Antonio Lles YebraI.E.S. Sierra de Guara - Huesca

Los sistemas electrnicos de control en el automvilLa implantacin de sistemas automticos de control en el automvil comenz con la aparicin de los primeros sistemas de inyeccin electrnica de gasolina sustituyendo al carburador. Se logr as una dosificacin exacta del combustible para su mejor combustin y la optimizacin del rendimiento del motor.Desde la gestin del motor se ha ido ampliando la aplicacin del control electrnico y actualmente lo podemos encontrar en todos los sistemas del automvil: motor, traccin, seguridad, confort, comunicacin,

ESTRUCTURA DE UN SISTEMA AUTOMTICO DE CONTROLUNIDADELECTRNICADE CONTROLENTRADASPROCESOSALIDASSENSORESACTUADORESInformacinrdenes

EJEMPLO: SISTEMA DE INYCCIN-ENCENDIDO FIAT BRAVO1. Centralita gestin motor9. Sensor posicin mariposa15. Conector diagnosis21. Bomba combustible2,3. Rel y electroventilador 10. Sonda lambda 16. Electrovlvula canister 22. Bujas encendido4,5. Sensor y velocmetro11. Conmutador arranque 17. Regulador ralent 23. Bobinas encendido6. Caudalmetro12. Sensor detonacin 18. Cuentarrevoluciones 24. Mdulo encendido7. Sensor rgimen motor13. Sensor de fase motor 19. Inyectores 25. Centralita inmovilizador8. Sensor temperatura14. Compresor clima 20. Rels del sistema

SENSORESConstituyen las entradas de la unidad electrnica de control.Introducen la informacin necesaria para el sistema.Transforman una magnitud fsica en una seal elctrica.Segn la magnitud fsica que captan existen sensores de temperatura, caudal, presin, velocidad, posicin, etc. La seal elctrica que envan puede ser analgica (ej.: resistencia NTC) o digital (ej.:clula Hall)

ACTUADORESSe conectan en las salidas de la unidad electrnica de control.Reciben las rdenes de ejecutar tareas concretas bajo el control del sistema.Transforman una corriente elctrica de mando en movimiento, calor, luz, etc.Los actuadores pueden ser motores, electroimanes, bombas, lmparas, electrovlvulas, resistencias, etc.La corriente elctrica de mando puede ser continua de valor fijo o de valor regulable y tambin puede ser una seal PWM.

UNIDAD ELECTRNICA DE CONTROLLa unidad electrnica de control ( ECU, calculador, centralita, unidad de mando, ) constituye el cerebro del sistema y est integrada por varios bloques con misiones especficas.

ARQUITECTURA DE BLOQUES DE UNA U.E.C.PROCESADOR

Reloj

Interface de entradas

Interface de salidasMemoria ROMMemoria RAMAutodiagnosticoIntersistemas

EntradasSalidasRed multiplexadaLnea de diagnstico

COMPONENTES DE LA U.E.C.

Interface de entradas: Realiza el acondicionamiento de las seales enviadas por los sensores. Segn los tipos de seales, estas pueden requerir conformacin, amplificacin, filtrado o conversin A/D.Procesador: Siguiendo la cadencia marcada por el reloj procesa los datos que recibe de los sensores segn los programas almacenados en memoria. De este proceso resultan las rdenes para el desarrollo de las operaciones de trabajo que ejecutarn los actuadores.Interface de salidas: Transforma las seales de salida del procesador en seales de mando con la forma y el nivel de potencia requeridos por los actuadores. Ello incluye conversin D/A, conformado y amplificacin.Reloj: Genera los pulsos de funcionamiento del sistema.

COMPONENTES DE LA U.E.C.Memoria ROM: Es memoria de slo lectura y aqu estn almacenados los programas, datos y curvas caractersticos, valores tericos, etc. Pueden ser programables (PROM, EPROM,)Memoria RAM: Es memoria de lectura y escritura y aqu se almacenan temporalmente los datos de trabajo durante la ejecucin de un programa. Se borran cada vez que se desconecta el sistema.Intersistemas: Permite enviar y recibir datos de otros sistemas a travs de la red multiplexada. Incluye una interface de red y un gestor de protocolo.Autodiagnstico: Vigila el buen funcionamiento del sistema, activa el modo de emergencia cuando sea necesario, memoriza las anomalas detectadas y permite el dilogo con un terminal de diagnosis.

LA NUEVA CONFIGURACIN DE LOS CIRCUITOS ELCTRICOSEn el circuito tradicional los elementos de control (llave, pulsador,...) funcionan como interruptores de potencia controlando directamente la corriente que hace funcionar los actuadores.En los circuitos actuales el elemento de control del actuador es un rel o transistor incorporado en la unidad de control electrnico del sistema.Los elementos de control tradicionales funcionan ahora como emisores de seales que sern procesadas por la unidad de control que decidir activar al rel o transistor correspondiente.

LA COMPLEJIDAD DE LAS INSTALACIONES ELCTRICAS EN LOS AUTOMVILES ACTUALESLa mejora en las prestaciones de los automviles actuales ha llevado a introducir un gran nmero de sistemas controlados por la electrnica.Ello significa un elevado nmero de unidades electrnicas de control que adems han de estar comunicadas entre s en muchas ocasiones lo que hace enormemente compleja la instalacin elctrica del automvil: componentes, cableado, interconexiones,Para simplificar la instalacin los fabricantes han recurrido a dos solucionesLA INTEGRACINEL MULTIPLEXADO

QU ES LA INTEGRACIN ?La integracin consiste en agrupar varias funciones en una sola unidad.Por ejemplo:CALCULADOR GESTIN MOTORCALCULADOR HABITCULO (BSI, BC, GEM,)Incluye sistemas de inyeccin, encendido, antipolucin, refrigeracin,Incluye: cierre, alarma e inmovilizacin, iluminacin interior y exterior, limpieza, desempaado, sealizacin, optimizacin de consumos, elevalunas, etc,etc.

QU ES EL MULTIPLEXADO ?Es un sistema de interconexin entre componentes electrnicos normalmente unidades de control o sensores inteligentes que consiste en que por una sola lnea (bus) circulan diversas informaciones en forma de seales digitales codificadas.0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0

POR QU EL MULTIPLEXADO ?

Evolucin histrica del cableado

COMUNICACIN ENTRE CALCULADORES SISTEMA CONVENCIONAL Y SISTEMA MULTIPLEXADO

Calculador motorCalculador suspensinCalculador ABS/ASRCOMUNICACIN ENTRE CALCULADORES SISTEMA CONVENCIONAL Y SISTEMA MULTIPLEXADOCalculador motorCalculador suspensinCalculador ABS/ASRCalculador cambio automticoCalculador cambio automticoCalculador ayuda aparcamientoCalculador ayuda aparcamiento

Sistema convencional :Un sensor para cada calculador

Sistema multiplexado :Un solo sensor

LAS REDES MULTIPLEXADASEl soporte de transmisin de la informacin.

La magnitud fsica que transporta la informacin.

La estructura de la red.

Las reglas de transmisin o protocolo.El conjunto de calculadores interconectados y el bus que los une recibe el nombre de red multiplexada. En el automvil se utilizan redes multiplexadas de tipos diferentes siendo las caractersticas principales que los definen las siguientes:

EL SOPORTE DE TRANSMISIN DE LA INFORMACINPuede ser cable, fibra ptica, ondas de radiofrecuencia, infrarrojos, etc. En el automvil los soportes ms utilizados son:Un cable sencillo: Red LIN Dos cables trenzados: Redes VAN y CAN. Por ellos circulan dos seales invertidas. Fibra ptica: Red MOST. Permite muy alta velocidad de transmisin pero es muy cara y presenta problemas de instalacin.As se evita la radiacin de parsitos y se consigue la inmunidad frente a perturbaciones exteriores.

LA MAGNITUD FSICA QUE TRANSPORTA LA INFORMACINDATADATAVAN01LINCAN Baja velocidadCANAlta velocidad10CAN HCAN LEn la red MOST de fibra ptica la informacin es transportada por la luz que emite un LED de longitud de onda de 650 nm (color rojo). La codificacin se hace por modulacin de frecuencia.En las redes con bus de cable la informacin se transmite por variaciones de tensin elctrica

LA ESTRUCTURA DE LA REDLos calculadores pueden ser maestros o esclavos: Un calculador maestro es capaz de comandar un calculador esclavo pero no al revs. Un calculador esclavo solo puede introducir datos en la red a instancia de un calculador maestro y puede recibir de un maestro rdenes para ejecutar. Por el contrario un calculador maestro puede intervenir en cualquier momento.MaestroEsclavoMaestroEsclavoEsclavoEsclavoEsclavoEsclavoMaestroMaestroMaestroMaestroMaestroMaestroMaestroMaestroRed Maestro-Esclavos ( LIN, VAN Car, )Red Mulimaestro-Multiesclavo ( VAN Confort )Red Multimaestro ( CAN, VAN, )

LAS REGLAS DE TRANSMISIN O PROTOCOLOCada tipo de red multiplexada tiene sus reglas de transmisin o protocolo que especifica fundamentalmente:-- La velocidad de transmisin.-- La lista de mensajes y su codificacin.-- La estructura y lista de identificadores ( valores, periodicidades, prioridades, )-- La estructura de las tramas ( nmero de bits u octetos, posicin de campos, codificacin, )-- El modo de emisin de tramas ( peridico, eventual,)-- Las reglas de comunicacin ( respuesta en la trama, acuse de recibo,)-- Las reglas de diagnstico.

LA VELOCIDAD DE TRANSMISINRed LIN: Velocidad muy baja 9.6 a 19.2 Kbit/sRed B-CAN, VAN Car: Velocidad baja 50-62.5 Kbit/sRedes VAN Confort, CAN LS, CAN Confort: Velocidad media-baja 100-125 Kbit/sRedes CAN HS, C-CAN, CAN Traccin: Velocidad alta 250-500 Kbit/sRed MOST: Velocidad muy alta 21-24 Mbit/sExpresa el caudal de bits que en cada segundo pueden circular por la red. En consecuencia determina tambin el tiempo de los pulsos de reloj (time slot). As, por ejemplo, una velocidad de transmisin de 500 kbit/s determina unos pulsos de 2 ms.

LA ESTRUCTURA DE LAS TRAMASSe llama trama a cada paquete de informaciones (bits) que constituye un mensaje en la redEl inicio del mensajeLa identificacin del destinatarioLa prioridad del mensajeLa naturaleza del mensajeLa verificacin del mensajeEl acuse de recibo por el destinatarioEl fin del mensajeLos datos de un mensaje no pueden introducirse aisladamente en la red sino que es necesario formar una trama con otras informaciones digitales codificadas organizadas en campos para indicar:

LA RED CAN (Controler Area Network)Desarrollada por Bosch para facilitar la transmisin de datos entre unidades electrnicas es la ms extendida actualmente.Utiliza como soporte un bus formado por dos cables trenzados llamados Can H y Can L por los que circulan seales invertidas y en cuyos extremos se colocan resistencias para evitar los rebotes de seal que podran producir errores y fallos en la red.Existen diferentes tipos de red CAN que utilizan velocidades de transmisin diferentes oscilando entre 50 y 500 Kbit/s segn el tipo de red. El sistema CAN puede alcanzar tericamente 1000 Kbit/s.La estructura de la red CAN es del tipo multimaestro.Algunos tipos de red CAN pueden funcionar en modo degradado (ej:CAN LS Fault Tolerant) y en otras una anomala en uno de los cables provoca la parada de toda la red (ej:CAN HS)

2 - 4 msCAN HCAN L10LAS SEALES EN LA RED CAN DE ALTA VELOCIDAD

LAS SEALES EN LA RED CAN DE BAJA VELOCIDAD

ESTRUCTURA DE UNA TRAMA CAN Comienzo de trama (1bit) Sincroniza los relojesCampo de estado (11 bit). Define el destino y la prioridad del mensajeCampo de comando (6bit) Se especifica la cantidad de informacin contenida en el campo de datos para que el receptor verifique que ha recibido la informacin completa.Campo de datos (hasta 8 octetos, 64 bit mx.)Campo de acuse de recibo (2 bit) El receptor confirma al emisor que ha recibido el mensaje correctamente.Bit RTR Consulta o datoCampo de verificacin (16 bit) Asegura que el mensaje no tiene fallos de transmisinFin de trama (7bit)Separacin de tramas: Al terminar una trama es obligatorio dejar un espacio de 3 bit antes de empezar la siguiente.

ESTRUCTURA DE UNA TRAMA CANTRAMA CAN EN EL OSCILOSCOPIO

COLISIN Y ARBITRAJECuando un calculador se dispone a emitir un mensaje, escucha la red para comprobar si est libre. En caso contrario espera el cdigo de fin de trama (7 bits a 1), deja 3 bits libres y comienza a emitir. Si otro calculador comienza tambin a emitir en ese instante el campo identificador servir de arbitraje siendo preferente la emisin de un 0 (dominante) sobre la de un 1 (recesivo) cuya transmisin quedar suspendida.

LAS RESISTENCIAS DE TERMINACINPara evitar las seales rebotadas al final del bus las redes CAN colocan una resistencia de 120W en cada extremo. La red B-CAN incorpora resistencias en cada calculador.Las resistencias de fin de lnea pueden servir adems para comprobar la continuidad del bus. Un hmetro conectado entre los cables CanH y CanL marcar 60W.

LA INTERFASE DEL MULTIPLEXADOPara poder poner en comunicacin al procesador con la red todo calculador CAN necesita una interfase de multiplexado que consta de un controlador de protocolo y una interfase de lnea.El controlador de protocolo en modo de emisin recibe los datos del procesador y los codifica segn el protocolo CAN aadiendo los campos necesarios para completar la trama. Trabajando en modo de recepcin recibe la trama y extrae los datos para el procesador.La interfase de lnea est formada por la interfase de emisin y la interfase de recepcin. La interfase de emisin convierte la trama binaria en los niveles de tensin propios de cada cable del bus. La interfase de recepcin consta de un amplificador diferencial que compara las tensiones en los dos cables del bus y efecta la conversin a una seal lgica.La recepcin diferencial anula los parsitos inducidos en el bus

LA RED VAN (Vehicle Area Network)Desarrollada por PSA y Renault para sistemas de carrocera y confort.Utiliza como soporte para transmitir la informacin un bus formado por un par de cables de cobre trenzados de 0,6 mm2 llamados DATA y DATA/ que portan seales invertidas de 0 y 5v.Existen diferentes tipos de red VAN cuyas velocidades de transmisin oscilan entre 62.5 y 125 kbits/s. segn el tipo de red (VAN Car. o VAN Confort).Las redes VAN pueden tener diferentes tipos de estructura pudiendo ser Maestro-Esclavos, Multimaestro-Multiesclavo o Multimaestro.La red VAN es tolerante a las averas del bus y puede funcionar en modo degradado.

LAS SEALES EN LA RED VAN

ESTRUCTURA DE UNA TRAMA VAN

LA RED LIN (Local Interconnet Network)Desarrollada por un consorcio auspiciado por Motorola y en el que se integraron Audi, BMW, DaimlerChrysler, Volvo, Volkswagen, Communication Tecnologies AB y Valeo.La red LIN es una subred local que cablea los diferentes componentes de una funcin. Por lo tanto no es una red de comunicacin entre sistemas sino entre los diferentes componentes (centralita, sensores, actuadores,) de un mismo sistema.Por ello la estructura de la red LIN es del tipo Maestro-Esclavos.Utiliza como bus de comunicacin un solo cable de cobre de 0,35 mm.2 No requiere proteccin especial contra los parsitos dado su carcter local y su elevada tolerancia en los niveles de tensin que definen cada estado. La velocidad de transmisin de datos es de 9,6 a 19,2 kbits/s. La red LIN no puede funcionar en modo avera.

LAS SEALES EN LA RED LIN10

ESTRUCTURA DE UNA TRAMA LIN1 Synch Break Field: Pausa de sincronizacin. Indica el comienzo del mensaje. Contiene 13 bits (mnimo) a 0. 2: Lmite de sincronizacin: Indica el comienzo de la sincronizacin. Contiene 1 bit (mnimo) a 1. 3 Synchro Field: Sincroniza los relojes. Contiene 10 bits alternos. 4 Identifier Field: Identifica el tipo de mensaje, a quin va dirigido y si es mandato o peticin de dato. Contiene 10 bits. 5 Data field:Contiene las rdenes o datos a transmitir en paquetes de 10 bits 6 Checksum Field: Campo de control de datos. Contiene 10 bits. SBFSFIFDF1DF2CF

FUNCIONAMIENTO DE LA RED LIN

LA RED MOST (Media Oriented Systems Transport)Es una red multiplexada utilizada en los sistemas de informacin y entretenimiento.Utiliza un bus de fibra ptica por el que circula la luz emitida por un LED con una longitud de onda de 650 nm (luz roja).La velocidad de transmisin es muy alta: 21 Mbits/s.Sus componentes se conectan segn una estructura anular.

LA COMUNICACIN EN LA RED MOST1 El transceptor MOST pone en comunicacin la unidad de control con la unidad de transmisin y recepcin, codificando y descodifi-cando el protocolo MOST.2 FOT o unidad de transmisin y recepcin, consta de un diodo LED que convierte las seales elctricas en luminosas y un fotodiodo que realiza la funcin inversa. 3 Las seales luminosas recorren el anillo de fibra ptica LWL. 4 La unidad de mando a la que le corresponda recoge la informacin del anillo (recepcin) o la enva (transmisin).

ESTRUCTURA DE UNA TRAMA MOSTCampo de comienzo o prembulo ( 4 bits )Campo delimitador que separa el prembulo de los datos ( 4 bits )Campo de datos que contiene propiamente la informacin a transmitir ( 480 bits )1 y 2 bytes de verificacin contienen los datos de control y diagnosis ( 8 + 8 bits )Campo de estado que contiene informacin sobre la transmisin de la trama al receptor ( 7 bits )Campo de paridad revisa por ltima vez si la trama est completa o se ha de repetir la transmisin ( 1 bit )

EJEMPLOS DE APLICACIN DE REDES MULTIPLEXADASLa implantacin de redes multiplexadas en los vehculos actuales es muy variable en cuanto a nmero y clase de redes existentes y al nmero de nodos de que consta cada red. A continuacin se mostrarn ejemplos sobre diferentes modelos de algunos fabricantes que muestran diferentes configuraciones de redes con sus nodos.Cuando un mismo vehculo implementa tipos de redes diferentes debe haber un calculador que incluya un componente llamado pasarela (gateway) para comunicar unas redes con otras.

LA PASARELA ( GATEWAY )Sirve para comunicar redes diferentes entre s. Para ello debe transformar los mensajes extrayendo los datos de una red emisora que puedan interesar a otra red receptora y elaborar una trama nueva segn el protocolo de esta ltima.

FIAT PUNTO1 red CAN con 5 nodos

RENAULT SCENIC1 red CAN hasta 15 calculadores

OPEL CORSA1 red CAN V1 red CAN EA15. Calculador habitculoXD. Conector de diagnsticoA84. Calculador gestin motorA112. Calculador transmisin automtica o robotizadaA38. Calculador ABS ESPA37. Calculador ABSP3. InstrumentacinXX. Otros calculadores

SEAT IBIZA1 red CAN de motor1 red CAN de confort

ALFA 1471 red B-CAN1 red C-CANRed B-CANRed C-CAN

ALFA 147Red B-CAN de 50 kbit/sRed C-CAN de 500 kbit/sEstructura de la red B-CANEstructura de la red C-CAN

VW PASSAT1 red CAN Propulsin1 red CAN Confort

CITROEN C4 1 red CAN alta velocidad 2 redes CAN baja velocidad

CITROEN C51 red CAN Mecnica2 redes VAN Carrocera1 red VAN Confort

TOYOTA LAND CRUISER 1 red CAN 2 redes BEAN 1 red AVC-LAN

TOYOTA LAND CRUISER

AUDI A4Red CAN PropulsinRed CAN ConfortRed CAN Info/ocioRedes LIN volante multifuncin y sensor de lluvia y luminosidadRed LIN faros

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