Service.
Programa autodidáctico 238
El intercambio de datos en el bus de datos CAN I
Nociones generales
Empleando el sistema de bus de datos CAN en el automóvil se interconectan todas las unidades de control. Gracias a ello, se pueden aprovechar nuevas funciones en el vehículo y en el diagnóstico que abarcan todas las unidades de control. Tras un primer resumen de esta tecnología en el programa programa autodidáctico 186 “El CAN-Bus CAN- Bus de datos” se describen en este programa autodidáctico 238 las principales funciones del sistema de bus de datos CAN actual
Programa autodidáctico 238: • Explica las funciones básicas del sistema de bus de datos CAN como, por ejemplo, el intercambio de datos.
autodidáctico 269: • Programa Explica los sistemas especiales de bus de datos como, por ejemplo, el CAN del área de la tracción y el CAN de confort y cómo se emplean en VOLKSWAGEN VOLKSWAGEN y AUDI. AUD I.
238_001
NUEVO
En el programa autodidáctico se describen el diseño Las instrucciones actualizadas sobre los trabajos de y el funcionamiento de los nuevos desarrollos. Su contenido no se actualiza.
2
verificación, ajuste y reparación se deberán consultar
Atención Nota
Empleando el sistema de bus de datos CAN en el automóvil se interconectan todas las unidades de control. Gracias a ello, se pueden aprovechar nuevas funciones en el vehículo y en el diagnóstico que abarcan todas las unidades de control. Tras un primer resumen de esta tecnología en el programa programa autodidáctico 186 “El CAN-Bus CAN- Bus de datos” se describen en este programa autodidáctico 238 las principales funciones del sistema de bus de datos CAN actual
Programa autodidáctico 238: • Explica las funciones básicas del sistema de bus de datos CAN como, por ejemplo, el intercambio de datos.
autodidáctico 269: • Programa Explica los sistemas especiales de bus de datos como, por ejemplo, el CAN del área de la tracción y el CAN de confort y cómo se emplean en VOLKSWAGEN VOLKSWAGEN y AUDI. AUD I.
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NUEVO
En el programa autodidáctico se describen el diseño Las instrucciones actualizadas sobre los trabajos de y el funcionamiento de los nuevos desarrollos. Su contenido no se actualiza.
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verificación, ajuste y reparación se deberán consultar
Atención Nota
Referencia rápida Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
¿Para ¿Para qué sirve un sistema de bus de datos? . . . . . . . La configuración, el diseño, características esenciales Los estados estados de desarroll desarrolloo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La gestión gestión del bus de de datos CAN CAN . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 6 8 9
El sistema básico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
El principio de interconexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 El intercamb intercambio io de información información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 . 12 Las unidades funcionales funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
La unidad de contr control ol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 El módulo módulo CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 El transcept transceptor or . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Las secuencias de una transmisión de datos . . . . . . 18
El envío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 La recepción recepción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Intento de envío simultáneo de varias unidades de control La seguridad en la transmisión, comportamiento en caso de de incidencia incidenciass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Gestión interna de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Indicación para el diagnóstico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Pruebe sus conocimientos. conocimientos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Glosario Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3
Introducción ¿Para qué sirve un sistema de bus de datos? Con el empleo del sistema de bus de datos CAN en el vehículo se interconectan componentes electrónicos como unidades de control o sensores inteligentes, por ejemplo, el sensor de ángulo de dirección. La abreviatura CAN significa “Controller Area Network”. Gracias a la utilización del sistema de bus de datos CAN, se obtienen las siguientes ventajas en el sistema general del vehículo: intercambio de datos entre las unidades de control tiene lugar en una plataforma unitaria. Esta • Elplataforma se denomina protocolo. El bus de datos CAN ejerce la función de lo que se denomina
• • • • •
autopista de datos. Los sistemas diferentes a los de las unidades de control, como por ejemplo el ESP, se hacen factibles de una forma económica. Se pueden resolver con mayor facilidad ampliaciones de sistemas en forma de equipos complementarios. El bus de datos CAN es un sistema abierto que permite una adaptación a diferentes medios de transferencia como, por ejemplo, cables de cobre o cables de fibra óptica. El diagnóstico de las unidades de control tiene lugar a través del cable K. En el interior del vehículo el diagnóstico ya tiene lugar en parte a través del bus de datos CAN (por ejemplo en el airbag y en la unidad de control de la puerta). En relación a esto se habla de “cable K virtual” (véase la página 7). En los vehículos del futuro se prescindirá en gran medida del cable K. Se puede realizar un diagnóstico de todo el sistema utilizando para ello simultáneamente varias unidades de control.
Desde la unidad de control central hasta el sistema interconectado
Vehículo con unidad de control central
4
238_002
Introducción
Vehículo con 3 unidades de control
238_003
Vehículo con 3 unidades de control y sistema de bus de datos
238_004
Sensor Unidad de control del ABS
Actuador
Bus de datos CAN
Unidad de control del motor
Cuadro de instrumentos Red CAN del área de la tracción con 3 unidades de control
238_005
5
Introducción La configuración, el diseño, características principales En el sistema de bus de datos CAN hay conectados paralelamente muchos módulos individuales. De ello resultan los siguientes criterios de exigencia para la configuración del conjunto del vehículo: seguridad: Las interferencias en la transmisión, sean internas o externas, se tienen que detectar • Gran con gran fiabilidad. disponibilidad: En caso de avería en alguna unidad de control el resto del sistema debe • Gran permanecer operativo en la medida de lo posible para poder intercambiar información. densidad de datos: Todas las unidades de control tienen en todo momento el mismo estado de • Gran información. Así no habrá datos discrepantes entre las unidades de control. En caso de avería en algún punto del sistema se informa a todos los componentes de la misma forma y en el mismo momento. tasa de transferencia de datos: El intercambio de datos entre los componentes de la red tiene • Gran que efectuarse de forma rápida para cumplir las exigencias en tiempo real. La transferencia de señales en el sistema de bus de datos CAN tiene lugar de forma digital, actualmente a través de cables de cobre. Gracias a ello es posible una transferencia segura con una velocidad de hasta 1.000 Kbit/s (1 Mbit/s) como máximo. La tasa máxima de transferencia de datos especificada de forma estándar en VOLKSWAGEN y AUDI es de 500 Kbit/s. Debido a diferentes exigencias con respecto a la tasa de repetición de las señales por un lado y por otro lado al volumen de datos que se genera el sistema de bus de datos CAN se divide en 3 sistemas especiales: Bus de datos CAN del área de la tracción (High Speed) con 500 Kbit/s con demandas casi en tiempo real Bus de datos CAN del área de confort (Low Speed) con 100 Kbit/s con demandas de tiempo menores Bus de datos CAN del área de infotenim. (Low Speed) con 100 Kbit/s con demandas de tiempo menore
• • •
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1 2 3 4 1
2
3
= 500 Kbit/s = 100 Kbit/s = 100 Kbit/s = 1000 Kbit/s
4
Tasas de transferencia de datos en el sistema de bus de datos CAN
6
= CAN área de la tracción = CAN área de confort = CAN área de infotenimiento = Tasa máxima de transferencia de datos
Introducción
Unidad de control del motor
Unidad de control del cambio
Cuadro de instrumentos
Unidad de control airbag
Conector para diagnósticos sólo cuadro instrumentos Higline
Radio/ navegación
Radio
Unidad de control climatizador
Unidad de control de los frenos
Palanca selectora
Sensor de ángulo de viraje
CAN área tracción
Servodirección
Caja interfaz teléfono
DSP
Asistencia de aparcamiento
...
CAN área confort (CAN infotenimiento)
...
Control de presión de neumáticos
Memoria de posic. asiento conductor
...
CAN área confort Unidad de control área confort
Unidad de control puerta conductor
Unidad de control puerta acompañante
Unidad de control de pasarela
...
Unidad de control puerta tr. izquierda
Unidad de control puerta tr. derecha
238_006
Otras unidades de control en proyecto
Conectores del vehículo Cable K real Cable K virtual
238_006b
El sistema de bus de datos CAN (ejemplo Polo AM 2002)
7
Introducción La implantación en la serie y los estados de desarrollo La primera implantación en la serie en Volkswagen tuvo lugar en el año de modelos 97 con el sistema de confort con 62,5 kBit/s en el Passat..
238_007
Otras etapas del desarrollo son: AM 98 CAN en el área de la tracción en el Golf y el Passat con 500 kBit/s
238_008
AM 00 Pasarela (gateway) cable K en CAN en el Golf y el Passat.
238_009
AM 00 CAN del área de confort 100 kBit/s estándar en el Grupo por ejemplo en el SKÔDA Fabia Pasarela CAN área de tracción / CAN confort en el SKÔDA Fabia
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AM 01
CAN confort 100 kBit/s estándar en el Grupo por ejemplo en el Passat
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Introducción La gestión del bus de datos CAN
El bus de datos CAN es un sistema autónomo dentro de la electrónica del vehículo y sirve como línea de datos para el intercambio de datos entre las unidades de control conectadas. Debido a su diseño y su configuración el sistema funciona con una gran fiabilidad. Sin embargo, si a pesar de ello, se produce algún error, se suele memorizar éste en la memoria de averías de la respectiva unidad de control y se podrá consultar mediante el comprobador de diagnóstico. unidades de control disponen de funciones de autodiagnóstico mediante las cuales también • Las se pueden detectar averías relacionadas con el sistema de bus de datos CAN. consultar los registros de averías en el sistema CAN con el comprobador de diagnóstico • Tras (por ejemplo VAS 5051, 5052), se dispone de esta información para una localización precisa de la avería. registros de la memoria de averías de las unidades de control sirven para una primera • Los constatación de la avería. Aparte de ello, también se puede consultar la constatación de la reparación de la avería. Para que el sistema se actualice es necesaria una nueva puesta en marcha del motor. requisito importante para un vehículo con el estado “Bus de datos CAN en orden“ es que • Unno aparezca ningún registro de avería CAN en ningún estado operativo de la conducción! Para efectuar un análisis que ayude a la localización de la avería y subsanar la misma se requieren unos conocimientos básicos sobre el intercambio de datos en el bus de datos CAN.
9
Notas
10
El sistema básico El principio de interconexión El sistema básico se compone de varias unidades de control. Están conectadas en paralelo al cable del bus de datos a través de los llamados transceptores (amplificadores de emisión y recepción). De esta forma son válidas las mismas condiciones para todas las estaciones. Esto significa que todas las unidades de control reciben el mismo tratamiento, no hay ninguna unidad de control preferencial. En este contexto también se habla de una arquitectura de maestro múltiple. El intercambio de información tiene lugar en serie (de forma consecutiva). Generalmente, el bus de datos CAN ya es completamente operativo con un solo cable. Sin embrago, el sistema está dotado de un segundo cable de bus de datos. En este segundo cable inciden las señales en el orden inverso. Gracias a esta inversión de las señales se consigue suprimir de forma más eficaz las interferencias externas.
Para simplificar el principio básico de la transmisión de datos se utilizará en los ejemplos a continuación un solo cable CAN.
Unidad de control A
RX
TX
Unidad de cont rol B
RX
TX
Unidad de control C
RX
TX
Transceptor
Bus CAN
El principio de interconexión
238_012
11
El sistema básico El intercambio de información Las informaciones que se van a intercambiar se denominan mensajes. Cualquier unidad de control puede enviar y recibir mensajes. Un mensaje contiene principalmente valores físicos como, por ejemplo, el régimen del motor. En este caso se representa el régimen del motor como valor binario (secuencia de ceros y unos). Por ejemplo: (El régimen del motor 1.800 rpm también se podría representar con 00010101.) En el proceso de envío se transforma, en primer lugar, el valor binario en un tren de bits. Este tren de bits se coloca a través del cable de TX (cable de envío) en el transceptor (amplificador). El transceptor convierte el tren de bits en valores de tensión apropiados para ser transmitidos consecutivamente por el cable del bus de datos. En el proceso de recepción se reconvierten los valores de tensión a través de los transceptores de nuevo en un tren de bits que se transmite a través del cable de RX (cable de recepción) a las unidades de control. A continuación, las unidades de control vuelven a transformar los valores seriales a valores binarios en mensajes. Por ejemplo: (El valor 00010101 se vuelve a transformar en 1.800 rpm) Un mensaje enviado puede ser recibido por cualquier unidad de control. Este principio también se denomina “Broadcast” (radiodifusión). Es como una emisora de radio que emite un programa que puede ser sintonizado por cualquier participante conectado. Gracias al procedimiento “Broadcast” se consigue que todas las unidades de control conectadas tengan siempre el mismo estado informativo.
El principio “Broadcast”: Uno emite, todos reciben.
12
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El sistema básico
Mensaje en paralelo
Unidad de control A
Unidad de control B
Unidad de control C
Régimen del motor
Régimen del motor
Régimen del motor
0001 0101
0001 0101
0001 0101
1 0 1 0 1 0 0 0
Tren de bits en serie
RX
TX
0 0 0 1
0 0 0 1
0 1 0 1
0 1 0 1
RX
TX
RX
Transmisión eléctrica de señales uno envía, todos reciben
TX
Transceptor
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Intercambio de información de un mensaje en el bus de datos CAN (principio “Broadcast”)
Nivel señal 5V 0V 238_015
t (tiempo)
Transmisión eléctrica de señales en secuencia temporal
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Las unidades funcionales El cable K El cable K sirve para conectar un dispositivo de comprobación VAS para efectuar un diagnóstico del vehículo en el Servicio Postventa.
La unidad de control La unidad de control recibe señales de los sensores, las procesa y las envía de nuevo a los actuadores. Los componentes esenciales de una unidad de control son: un microcontrolador con memoria de entrada, memoria de salida y una memoria de programas. Los valores de los sensores recibidos por la unidad de control como, por ejemplo, la temperatura del motor o el régimen del motor se consultan regularmente y se guardan consecutivamente en la memoria de entrada. Este proceso equivale, en principio, a un mecanismo de movimiento intermitente con un conmutador selector giratorio de entrada (véase la figura). El microcontrolador interrelaciona los respectivos valores de entrada utilizando para ello el programa implantado. El resultado de este proceso se almacena en la correspondiente memoria de salida y desde aquí se envía a los correspondientes actuadores. Para poder procesar mensajes CAN cada unidad de control dispone adicionalmente de una zona de almacenamiento CAN para los mensajes recibidos y los que se tienen que enviar.
El módulo CAN El módulo CAN sirve para el intercambio de datos, concretamente el intercambio de los mensajes CAN. Está dividido en dos áreas. El área de recepción y el área de emisión. La integración del módulo CAN a la unidad de control tiene lugar a través del buzón de entrada o a través del buzón de salida. Por lo general, está integrado en el chip del microcontrolador de las unidades de control.
El transceptor El transceptor es un amplificador de emisión y de recepción. Transforma el tren de bits serial (nivel lógico) del módulo CAN en valores de tensión eléctricos (nivel de cable) y viceversa. Los valores de tensión eléctricos son apropiados para el transporte de datos en cables de cobre. La integración del transceptor en el módulo CAN tiene lugar a través del cable de TX (cable de envío) o a través del cable de RX (cable de recepción). El cable de RX está conectado directamente al bus de datos CAN a través de un amplificador y permite una continua participación en la escucha de las señales del bus de datos. 14
Las unidades funcionales Cable K
Uni dad de control Mensaje de error Conmutador selector de entrada
Memoria de entrada
Memoria de salida
Microprocesador
Sensores, p. ej.: • Sensor de régimen • Sensor de temperatura • Manómetro de aceite • etc. ...
Actuadores, p. ej.: • Mariposa servoacc. • Electroválvula • Diodo luminoso • etc. ...
Área CAN con control del tiempo
Módulo CAN Buzón de entrada
Buzón de salida
Área de recepción
Área de envío
RX
Transceptor
TX
Nivel lógico: 0 o 1
Nivel de señal: 0V o 5V
Bus CAN
Unidades funcionales: unidad de control, módulo CAN y transceptor
238_016
15
Las unidades funcionales Particularidades del transceptor
RX
TX
+ 5V
Cable del bus 5V
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238_018
El transceptor con acoplamiento al cable de TX
Representación esquemática con un conmutador
Una particularidad la constituye el acoplamiento del cable de TX al bus. Se realiza a través de un conmutador de colector abierto. De esta forma resultan en el cable del bus dos estados diferentes: Estado 1: pasivo: Estado 0: activo:
estado cerrado, transistor cerrado, (conmutador abierto) nivel del bus=1, a través de resistencia alto ohmiaje estado conmutado a tope, transistor conmutado a tope (conmutador cerrado) nivel del bus=0, sin resistencia bajo ohmiaje
Tres transceptores conectados a un cable del bus +5V
+5V
+5V
Cable del bus (0V)
Transceptor A
Transceptor B
Transceptor C
Acoplamiento de 3 transceptores al cable del bus (principio), transceptor C activo
Conmutador abierto significa 1 (pasivo) Conmutador cerrado significa 0 (activo) 16
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Las unidades funcionales
Del ejemplo anterior (tres transceptores conectados a un cable del bus) pueden resultar las siguientes posiciones de conmutación: Transceptor A
Transceptor B
Transceptor C
Cable del bus
1
1
1
1 (5 V)
1
1
0
0 ( 0V)
1
0
1
0 ( 0V)
1
0
0
0 ( 0V)
0
1
1
0 ( 0V)
0
1
0
0 ( 0V)
0
0
1
0 ( 0V)
0
0
0
0 ( 0V)
Posibles posiciones del conmutador con 3 transceptores conectados a un cable del bus, transceptor C activo
Comportamiento: conmutador está cerrado, • Sifluyealgúncorriente por las resistencias.
los conmutadores están abiertos, no • Sifluyetodoscorriente.
En el cable del bus se regula una tensión de 0V.
En la resistencia no cae la tensión. En el cable del bus se regula una tensión de 5V.
De esta forma se consigue lo siguiente: Si el bus está en el estado 1 (pasivo), cualquier otra estación podría imponer a este estado el estado 0 (activo). El nivel pasivo del bus se denomina recesivo. El nivel activo del bus se denomina dominante. Esto es importante en el caso de: a) La señalización de interferencias en la transmisión (mensajes de error “Error Frames”). b) La detección de colisiones (cuando varias estaciones quieren enviar al mismo tiempo). 17
Las secuencias de una transmisión de datos La transmisión de datos en el ejemplo Registro de régimen > Transmisión > Indicación El siguiente ejemplo muestra un intercambio completo de la información del régimen desde el registro hasta la indicación en el cuentarrevoluciones. De él se desprende la secuencia cronológica de la transmisión de datos y la acción conjunta de los módulos CAN con las unidades de control. En primer lugar el sensor de la unidad de control del motor registra el valor de régimen. Ahora llega regularmente de retorno (cíclico) a la memoria de entrada del microcontrolador. Ya que el valor actual de régimen también se precisa para otras unidades de control, por ejemplo para el cuadro de instrumentos, se tiene que transmitir en el bus de datos CAN. Por ello, el valor de régimen es copiado a la memoria de envíos de la unidad de control del motor. Desde la memoria de envíos la información llega al buzón de salida del módulo CAN. Si en el buzón de salida hay un valor actualizado, se indicará esto con la banderita de envíos (se levanta la banderita). Con la orden de envío al módulo CAN la unidad de control del motor ha cumplido su función en este proceso. El valor del régimen se transforma en un mensaje del motor, primeramente en una forma específica de CAN, de acuerdo con el protocolo. Los componentes más importantes de un protocolo son:
Identidad: (ident if icador de 11 bits) Sirve para la identificación del mensaje Cont eni do me nsaj e : ( ca mpo d atos má x. 8x8 bi ts) El contenido del mensaje
(Prueba CRC de 16 bit s) : Suma de verificación para el almacenamiento de datos Principio de composición de un mensaje CAN
En los siguientes esquemas de desarrollo se representa el mensaje CAN con un símbolo de carta.
Confirmación (Ack de 2 bits): Acknowledge
238_020
Los componentes de un mensaje del motor son por ejemplo: Identidad=Motor_1, Contenido= Régimen. También están incluidos en el mensaje del motor otros valores como, p. ej., ralentí, par motor, etc. 18
Las secuencias de una transmisión de datos
El módulo CAN comprueba a continuación a través del cable de RX si el bus de datos está activo (si actualmente se están intercambiando otras informaciones). Si es preciso, esperará hasta que el bus de datos esté libre. (Nivel 1 (pasivo) durante un periodo de tiempo determinado) Si el bus está libre, se envía el mensaje del motor
El envío
Sensor de régimen
Unidad de cont rol del motor
Unidad de control del ABS
Sali da cuentarrevoluciones
Cua dro de inst rumentos
Levanta bandera orden de e n v í í o Consulta ¿bus libre?
RX
TX
RX
TX
RX
TX
Bus CAN Inicio de un proceso de envío
238_021
esperar ¿bus libre? cable de RX
?
no si 238_022
Detalle: Esquema de consulta ¿bus libre?
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Las secuencias de una transmisión de datos La recepción Un proceso de recepción está formado por dos pasos: 1= • Paso • Paso 2 =
Sensor de temperatura
Comprobación de la corrección del mensaje (en el nivel de control) Comprobación de la utilidad del mensaje (en el nivel de aceptación)
Unidad de cont rol del motor
Unidad de control del ABS
Salida cuentarrevoluciones
Cuadro de i nst rument os
T
RX
TX
TX
RX
TX
RX
238_023
Bus CAN
Proceso de recepción
Todas las estaciones conectadas reciben el mensaje enviado por la unidad de control del motor. Este mensaje llega a través de los cables de RX a la correspondiente área de recepción de los módulos CAN.
si no
Nivel de aceptación Nivel de control
si
si
no
238_024
Detalle: Área de recepción, nivel de control y de aceptación
20
no si
no
238_025
Las secuencias de una transmisión de datos
Todos los receptores han recibido el mensaje del motor y han comprobado su corrección en el respectivo nivel de control. Así se consiguen detectar incidencias locales que sólo se han producido en una unidad de control. Esto provoca la ya mencionada gran densidad de datos. (Véase también el capítulo “La seguridad en la transmisión, comportamiento en caso de incidencias“) Todas las estaciones conectadas reciben el mensaje enviado por la unidad de control del motor (Broadcast). Mediante una llamada suma de verificación CRC podrán averiguar ahora en el nivel de control si se han producido errores en la transmisión. CRC significa Cycling Redundancy Check. En el envío de cada mensaje se forma y se transmite para todos los bits una suma de verificación de 16 bits. Los receptores calculan, siguiendo la misma directriz, la suma de verificación de todos los bits recibidos. Para finalizar, se compara la suma de verificación recibida con la suma de verificación calculada. Si no se ha detectado ningún error, se lo comunican todas las estaciones al emisor con una confirmación, el llamado “Acknowledge”, a continuación a la suma de verificación.
Conf irmación (Ack de 2 bit s): Acknowledge
Flujo de información, confirmación, matasellos
238_026
A continuación, el mensaje que se ha recibido correctamente llega al llamado nivel de aceptación de los correspondientes módulos CAN. este nivel se decide si se requiere el mensaje para la función de la correspondiente unidad de • Encontrol. negativo, se elimina el mensaje. • EnEn caso • caso afirmativo, el mensaje llega al correspondiente buzón de entrada. Al levantar la “bandera de recepción” se le indica al cuadro de instrumentos conectado que hay un mensaje actualizado, por ejemplo el régimen, esperando a ser procesado. El cuadro de instrumentos consulta este mensaje y copia el valor en su memoria de entrada. De esta forma finalizan los procesos de envío y de recepción en los módulos CAN. el cuadro de instrumentos el régimen llega, después de ser procesado por el • Enmicrocontrolador, al actuador y, finalmente, al cuentarrevoluciones. de datos de un mensaje se repite constantemente en función de • Ellosintercambio tiempo de ciclo ajustados (por ejemplo cada 10ms). 21
Las secuencias de una transmisión de datos Intento de envío simultáneo de varias unidades de control En el caso de un intento de envío simultáneo de varias unidades de control se produciría inevitablemente una colisión de datos en el cable del bus. Para evitar esto se aplica la siguiente estrategia en el CAN: Una unidad de control activa comienza el proceso de envío enviando el identificador. Todas las unidades de control siguen lo que acontece en el bus registrando a través de su respectivo cable de RX el estado en el bus. El emisor compara por bits el estado del cable de TX con el estado del cable de RX. Aquí se pueden producir discrepancias. La estrategia CAN regula esta situación de la siguiente manera: La unidad de control cuya señal de TX ha sido sobreescrita por un cero se tiene que retirar del bus. La importancia de los mensajes se regula por el número de los ceros que preceden al identificador. De esta forma se garantiza que los mensajes se envíen siguiendo un orden de importancia. Regla: Cuanto menor sea el número en el identificador, mayor es la importancia del mensaje. Este procedimiento se denomina arbitraje. Derivación de árbitro
Unidad contr. del motor
TX
Unidad contr. del ABS
TX
Cuadro de inst rument os
TX
RX
RX
RX
retiene reparto y permanece en modo de envío
pierde reparto y cambia a modo de recepción
pierde reparto y cambia a modo de recepción
Cable del bus de datos
Procedimiento de arbitraje para evitar una colisión
22
238_027
Las secuencias de una transmisión de datos
En el siguiente ejemplo se muestra claramente que en el caso de un deseo de envío simultáneo por parte de varias unidades de control, el sensor de ángulo de viraje tiene la máxima prioridad. Por lo tanto, su mensaje es el primero que se envía. Explicación: El sensor de ángulo de viraje con el número más pequeño (con más ceros delante) se impone.
Motor_1 Freno_1 Cuadro instr._1 Ángulo viraje_1 Cambio_1 Identificadores posibles en el CAN tracción
238_027b
Conclusión de la transmisión de valores de sensores (por ejemplo el régimen) Debido a la gran seguridad en la transferencia en el CAN se detectan claramente y de forma fiable numerosas incidencias como, por ejemplo, las interferencias eléctricas o las interrupciones en el sistema CAN. de régimen 1.800 rpm se transmite correctamente o, si ocurre alguna incidencia, • Elnovalor se transmite (no hay indicación, el cuentarrevoluciones indica “0“). por ejemplo, aparecen valores de régimen no plausibles, habrá que buscar la causa no en • Si,la transmisión (CAN), sino en un sensor averiado, un instrumento de indicación averiado o en la línea de conexión.
23
La seguridad en la transmisión, comportamiento en caso de incidencias
Gestión interna de errores Para garantizar una alta seguridad de los datos, se monta en el CAN un complejo sistema de gestión interna de errores. De esta forma se consigue que los posibles errores de transmisión se detecten con gran fiabilidad. De esta forma se pueden adoptar las correspondientes medidas. La tasa de errores no detectados, la llamada posibilidad de errores residuales es < 10 -12 . Este valor equivale a 4 errores a lo largo de toda la vida útil de un vehículo. Gracias al procedimiento Broadcast (uno envía, todos reciben y analizan) se le avisa a todos los participantes acerca de cualquier error que aparezca y que sea detectado por algún participante de la red mediante un mensaje de error, el llamado “Error Frame”. Así todos los participantes eliminarán el mensaje actual. A continuación tiene lugar una repetición automática de envío. Este proceso es completamente normal y puede estar provocado por fuertes oscilaciones de tensión, p. ej. al arrancar el motor o por fuertes interferencias exteriores. Una situación crítica se produce cuando se acumulan repeticiones de envíos causadas por errores detectados de forma constante. Para estas situaciones cada estación lleva instalado un contador interno de errores que va sumando los errores detectados y los va restando tras una repetición de envío efectuado.
Unidad de control desactivada
No puede enviar más
Bus Off
Contador errores de RX
1 20
Error Passive
127
0 Contador errores de TX
256 Estado normal
255
Tiempo de sistema 255 127
Error Active 0 Aparecen errores, contador suma errores
Contador interno de errores
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No hay errores, contador resta errores
Tiempo de sistema Acumulación de errores masiva, se sobrepasa el valor umbral del contador de errores 238_028
La seguridad en la transmisión, comportamiento en caso de incidencias
El contador interno de errores es el responsable de la gestión interna de errores y no se puede consultar. Si se sobrepasa un valor umbral especificado (equivale a un máximo de 32 repeticiones de envío), se informa a la unidad de control en cuestión y se desconecta del bus de datos CAN. Tras repetirse el estado Bus Off (sin comunicación interina) se realizará un registro en la memoria de averías. Después de un tiempo de espera definido (aprox. 0,2s) la unidad de control intenta conectarse de nuevo por sí misma al bus. El tráfico de mensajes tiene lugar, por lo general, de forma cíclica con periodos de ciclos especificados. De esta forma se garantiza que los respectivos mensajes se transmitan a tiempo. Sin embrago, si se producen demoras, es decir no se reciben como mínimo diez mensajes, responderá el llamado control del tiempo (Time Out del mensaje). A consecuencia de ello también se realiza una entrada en la memoria de averías de la unidad de control que está recibiendo. Este es el segundo mecanismo de la gestión de errores. De ello resultan para el diagnóstico en el Servicio Postventa los siguientes mensajes de error: 1. Bus de datos averiado En la unidad de control afectada se han detectado errores graves. La unidad de control ha estado desconectada al menos dos veces del bus (Bus Off). 2. Faltan mensajes de....o bien no hay comunicación con la unidad de control en cuestión. Los mensajes no se reciben a tiempo. Ha respondido el control de Time Out.
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La seguridad en la transmisión, comportamiento en caso de incidencias
Indicación para el diagnóstico en el ejemplo de una transmisión incorrecta del régimen del régimen se transmite correctamente o no se transmite debido a alguna incidencia • El(novalor hay indicación). El sistema de medición e información para vehículos VAS 5051 indica en este caso una nota sobre una incidencia en el sistema CAN:
238_029a
238_029b
238_029c
Indicación del VAS 5051
por ejemplo, aparecen valores de régimen no plausibles, no habrá que buscar la causa en la • Si,transmisión CAN, sino en el sensor o en el actuador (instrumentos de indicación, por ejemplo el cuentarrevoluciones).
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La seguridad en la transmisión, comportamiento en caso de incidencias
En el caso de una incidencia en el sistema CAN, el sistema de medición e información para vehículos VAS 5051 indica un mensaje de error general. Con este mensaje aún no se sabe cuál es el componente del sistema CAN que está averiado. Para localizar la avería se puede consultar el estado activo de las unidades de control conectadas al bus de datos CAN a través de los bloques de valores de medición 125, 126 de la pasarela (1=activo, 0=pasivo). Posiblemente sean precisas otras mediciones eléctricas (por ejemplo una comprobación de la señal con el osciloscopio).
Perspectivas Con el presente programa autodidáctico 238 deberían quedar explicadas las principales funciones del sistema CAN. En el programa autodidáctico 269 “Intercambio de datos en el bus de datos CAN II, CAN del área de la tracción/CAN del área de confort“ se explica el sistema de bus de datos CAN en el vehículo que se emplea en Volkswagen y Audi. Se explican de forma detallada las características en el bus de datos CAN del área de la tracción y el bus de datos CAN del área de confort en cuanto a las funciones y el diagnóstico. Finalmente, se explica el sistema completo en el que se interconectan el bus de datos CAN del área de la tracción y el bus de datos CAN del área de confort a través de la llamada pasarela. El modo de proceder para la localización de averías es otra parte importante de este programa autodidáctico.
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Pruebe sus conocimientos
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1.
¿Por qué se utilizan en los vehículos sistemas de bus de datos?
A
Por la complejidad, cada vez mayor, de la electrónica de los vehículos
B
Porque son factibles ampliaciones en el sistema en forma de equipos suplementarios
C
Porque lo exige la ley
2.
¿Cuál es la tasa de transferencia de datos en el bus de datos CAN del área de la tracción?
A
10 Kbit/s
B
100 Kbit/s
C
500 Kbit/s
3.
El comprobador de diagnóstico VAS 5051 sirve, entre otras cosas, para detectar ...
A
Averías en el cableado del sistema CAN
B
Averías de hardware en el sistema CAN
C
Indicaciones de mensajes del sistema CAN
4.
¿Qué mensajes reciben y comprueban las unidades de control?
A
Sólo aquellos mensajes destinados a las correspondientes unidades de control
B
Todos los mensajes enviados
C
Los mensajes de máxima prioridad
5.
Tres unidades de control esperan a que el bus esté libre y quieren enviar mensajes ...
A
... todas pueden enviar inmediatamente los mensajes
B
... se produce una colisión de datos
C
... el arbitraje regula el orden por el que se envían los mensajes
Pruebe sus conocimientos
6.
¿Qué significa Bus OFF?
A
Que todos los participantes del sistema de bus de datos se desconectan
B
Que un participante del sistema de bus de datos se retira temporalmente del sistema de bus
C
Que se desactiva todo el bus de datos
7.
¿Para qué sirve el contador interno de errores?
A
Para contar los mensajes CAN
B
Para contar los errores y así poder conmutar la unidad de control a Bus OFF, si es preciso
C
Para aplicaciones estáticas
8.
¿Qué significa en CAN “Alta seguridad en la transmisión“ ?
A
Que apenas se producen errores de transmisión
B
Que los errores de transmisión se detectan con fiabilidad
C
Que en el caso de detectar errores se informa a todas las unidades de control al
9.
El identificador de un mensaje CAN ...
A
... indica el nombre y la prioridad de un mensaje
B
... indica la dirección de destino
C
... sirve para gestionar los derechos de acceso
10.
El protocolo sirve para ...
A
... el almacenamiento de datos
B
... la detección de errores
C
... la gestión de los derechos de acceso
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Glosario ACK: Acknowlege, confirmación de recepción de un mensaje correcto. Se realiza colocando un bit dominante por parte de todos los participantes del bus de datos. Actuadores: Elementos de excitación e indicaciones en el vehículo. Arbitraje: Mecanismo para evitar colisiones cuando varios participantes quieren realizar un envío al mismo tiempo. El arbitraje asegura que los mensajes sean enviados siguiendo el orden definido por su importancia. Broadcast: Principio de emisión: uno envía - todos reciben.
Identificador: Zona de comienzo de un mensaje, sirve para identificar y distinguir las prioridades de mensajes. Memoria de averías: Memoria en la unidad de control que puede consultarse con el comprobador VAS. Mensaje: Un mensaje es el paquete de datos enviado por una unidad de control.
Bus de datos CAN del área de co nfort: Subsistema para unidades de control en el sistema de confort.
Microcontrolador: Sistema informático de 1 chip, compuesto por la CPU, la memoria y módulos de entrada y salida
Bus de datos CAN del área de i nfotenimiento: Subsistema para unidades de control en el sistema de radio e información.
Módulo CAN Sirve para la ejecución del intercambio de datos para mensajes CAN.
Bus de datos CAN del área de l a tracción: Subsistema para unidades de control en el grupo motopropulsor.
Nivel de aceptación. Filtración de mensajes recibidos que son relevantes para la unidad de control en cuestión.
Bus off: Desconexión del bus de una unidad de control al sobrepasar el contador interno de errores. Buzón de entrada: La memoria en la que se almacenan los mensajes recibidos por el módulo CAN. Buzón de salida: Memoria en el módulo CAN en la que se almacenan los mensajes que tiene que enviar la unidad de control. Cable de RX: Cable de conexión en el elemento receptor entre el módulo CAN y el transceptor. Cable de TX: Cable de conexión en el elemento emisor entre el módulo CAN y el transceptor Cable del BUS: Conexión eléctrica de cobre en el vehículo, dos líneas retorcidas. El cable del bus interconecta las unidades de control. Cable K: Cable para el Servicio Postventa, cable de conexión entre l as unidades de control y el conector para diagnósticos en el vehículo para conectar el comprobador VAS. CAN: Controller Area Network, sistema de bus de datos para la interconexión de unidades de control. CRC: Cyclic Redundancy Check, suma de verificación (16 bits) para la detección de errores.
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Error Frame: Mensaje de error (>6 bits dominantes) para señalizar errores de transmisión en el bus de datos.
Nivel de señal: Estado de la tensión eléctrica en un cable Nivel lógico: Estado 0 o 1 en un punto de conexión del sistema. Sensores: Sensores electrónicos en el vehículo, sirven para registrar los estados operativos Time Out del mensaje: Control del tiempo por parte del receptor de envíos realizados. Transceptor: Amplificador electrónico de emisión y recepción, sirve para acoplar el módulo CAN al cable del bus de datos. Transceptor del bus: Amplificador electrónico de emisión y recepción para acoplar una unidad de control al bus.
Notas
Soluciones: 1: AB / 2: C / 3: AB / 4: B / 5: C 6: B / 7: B / 8: BC / 9: AC / 10: ABC
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