estación. Esto se produce mediante una evaluación estadística de las situaciones de error.
Estandarización
El sistema CAN fue estandarizado por la organización normativa internacional
ISO, para el intercambio de datos en vehículos motorizados:
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