Protocolos Automotrices CAN, FLAX RAY, LIN, MOSTUniversidad politcnica de Juventino RosasIngeniera en Sistemas Automotrices. Asignatura: Sistemas de cmputo automotriz.Profesor: .I Jos iguel oreno Re!esAlumnos: Ru"n #ern$ndez Panto%a Ricardo S$nc&ez 'oria () A.1. Abstract.*&e car is a comple+ s!stem t&at &as mec&anical partsmainl!driven"!fuel. #o,ever- inrecent !ears t&eincreaseofelectrical.electronice/uipmentinsidet&ecar &as "een a dominant trend. 0ausingt&e ve&iclecomputer s!stem&as evolved froma computer t&atcontrols ever!t&ing- to a set of computers eac& ,it& itso,nareaof,or1. *&isinvolvesc&angingt&e,a!acomputer communicates ,it& eac& ot&er to s&areinformationont&eprocessest&at arecontrolling. 2ort&is ,e &ave used t&ese protocols t&at 1no, "elo,.2. Itro!ucci" 3l automvil es un sistema comple%o /ue principalmentetiene partes mec$nicas impulsadas por com"usti"le. Sinem"argo- en los 4ltimos a5os el incremento de lose/uiposelctricos.electrnicosdentrodel auto&asidouna tendencia dominante. 6riginando /ue el sistemacomputarizadodelosve&culos&a!aevolucionadodeunacomputadora/uecontrolatodo- auncon%untodecomputadoras cadaunaconsupropia$readetra"a%o.3sto implica cam"iar la forma en /ue una computadorasecomunicaconcadaunadelasotrasparacompartirinformacin de los procesos /ue est$n controlando. Paraesto se &an utilizado estos protocolos /ue conoceremosa continuacin. #. Ob$eti%o.0onocer los protocolos de los 4ltimos a5os- /ue se &animplementado en los sistemas del automvil &. 'esarrolloCAN3s un protocolo de comunicaciones "asada en unaar/uitectura de "us para transferencia de mensa%es en unam"iente distri"uido7 logrando /ue los sistemas "asadosen este protocolo cuenten con tasas de transmisinelevadas8&asta9"ps: !congranconstruccindelve&culo- la me%ora en la funciona"ilidad- desempe5o !funciones de diagnstico de las unidades de controlelectrnico 830Us o computadoras dedicadas:. 6trasfortalezas del "us 0A' son su ar/uitectura multimaestrocapaz de proveer caractersticas de respuesta en tiemporeal ! tolerancia a fallas en la recepcin de mensa%es !mal funcionamiento de los nodos. 3l intercam"io de informacin en el "us 0A' se &acede una manera inteligente gracias a su forma dear"itrear- es decir- todos los nodos de la red sonconsiderados maestros ! cada uno puede enviarmensa%es en cual/uier momento. 0A' es el acrnimo de 0ontroller Area 'et,or1 ! lo de"us es por/ue tenemos una topologa en forma de "us8valga la redundancia:. Para los profanos en el mundode la electrnica esto /uiere decir /ue &a! un solo ca"le/uerecorreel ve&culoal /uesevanconectandolosdiferentes aparatos electrnicos /ue necesitencomunicarse. ;eestaformareducimoslacantidaddeca"les /ue se necesitan en el coc&e. Pues un montn. Pensemos enlos elevalunas elctricos- el climatizador- el cierrecentralizado- el tec&osolar- losasientoselctricos- lacentralita de la in!eccin ! todos sus sensores- el cuadrode instrumentos- los mandos en el volante- los sistemasmultimedia?;e &ec&o-tal eslacantidaddedispositivos/ue en laactualidad- para garantizar la rapidez ! ro"ustez de lascomunicaciones- no suele &a"er un solo "us 0A' si no/ue &a! varios su"@"uses en el ve&culo. Un "us para lagestin electrnica del motor- otro para climatizacin !entretenimiento- otro para temas de seguridad 8alarmas-cierre centralizado- AAS: etc?0ual/uier dispositivo electrnico conectado al "uspuede mandar mensa%es ! el resto le escuc&an. 0ada tipode mensa%e lleva un identificador. Bos o!entes deciden/u mensa%es les interesan ! cuales no. Para /ue la cosafuncione- los dispositivos elctricos se van turnandopara C&a"larD de uno en uno.6tro uso de este protocolo es para los servicios dediagnosis ! la toma de datos del ve&culo. Bos coc&estienen unconector especial llamado6A;/ue sueleencontrarse de"a%o del volante. 3ste conector nospermite acceder a los "uses 0A' del automvil. 0on unadaptador podemos conectar un ordenador- smartp&oneo similar ! as nos enteraremos de todo lo /ue se cueceen el interior de nuestro coc&e.3l protocolo 0A' fue una idea de Aosc& en 9E(F ! elprimer modelo de produccin en montarlo fue elercedes@Aenz0lase3de9EEF. 3l 0A'"usse&aconvertido en un est$ndar de facto ! en la actualidad seempleaenlainmensama!oradeautomviles/uesefa"rican ! tam"in comienza a introducirse en el sectorde las motocicletas.Aunas- conm$sdeGHa5osdevida- !aempiezanasalirle nuevos ! m$s modernos competidores /uepodran cam"iar la forma de &acer las cosas en un futurocomoel moderno 2le+Ra!. Incluso est$nempezando adesarrollarse protocolos de comunicaciones para elautomvil con interfaces pticas 8fi"ra: para poderconectar los modernos sistemas de entretenimiento /uetraer$n los ve&culos en los pr+imos a5os.Al(uas cosi!eracioes t)cicasBos automviles- son entornos mu!agresivos: calor-fro- vi"raciones- condiciones cam"iantes- peroso"retodo- con muc&o ruido electromagntico8interferencias:. 3s por ello /ue una de las m$+imas dedise5o de este sistema es la ro"ustez ! fia"ilidad !a /uese va a encargar de tareas mu! importantes.3l ca"le /ue se emplea es un par trenzado por el cual setransmiten se5ales diferenciales para minimizar losefectosdelruido.Adem$stodoslosdatosseverificanpor todos los o!entes del "us. Si alguno detecta /ue &a!errores en la transmisin se Cc&ivaD al resto ! sedescarta el mensa%e enviado.Ba velocidad del 0A'"us va desde IH J"ps endistancias de un 1ilmetro &asta un CmegaD 89HFI J"ps:siempre /ue el ca"le no mida m$s de IH metros. 3n lapr$cticaenautomocinseempleanvelocidades entre9FK J"ps &asta KHH J"ps !a /ue cuanto m$s despacio&agaslascosasmenospro"a"ilidad&a!deCmeter lapataD.Forma !e o!a !e ua trama CAN e el oscilosco*io+s,uema sim*li-ica!o !e u bus CANFLAX RAY 2le+Ra! es un nuevo protocolo de comunicaciones para"uses de datos en el automvil desarrollado por elconsorcio 2le+Ra! entre FHHH ! FHHE. Se considera m$savanzado/ue el 0A'!el 6S*enlorelativoalprecio ! a las prestaciones.Caracter.sticas Sus caractersticas m$s destacadas son:Una alta transmisin de datos 89H mega"its porsegundo:Un comportamiento estimulado por factores temporalesRedundancia- seguridad ! tolerancia de erroresBas especificaciones de este protocolo est$n siendoactualmente revisadas. 3l primer ve&culo del mercado/ue conta"a con esta tecnologa fue el ALMK-lanzado al mercado en 3nero de FHHN. 3ste ve&culo se"asa en sta tecnologa para comunicar los sensores enlos amortiguadores con una centralita electrnica central/ue sirve como reguladora. 3l o"%etivo de este sistemaesuna respuesta r$pidaa los asperezas de la carreterapara lograr unconduccinlom$s suave posi"le. Seespera el uso de esta tecnologa a gran escala en el FHH(.Ba versin actual es la G.H 8FHHE:.Relo$3l sistema 2le+Ra! consiste de un "us ! procesores- /ueson los Ocere"rosO de las centralitas electrnicas. 0adacentralita tiene un relo% independiente. Ba desviacin delrelo% no puede ser m$s de H-9KP del relo% de referencia-deforma/ueladiferenciadetic1sentreelrelo%m$slento!el m$sr$pidonopuedeserm$sdeH-GP. 3notras pala"ras- GHH ciclos de una centralita emisorapueden ser FEE GH9 de una centralita receptora. Bosrelo%es se rea%ustanfrecuentemente 8cadaGHHciclos:para evitar pro"lemas de desfase./its e el bus3n cada momento solo una centralita emite en el "us.0ada "it se mantiene en el "us durante ( ciclos de relo%.0ada receptor contiene un "4fer de los K 4ltimos ciclos.3rrores de transmisin en un 4nico ciclo pueden afectarlos resultados de los "its fronterizos- pero no en elcentro de un ciclo de ( "its.Muestreo !e bits3l valor del "it se muestrea en el centro de una regin de( "its. Bos errores se desplazan a los ciclos e+tremos- !el relo% se sincroniza frecuentemente para evitardesfases.Ar,uitectura !e u o!oUnnodo2le+ra!est$ formadoesencialmentepor unmicrocontrolador- un perifrico llamado 0ommunication0ontroller- F transceivers ! una fuente de alimentacin.3l microcontrolador esel propiodela30U- el cualseguramente realiza otras funciones e+ternas propias dela30U!/uecadaciertotiempoenva!reci"eunatrama de informacin al "us 2le+ra!. Para ello secomunicaconel0ommunication0ontroller800:- /ueno es m$s/ueun perifrico &ard,are/uegestiona entodo momento el protocolo. 3s decir- elmicrocontrolador no se encarga de la pila del protocolo-sino /ue lo gestiona todo el 00.As pues- el 00 se comunica a su vez con lostransceivers/ueseencargandetransformar losdatoslgicos a niveles elctricos de Aus. 2le+ra! dispone de Fcanales de comunicacin- lo /ue re/uiere un transceiverpara cada canal.3ntre los diferentes "lo/ues mencionados e+isten lneasoptativas de se5alizacin para determinadas situaciones.3sto ser$ e+plicado m$s adelante con m$s detalle.Por tanto el &ard,are /ue se espera de un nodo o 30Uresponde al siguiente es/uema:Ar,uitectura 0ar!1are !e u o!o Fle2ra3To*olo(.as !e re!.2le+ra! permite un amplio a"anico de topologas de red.3l &ec&o de tener F canales independientes aportaadem$s otro grado de li"ertad- pudiendo &acer para cadacanal una configuracin de nodos diferente.Baintercone+in"$sica entredos nodos respondealsiguiente es/uema: Itercoe2i" b4sica etre !os o!os Fle2ra30omo podemos apreciar- es similar a cual/uierprotocolo diferencial como podra ser 0A'.LINBI' es la a"reviatura de Bocal Interconnect 'et,or1. 3l BI'@Aus es una e+tensin del "us de datos 0A'. Aun m$+imo de FH J"it.s- su velocidad de transferenciade datos es mu! inferior a la del sistema de "us 0A'. 3l"us BI' conecta actuadores o sensores con lascorrespondientes unidades decontrol. Bas rdenes setransmiten siempre en una sola direccin- desde ladenominada unidad de control maestra al sensor oactuador conectados en sentido descendente- elOesclavoO. 3l maestro puede transmitir rdenes &asta a9Q esclavos conectados en sentido descendente. Une%emploaplicacinde BI'"us es el tec&osolar decristal elctrico- cu!o servomotor reci"e sus rdenesdesde la unidad de control de confort a travs del "usBI'. Bocal Interconnect significa en este caso- /ue todas lasunidades de control est$n localizadas en una zonalimitada 8p. e%. en el tec&o:. *am"in se le da el nom"rede Rsu"sistema localS.3l intercam"io de datos entre los diferentes sistemas deBI'@Aus en un ve&culo se realiza respectivamente pormedio de una unidad de control a travs del 0A'@Ausde datos.3n el caso del BI'@Aus se trata de un "usmonoal$m"rico. 3l ca"le tiene el color "$sico violeta !un color de identificacin. Ba seccin del conductor esde H-GK mm. 'o re/uiere apantallado.3l sistemapermiteel intercam"iodedatosentreunaunidad de control BI' maestra ! &asta 9Q unidades decontrol BI' esclavas.+lemetos !el %e0iculo ,ue se *ue!e cotrolar atra%es !el LIN5/us.+$em*lo *arcial !e ua istalacio !e u bus LIN 3su ite(racio e el bus CAN.6i!a! !e cotrol LIN 7maestra7Ba unidad de control /ue va conectada al 0A'@Aus es la/ue e%ecuta las funciones de maestra en el BI'@Aus.2unciones asignadas: 0ontrola la transmisin de datos ! suvelocidad. BaunidaddecontrolBI'maestratransmite el enca"ezamiento del mensa%e. 3n el soft,are se define un ciclo- seg4n el cualse &an de transmitir mensa%es al BI'@Aus ! seespecifica cu$les. Asume la funcin de traduccin entre lasunidadesdecontrolBI'a"onadasal sistemadel BI'@Aus local ! el 0A'@Aus de datos. ;eesaformaesla4nicaunidaddecontrol delBI'@Aus /ueva conectadaasu vez al 0A'@Aus. Badiagnosisdelasunidadesdecontrol BI'esclavas /ue lleva conectadas se realiza atravs de la unidad de control BI' maestra.6i!a!es !e cotrol LIN 7escla%as73nunsistemade"usdedatosBI'puedenfuncionarcomo unidades de control BI' esclavas las unidades decontrol especficas- p. e%. la de la tur"ina de aire fresco otam"inpuedenfuncionar comotales los sensores !actuadores- p. e%. el sensor inclinomtrico o"ien elsonorizador ;LA.Bos sensores llevan integrada una parte electrnica /ueanaliza los valores medidos.Batransmisindeestosvaloresserealizaentoncesatravs del BI'@Aus en forma de se5ales digitalizadas.Para varios sensores ! actuadores se necesita un solo pinen la &em"rilla de la BI' maestra.LIN escla%a Bos actuadores en el BI'@Aus son grupos componenteselectrnicosoelectromec$nicosinteligentes- alos/uese les pasan sus instrucciones en forma de las se5ales dedatos BI'procedentes de la unidad de control BI'maestra. Atravs de sensores integrados se puedeconsultar el estado operativo efectivo de los actuadoresa travs de la U03BI'maestra- de modo/ue seaposi"le efectuar la comparacin de los estados terico !efectivo.Trasmisi" !e !atosBa velocidad de transmisin es de 9 @ FH 1"it.s ! vienedeterminadaen el soft,are delas unidades de controlBI'. 3/uivale comom$+imoauna/uintapartedelavelocidad de transmisin de los datos en el 0A'0onfort.Bas redes automotrices modernas usan una com"inacinde BI'para aplicaciones de "a%o costo principalmenteen electrnicos- 0A'para comunicacin de tren depotencia ! carrocera ! el "us 2le+Ra! paracomunicaciones de datos sincronizados de altavelocidad en sistemas avanzados como suspensinactiva.MOST Baindustriadel automvil preparael saltoalafi"raptica a travs de la implantacin de un nuevo est$ndardeca"leadointerno- el 6S*"us. ;emomentosoloalgunos modelos de las marcas de alta gama lo llevan-pero su avance parece impara"le. Sus principalesventa%as sonla velocidad- el a&orrode espacio!lasencillez a la &ora de efectuar reparaciones. Susinconvenientes- tener /ue depender de accesorioscompati"les- en ocasiones "astante m$s caros. #a"lamoscon e+pertos instaladores para /ue nos orienten en estesalto tecnolgico de gran velocidad.;esde /ue en 9E(( se esta"leciera el primer enlacetransoce$nicodefi"raptica- laimplantacindeestesistema electrnico de comunicacin en todos los$m"itos de nuestra vida &a ido en aumento. Sus venta%asde transmisin ! ligereza est$n fuera de duda- por lo /uesu generalizacin &a resultado r$pida ! sus venta%as sede%an sentir en la sociedad de la informacin /ueestamosconstru!endo. Sinem"argo- &asta&acepocosa5os &a"a un espacio tecnolgico donde a4n no &a"apodido entrar: el automvil. Ba respuesta a esta ausencia la encontramos en laestandarizacin consolidada en nuestros coc&es de otromodelo electrnico de comunicacin- el 0A'Aus.0A' como acrnimo de 0ontroller Area 'et,or1 o redde $rea de control en castellano- ! "us referido eninform$tica al elemento /ue permite transportar grandescantidades de informacin. 3l 0A' "us- a4n generalizado- permite conectar a unamisma red todosloselementos electrnicos de nuestrove&culo- desde el radio0; &asta el elevalunas pasandopor el climatizador- el air"agoinclusoel sistemadediagnstico/uetantas&orasdemec$niconosa&orra.'o o"stante- al 0A' "us le &a salido un competidor /ueest$socavandotodaslas convencionesenmateriadeelectrnica del automvil: el 6S* "us.Ori(e !el MOST busSaltamos a&ora al 9EEN. 3ntonces se decide aplicar lasventa%asdelafi"rapticaal ca"leadodel automvil-cre$ndose el edia 6riented S!stem *ransport 8sistemaorientado de transporte de medios: o 6S* "us- avance/ue se presenta por primera vez aplicado en el Serie Nde AL- %unto al sistema i;rive- causando muc&orevuelo en el Salon de 2r$ncfort de FHH9. Bas venta%as de este sistema pasan por ofrecer un tr$ficode datos superior al resto de protocolos "us e+istentes enel automvil- reduciendo considera"lemente el ca"leado!- por tanto- tam"in el peso de las instalaciones. 3nsuconcepcinel 6S*utiliza unatopologadeanillorespectolaconstruccindel automvil- si "ienpara aumentar su eficacia se puede optar porconfiguracionesdeestrellaodedo"leanillo. Permitea5adir pe/ue5as centralitas /ue facilitan el plugTpla! !por tanto la incorporacin de dispositivos a lo largo delared- siendonecesario/uestacuenteconunnodocentral /ue e%ecute el control time master cu!a funcines la alimentacin de estructuras de datos para el restode la instalacin. 3n materia de velocidad- el anc&o de "anda /ue nos de%adisponi"le es "astante superior al del 0A' "us. Si este4ltimo se mova entre un m$+imo de 9 ega porsegundo- el 6S* permite una velocidad de &asta KHHA.seg.Ma3or iti!e8 !e soi!oPara artnez- otra de las claves del +ito del 6S* esel sonido. ientras /ue sistemas anteriores como el0A' "us esta"an pensados para muc&os tipos defunciones electrnicas- el 6S* !a cuenta con undise5o especialmente indicado para lograr la e+celenciaen materia de sonido. CSu nitidez es la claveD- comentaartnez. CSi &a"lamos de sonido la diferencia es mu!evidente. 3l 0A'"us digital &aca pasar diversascomunicaciones por un mismo anc&o de "anda. 3l6S* se utiliza muc&o m$s para audio ! video por lo/ue la calidad es considera"lemente superior. Su 4nicoinconveniente son sus costes de fa"ricacin- superiores alos del 0A' "usD.Adem$s de su ma!or velocidad de transmisin de datos-&a! /ue se5alar otras venta%as del 6S*: CAl funcionarpor &az de luz- es un sistema en el /ue no e+isten lasinterferencias tpicas de las comunicaciones por ca"les!a /uenoes sensi"lealas ondas electromagnticas.Adem$s- para el audio digital es necesaria unacomunicacin mu! densa de datos- para lo cual el6S* es muc&o m$s adecuado- !a /ue con el 0A' "uspodemos encontrarnos con limitaciones. Algunaotra venta%a pr$ctica de la velocidadde estesistema: CBa capacidad de transmisin de datos no tienecomparacin posi"le. 0omo e%emplo de esto- ladiagnosis. Actualizar una unidad de mando a travs dediagnosis normal- teniendo /ue actualizar unidad demotor- antiguamente te poda costar un da entero.A&ora- a travs de 6S* se &ace en dos &oras. Por/ueel flu%o de datos es muc&o ma!or ! adem$s m$s seguro-se reduce el porcenta%e de falloD-9. Coclusi".Al concluirconestapr$cticapodemosmencionar/ue"as$ndoseenla intercone+in&a"ida&asta a&ora- lagrancantidaddeunidadesdecontrol !susfuncionesasignadas-ascomo lacrecientecantidad dedatos /uese intercam"ian e+igen una versin m$s desarrollada dela tecnologa de transmisin de datos 80A'@Aus:.Al 0A'@Aus /ue !a conocemos se a5aden: BI'@Aus 8"us monoal$m"rico: 6S*@Aus 8"us optoelectrnico: Aluetoot& 8"us inal$m"rico:.Se puede comparar como el sistema BI'@Aus es el m$slento a la &ora de transmitir datos- pero a su vez es elsistema m$s sencillo !"arato. 3l 0A'@Aus es m$sr$pido en la transmisin de datos pero en su contra tiene/ue es m$s comple%o ! costoso. 3l 2le+Ra! es un nuevosistema /ue se est$ empezando a instalar con gran +ito!a /ue es m$s r$pido /ue el 0A'@Aus. 3n la parte deOmultimediaO 8audio- vdeo- telefona- etc.: delautomvil dondesemane%angrancantidaddedatos-&acefaltaunossistemascapacesdetransmitir aaltasvelocidades- paraestoseutilizanlossistemas6S*@Aus ! Aluetoot&. 3stos sistemas tienen como desventa%a/ue son comple%os ! caros.:. Re-erecias /iblio(r4-icas.U9V &ttps:..es.,i1ipedia.orgUFV &ttps:..upcommons.upc.eduUGV oc,.um.es.ingenierias.sistemas@em"e"idosUIV ,,,.motorpasionfuturo.comUKV &ttp:..,,,.aficionadosalamecanica.net.