REDES DE COMUNICACION Y MULTIPLEXADO MULTIPLEXADO RESUMEN El prese present nte e docu docume ment nto o reco recopi pila la info inform rmac ació ión n de redes redes de comu comuni nica caci ción ón y mult multip iple lexa xado do de vehí vehícu culo los, s, así así como como su prin princi cipi pio o de func funcio iona nami mien ento to,, datagramas o protocolo de datos, conexiones y verificaciones que se realizan a los sistemas de multiplexado y sus respectivos conectores y módulos. Esta información es de gran importancia para el entendimiento de cómo se gestiona la información de los diferentes módulos de automóviles modernos que cuentan con con tecn tecnol olog ogía ía más más avanz avanzad ada a para para el moni monito tore reo o del del moto motor, r, trans transmi misi sión ón,, carrocería, sistemas de seguridad y confort. comunicac cación ión,, multip multiplex lexado ado,, datagra datagrama, ma, can bus, bus, Palabras Palabras clave clave:: red de comuni protocolo, dlc, conexión.
TIPOS DE REDES DE COMUNICACIÓN Los vehículos actuales están equipados con un gran nmero de unidades de control electrónicas que controlan varios aspectos de funcionamiento, seguridad a bordo, cumplimiento cumplimiento de normas medioambientales y confort que precisan de un intercambio permanente de datos e información para cumplir sus funciones.
Módulo u!c"ó! E!" #Engine !ontrol "nit$ %estión de motor &!' #&ody !ontrol 'odule$ %estión de carrocería (!' #(ran #(ransmi smissi ssion on !ont !ontrol rol 'odule 'odule$$ %estió %estión n de transm transmisi isión ón auto automát mática ica E)! E)! #Ele #Elect ctro roni nicc )ta )tabi bilility ty !ont !ontro rol$ l$ %est %estió ión n de de est estab abililid idad ad de vehí vehícu culo lo Tabla #$ E*emplos de módulos automotrices. ue!%e: +utor. El intercambio intercambio de información información entre las unidades unidades de control tiene lugar originalmente por medio de cables individuales. ero este tipo de conexiones punto apunto solo puede aplicarse con -xito para un nmero limitado de seales. La implementación de una red de comunicación para la transmisión de datos entre módulos me*ora la capacidad de correlación de datos reduciendo las posibilidades de fallos por un cableado de conexión extenso.
"&ura #$ /edes en el automóvil ue!%e: 000.aa1car.com2ho0todiagnosecan Las redes de co'u!"cac"ó! ( su es)ue'a co!s%ruc%"vo La arqui arquite tect ctura ura de redes redes repr represe esent nta a uno uno de los los compo componen nente tess más más impor importa tant ntes es para para la reali realizac zació ión n de sist sistem emas as elect electrón rónic icos os mode moderno rnoss en el vehículo. or otro otro lado, lado, se ha comprob comprobado ado que la causa causa prin princip cipal al de fallos fallos en la electrónica de un automóvil tiene su origen en el cableado entre unidades de control y sensores y actuadores3 las estadísticas estadísticas hablan hablan de más de un 456 de averías de este tipo. La clave no está en la calidad de las conexiones sino en el elevado nmero de ellas que hace que la fiabilidad total se reduzca. +sí pues, una reducción en el cableado y una me*or distribución del mismo permitiría disminuir los tiempos de mont monta* a*e, e, me*o me*orar raría ía la fiab fiabililid idad ad de los los sist sistem emas as elec electr trón ónic icos os #men #menos os conexiones$, facilitaría el mantenimiento y aadiría flexibilidad3 y todo esto sin duda influiría positivamente sobre los costos de producción.
REDES EN EL AUTOMÓ*IL !789:%"/+!:;8 "8(7 + "8(7.
"&ura +. !onfiguración unto a unto ue!%e:
515$. ?iseo y construcción de un prototipo de red multiplexada para aplicaciones en el automóvil. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga.
• • • • •
Es la más sencilla de las configuraciones de una red. Esta se encuentra compuesta nicamente por dos módulos, 8o posee uniones ni conexiones uede utilizar uno o dos cables trenzados. "n e*emplo claro de una red punto a punto es la comunicación entre le !' y el scanner de diagnóstico.
!789:%"/+!:;8 E8 +8:LL7.
"&ura ,$ !onfiguración en anillo ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay. •
Este tipo de configuración hace parte de redes más grandes en las
•
cuales se encuentran entre A y >5 módulos. La información es bidireccional. resenta la venta*a de la redundancia con la cual si el canal se abre, la
•
información puede via*ar en otra dirección y llegar a otros módulos. !789:%"/+!:;8 E8 E)(/ELL+.
"&ura -$ !onfiguración estrella ue!%e: 515$. ?iseo y construcción de un prototipo de red multiplexada para aplicaciones en el automóvil. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga.
•
Estructura muy centralizada venta*osa, con lo cual si algo ocurre en la conexión de un módulo o en el módulo, de*ará afuera sólo ese
•
componente. ?esventa*a principal es la existencia de un nodo central, lo que genera una gran cantidad de cableado desde cada uno los módulos hasta este nodo, aquí se encuentran todas las uniones, por lo que se lo denomina
•
nodo maestro. El m-todo usado para la interconexión de los módulos es a trav-s de un solo cable.
!789:%"/+!:;8 L:8E+L.
"&ura .$ !onfiguración lineal ue!%e: 515$. ?iseo y construcción de un prototipo de red multiplexada para aplicaciones en el automóvil. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga. • •
'ínima cantidad de cable para la red como venta*a. (ambi-n se hace muy fácil establecer una ruta del alambrado a lo largo del vehículo y no requiere ningn tipo de orden en la lectura de los datos
•
• •
por parte de cada uno de los módulos. ?eshabilitación instantánea de módulos por rotura de cable de comunicación hasta el final de la red. osee muchos nodos por los que puede ingresar ruido el-ctrico. El m-todo usado para la conexión es uno o dos cables trenzados.
!789:%"/+!:;8 ?+:)B !C+:8.
"&ura /$ !onfiguración ?aisy !hain ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay.
•
Es la más utilizada por los fabricantes de automóviles. osee una estructura sencilla permitiendo tener una red con el menor
•
nmero de nodos posibles. &rinda una gran seguridad al poseer dos canales con la misma
•
información. !omo desventa*a se puede tener que en el eventual caso de ruptura de
•
la cadena de comunicación, varios módulos pueden quedar fuera de •
servicio. 7tra desventa*a, es que si alguno de los módulos es desconectado, la
•
red queda interrumpida en ese punto. El medio usado es dos cables trenzados en toda la red.
!789:%"/+!:;8 '+E)(/7D E)!L+<7.
"&ura 0$ !onfiguración maestroDesclavo ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay.
En las redes de comunicación de los automóviles existen casos en los cuales hay una comunicación entre módulos, pero uno de estos módulos debe tener comunicación con la red principal y los otros módulos actuarán ba*o los requerimientos del módulo que se encuentra conectado en la red. El módulo que se encuentra conectado en la red se llamará maestro y el o los módulos que se encuentren conectados a este siguiendo las instrucciones del maestro se llamarán esclavos. !789:%"/+!:;8 !7'"E/(+ 7 %+(E+B.
"&ura 1$ !onfiguración %ate0ay ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay. "n gate0ay sirve para realiza la conversión de la comunicación de un protocolo a otro. En dicha conversión, se intenta que la aplicación se comunique a trav-s del gate0ay con la menor influencia. En los diferentes sistemas multiplexados de los automóviles se van a encontrar configuraciones de red independientes las cuales tienen su propio protocolo de comunicación y velocidad de transmisión de datos como tambi-n su arreglo ya sea por un cable, por > cables.
ero como al final entre todos los sistemas debe existir una comunicación se hace necesario que una configuración independiente se comunique con otra configuración diferente para esto se utiliza un módulo compuerta, el cual va servir de unión entre > ó más redes independientes en el mismo automóvil. Este módulo compuerta #%+(E+B$, debe mane*ar tantos protocolos de comunicación como redes este comunicando, pero muchas veces el gate0ay no traba*a para ninguna de las redes que enlaza puede ser un módulo que no tiene nada que ver con la gestión de las redes que comunica, simplemente traduce los mensa*es. En la figura se observa un e*emplo de %+(E+B, la primera red #)ombreada verde$, tiene una configuración lineal y un protocolo de comunicación !+8 con una velocidad de 455 Fb2s entre los módulos que interconecta. Esta por e*emplo el Engine control module E!' y el (!' transmisión control module y en la segunda red se presenta una configuración anillo con un protocolo de comunicación '7)( con velocidad de >4 'b2s, mucho más rápida que la anterior. En esta red se puede ver ?
Este módulo, no hace parte de ninguna de las dos configuraciones de red, solamente acta como un traductor para que las dos redes puedan comunicarse.
UNCIONAMIENTO El sistema de multiplexado requiere de unos protocolos de comunicación, es decir, el lengua*e de comunicación y las normas de transmisión creados hasta ahora se basan en &uses de comunicación clasificados en tres niveles o categorías segn el grado que se requiere de fiabilidad, rapidez y comple*idad.
I !"vel
:luminación, cierre de puertas, alza de cristales Equipo de instrumentación e II !"vel indicadores III !"vel 9unciones de control en tiempo real #gestión motor, encendido, +&), suspensión activa$ Tabla +$ 8iveles de comunicación. ue!%e: &alseca E. ?onoso ?. #>515$. !onstrucción de un prototipo de control inteligente de accesorios mediante un sistema multiplexado de un vehículo !itroen !@. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga.
"&ura 2$ 'ódulos y red de comunicación de un automóvil. ue!%e: 000.aa1car.com2ho0todiagnosecan
CAN O CAN 3US Es la forma abreviada de !ontroller Grea 8et0orH #/ed de área de control$ es un bus de comunicaciones serial para aplicaciones de control en tiempo real, con una velocidad de comunicación de hasta 1 'bit por segundo, y tiene excelente capacidad de detección y aislamiento de errores. !anD&us es un protocolo de comunicación en serie desarrollado por &osch para el intercambio de información entre unidades de control electrónicas del automóvil. Es la me*or y más nueva tecnología actual en los vehículos. ?e hecho, varios fabricantes de vehículos desde el >55@, incluidos (oyota, 9ord, 'azda, 'ercedes &enz, &' y otros ya tienen instalado este sistema. ?el mismo modo que 7&? > fue obligatorio para todos los vehículos desde 1IIJ, el !+8 &us será de instalación obligatoria en todos los vehículos a partir de >55K.
"&ura #4$ +rquitectura !an &us ue!%e: 000.artc.org.t0
Las unidades de control de los diferentes sistemas electrónico ya no están interconectadas por infinidad de cables, lo están a trav-s de un bus. !on ello se suprimen gran cantidad de conexiones el-ctricas consiguiendo reducir las probabilidades de que se produzcan fallos en las interconexiones de los apartados. ?e esta forma aumentan considerablemente las funciones presentes en los sistemas del automóvil donde se emplea el !anD&us sin aumentar los costos, además de que estas funciones pueden estar repartidas entre dichas unidades de control.
Carac%er5s%"cas del 6ro%ocolo CAN$ La información que circula entre las unidades de mando a trav-s de los dos cables #bus$ son paquetes de 5 y 1 #bit$ con una longitud limitada y con una estructura definida de campos que conforman el mensa*e. "no de esos campos acta de identificador del tipo de dato que se transporta, de la unidad de mando que lo trasmite y de la prioridad para trasmitirlo respecto a otros. El mensa*e no va direccionado a ninguna unidad de mando en concreto, cada una de ellas reconocerá mediante este identificador si el mensa*e le interesa o no. (odas 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$. )i la situación lo exige, una unidad de mando puede solicitar a otra una determinada información mediante uno de los campos del mensa*e #trama remota o /?/$. !ualquier unidad de mando introduce un mensa*e en el bus con la condición de que est- libre, si otra lo intenta al mismo tiempo el conflicto se resuelve por la prioridad del mensa*e indicado por el identificador del mismo.
El sistema está dotado de una serie de mecanismos que aseguran que el mensa*e es trasmitido y recibido correctamente. !uando un mensa*e presenta un error, es anulado y vuelto a trasmitir de forma correcta, de la misma forma una unidad de mando con problemas avisa a las demás mediante el propio mensa*e, si la situación es irreversible, dicha unidad de mando queda fuera de servicio pero el sistema sigue funcionando.
DATA7RAMAS !onsta de un gran nmero de bits enlazados. La cantidad de bits de un protocolo depende del tamao del campo de datos. En la figura se muestra la estructura de un protocolo de enlace de datos. Es id-ntico en ambos cables del bus. ara simplificar las explicaciones, se muestra en las figuras un solo cable del bus de datos.
Las 0 secc"o!es del da%a&ra'a$
"&ura ##$ )ecciones de datagrama ue!%e: +lcocer =. )alazar E. #>51>$. ?iseo y construcción de un banco de pruebas del sistema de red y multiplexado integral del motor del eugeot A5. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga. SECCIÓN
CAMPO
DESCRIPCIÓN
I7URA
'arca el comienzo del protocolo de enlace de los datos. En el cable !ampo de 1
comienzo del datagrama
!+8DCigh se transmite un bit con aprox. 4 voltios #en función del sistema$ y en el cable !+8DLo0 se transmite un bit con aprox. 5 voltios. )e define la prioridad del protocolo. or e*emplo si hay dos unidades de control
>
!ampo de
que intentan transmitir
estado
simultáneamente su protocolo de datos, se concede la preferencia al protocolo de prioridad superior. )e especifica la cantidad de información que está
@
!ampo de control
contenida en el campo de datos. ?e esa forma, cada receptor puede revisar si ha recibido la información
A
!ampo de
completa. )e transmite la
datos
información para las demás unidades de
control. 4
!ampo de
)irve para detectar
aseguramiento fallos en la transmisión. Los receptores sealizan al transmisor, que han recibido correctamente el
J
!ampo de confirmación
protocolo de enlace de datos. )i detectan cualquier fallo, informan de inmediato al transmisor. + raíz de ello, el transmisor repite su transmisión. 9inaliza el protocolo de datos. Es la ltima
!ampo de fin
oportunidad posible
del datagrama
para dar un aviso de error, que conduzca a una repetición. Tabla ,$ ?atagramas
ue!%e: +lcocer =. )alazar E. #>51>$. ?iseo y construcción de un banco de pruebas del sistema de red y multiplexado integral del motor del eugeot A5. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga.
CONEXIONES *ERIICACIONES El crecimiento tecnológico en los automóviles ha llevado que el sistema de diagnóstico
electrónico
crezca
de
acuerdo
a
las
especificaciones
estandarizadas para este hecho. !onfigurándose a la diagnosis en forma de pirámide. Diagn osis extern a remot a Diagn osis( oexterna in-situ fine (online) )
Diagnosis abordo
"&ura #+$ ?iagnosis en pirámide ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay. ?onde en el nivel más ba*o está conformado por los sistemas de diagnóstico de abordo, en el nivel intermedio se aprecia el diagnostico externo que se realiza con conexión directa al automóvil y finalmente se tiene en el nivel más alto los sistemas remotos de diagnóstico. En la actualidad, los dos primeros niveles antes mencionados se hallan muy avanzados e impuestos en los automóviles, en cambio en lo que respecta al diagnóstico externo por medio de conexiones inalámbricas an se encuentra en investigación y pruebas. El diagnostico electrónico en los automóviles, se complementan por medio de dos acciones que a continuación se detallanM :nterna de abordo #7nDboard$ Esta acción se e*ecuta continuamente en el automóvil en tiempo real desde que se pone en contacto por intermedio del usuario, pues los componentes y unidades electrónicas realizan autoevaluaciones y diagnóstico sobre sus perif-ricos, detectando posibles averías o fallos, alertando al usuario mediante la iluminación de la luz testigo ':L.
E8%er!a 9O;board<
Esta operación se procede al conectar equipos o herramientas de escaneo al conector ?L!, cuando en el automóvil se presenta fallos o averías de gran consideración, logrando con esto un examen más íntegro y así poder dar solución de los problemas y la reparación de los sistemas defectuosos. En relación con la diagnosis externa, es comn la utilización de otros dos conceptosM
E8%er!a "! s"%u 9O;board O!;l"!e< Este tipo de análisis electrónico se refiere a la conexión de la herramienta de diagnóstico, la misma que se hace por medio de un cable especializado al conector ?L! #?ata LinH !onnector$ que se encuentra en el interior del automóvil, en donde el operario realiza las tareas de verificación con el fin de determinar las fallas para su posterior mantenimiento.
E8%er!a re'o%a 9O;board O;l"!e< En este caso, la conexión se realiza de una manera inalámbrica entre el automóvil y un !entro de +tención al !liente #!+!$. +l estar este proceso en crecimiento, el diagnóstico del automóvil se basa en cuatro fundamentos claros, para el continuo avance de estos sistemasM me*or respuesta del automóvil, asistencia al conductor, aumentar el nivel de confort y cumplir con la normativa vigente. El diagnóstico electrónico del automóvil, traba*a asociada con los componentes electrónicos encargados de receptar datos e información del funcionamiento real del automóvil, ba*o el estándar :)7 1A>@5, como se detalla su arquitectura generalM • • • •
Lámpara indicadora de mal funcionamiento /ed de comunicación )ensores y actuadores "nidad de control electrónico E!"
Proced"'"e!%os de co'6robac"ó!
En el procedimiento de comprobación de la red de comunicación se suele recurrir al conector físico #interfaz de bus$ tambi-n llamado ?L!. )e debe tener en cuenta que la siguiente información se enfoca a los modelos existentes en nuestro medio, por lo que se debe tomar las medidas de seguridad necesarias en la manipulación de las herramientas y conectores del vehículo, dicha indagación es dirigida a t-cnicos, operarios, estudiantes y catedráticos en la rama automotriz. En el ?L! #?ata LinH !onnector$ es muy comn los problemas, y el primer paso para verificar su funcionamiento es una inspección visual y activa, verificando cuidadosamente lo siguienteM •
"n problema muy comn es la aislación deteriorada del cableado
•
el-ctrico, debido a ob*etos agudos o superficies calientes. !erciorarse que los cables no se hallen corroídos o cortados.
•
• •
• •
#pines$.
precauciones, con un multímetro o medidor de volta*e, comprobamos entre el pin 1J #
"&ura #,$ ines para medir la tensión de alimentación ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay.
"&ura #-$ ?iagrama de flu*o para la localización de fallas en el ?L!. ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay.
Co'6robac"ó! CAN 3us El bus de comunicación más extendido y desarrollado por la industria automotriz es el protocolo estandarizado !+8. ara la comprobación del sistema de red de datos !+8 existen tres posibilidades, las mismas que se las irán describiendo a continuaciónM !omprobación de las resistencias terminales. 'edición de la tensión. !omprobación del movimiento de !+8 con el osciloscopio.
• • •
Co'6robac"ó! de las res"s%e!c"as %er'"!ales$ ara evitar las interferencias de las seales en las redes de comunicación del bus de datos, se blindan en los dos extremos con resistencias terminales de 1>5 ohmios. Las resistencia terminales están conectadas entre sí en paralelo y en la actualidad, en los automóviles modernos se pueden comprobar a trav-s del ?L!.
"&ura #.$ ines para medir la resistencia. ue!%e: !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay. Co'6robac"ó! de las res"s%e!c"as %er'"!ales a %rav=s del DLC: • •
!+8 C)M entre el pin J #!+8 Cigh$ y el pin 1A #!+8 Lo0$ !+8 ')M entre el pin @ #Cigh$ y el pin 11 #Lo0$
Las lec%uras de las res"s%e!c"as de or'a &e!eral !os da! las s"&u"e!%es 'ed"das: • •
+mbas resistencias terminales entreM 44 a J4 ohmios. "na resistencia terminal defectuosaM unos 1>5 ohmios.
•
3I3LIO7RA>A O1P 515$. ?iseo y construcción de un prototipo de red multiplexada para aplicaciones en el automóvil. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga. O>P &alseca E. ?onoso ?. #>515$. !onstrucción de un prototipo de control inteligente de accesorios mediante un sistema multiplexado de un vehículo !itroen !@. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga. O@P +lcocer =. )alazar E. #>51>$. ?iseo y construcción de un banco de pruebas del sistema de red y multiplexado integral del motor del eugeot A5. (esis de :ngeniería +utomotriz. Espe Latacunga. OAP !arpio !. #>51@$. 'anual de procedimientos para interactuar entre protocolos de comunicación automotriz. (esis de :ngeniería 'ecánica +utomotriz. "niversidad del +zuay. O4P rotocolo de !omunicación !an.#>K25214$. 7btenido deM httpM22000.cise.com2portal2notasDtecnicas2item21JJDprotocoloDdeDcomunicaci 6!@[email protected] OJP /edes +utomotrices.#>K25214$. 7btenido deM httpM22blog.udlap.mx2blog2>51@2512redesautomotrices2
