El intercambio de datos en el bus de datos CAN I
Nociones generales
Programa autodidctico 238
Service.
2
NUEV
O AtencinNota
En el programa autodidctico se describen el diseo
y el funcionamiento de los nuevos desarrollos.
Su contenido no se actualiza.
Las instrucciones actualizadas sobre los trabajos de
verificacin, ajuste y reparacin se debern
consultar
Empleando el sistema de bus de datos CANen el automvil se interconectan todas las unidades de control. Gracias a ello, se pueden aprovechar nuevas funciones en el vehculo y en el diagnstico que abarcan todas las unidades de control.
Tras un primer resumen de esta tecnologa en el programa autodidctico 186 El CAN-Bus de datos se describen en este programa auto-didctico 238 las principales funciones del sis-tema de bus de datos CAN actual
Programa autodidctico 238:Explica las funciones bsicas delsistema de bus de datos CAN como,por ejemplo, el intercambio de datos.
Programa autodidctico 269:Explica los sistemas especiales de bus dedatos como, por ejemplo, el CAN del reade la traccin y el CAN de confort y cmose emplean en VOLKSWAGEN y AUDI.
238_001
3
Referencia rpida
Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Para qu sirve un sistema de bus de datos? . . . . . . . 4La configuracin, el diseo, caractersticas esenciales 6Los estados de desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8La gestin del bus de datos CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
El sistema bsico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
El principio de interconexin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11El intercambio de informacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Las unidades funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
La unidad de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14El mdulo CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14El transceptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Las secuencias de una transmisin de datos . . . . . . 18
El envo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19La recepcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Intento de envo simultneo de varias unidades de control
La seguridad en la transmisin, comportamiento en caso de incidencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Gestin interna de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Indicacin para el diagnstico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Pruebe sus conocimientos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4
Para qu sirve un sistema de bus de datos?
Con el empleo del sistema de bus de datos CAN en el vehculo se interconectan componentes electrni-cos como unidades de control o sensores inteligentes, por ejemplo, el sensor de ngulo de direccin.
La abreviatura CAN significa Controller Area Network. Gracias a la utilizacin del sistema de busde datos CAN, se obtienen las siguientes ventajas en el sistema general del vehculo:
El intercambio de datos entre las unidades de control tiene lugar en una plataforma unitaria. Esta plataforma se denomina protocolo. El bus de datos CAN ejerce la funcin de lo que se denominaautopista de datos.
Los sistemas diferentes a los de las unidades de control, como por ejemplo el ESP, se hacen factiblesde una forma econmica.
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 adaptacin a diferentes medios detransferencia como, por ejemplo, cables de cobre o cables de fibra ptica.
El diagnstico de las unidades de control tiene lugar a travs del cable K. En el interior del vehculoel diagnstico ya tiene lugar en parte a travs del bus de datos CAN (por ejemplo en el airbag y enla unidad de control de la puerta). En relacin a esto se habla de cable K virtual (vase la pgina 7). En los vehculos del futuro se prescindir en gran medida del cable K.
Se puede realizar un diagnstico de todo el sistema utilizando para ello simultneamente varias unidades de control.
Introduccin
Desde la unidad de control central hasta el sistema interconectado
Vehculo con unidad de control central
238_002
5
Vehculo con 3 unidades de control y sistema de bus de datos
Introduccin
Unidad de controldel ABS
Unidad decontrol del motor
Cuadrode instrumentos
Red CAN del rea de la traccin con 3 unidades de control
Vehculo con 3 unidades de control
Bus de datos CAN
238_003
238_004
238_005
Actuador
Sensor
6
Introduccin
La configuracin, el diseo, caractersticas principales
En el sistema de bus de datos CAN hay conectados paralelamente muchos mdulos individuales. De ello resultan los siguientes criterios de exigencia para la configuracin del conjunto del vehculo:
Gran seguridad: Las interferencias en la transmisin, sean internas o externas, se tienen que detectarcon gran fiabilidad.
Gran disponibilidad: En caso de avera en alguna unidad de control el resto del sistema debe permanecer operativo en la medida de lo posible para poder intercambiar informacin.
Gran densidad de datos: Todas las unidades de control tienen en todo momento el mismo estado deinformacin. As no habr datos discrepantes entre las unidades de control. En caso de avera en algn punto del sistema se informa a todos los componentes de la misma formay en el mismo momento.
Gran tasa de transferencia de datos: El intercambio de datos entre los componentes de la red tieneque efectuarse de forma rpida para cumplir las exigencias en tiempo real.
La transferencia de seales en el sistema de bus de datos CAN tiene lugar de forma digital, actual-mente a travs de cables de cobre. Gracias a ello es posible una transferencia segura con una veloci-dad de hasta 1.000 Kbit/s (1 Mbit/s) como mximo. La tasa mxima de transferencia de datos especificada de forma estndar en VOLKSWAGEN y AUDI es de 500 Kbit/s.Debido a diferentes exigencias con respecto a la tasa de repeticin de las seales 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 rea de la traccin (High Speed) con 500 Kbit/s con demandas casi en tiempo real
Bus de datos CAN del rea de confort (Low Speed) con 100 Kbit/s con demandas de tiempo menores
Bus de datos CAN del rea de infotenim. (Low Speed) con 100 Kbit/s con demandas de tiempo menore
Tasas de transferencia de datos en el sistema de bus de datos CAN
1111 2222 3333 4444
1111
= 500 Kbit/s = CAN rea de la traccin
2222
= 100 Kbit/s = CAN rea de confort
3333
= 100 Kbit/s = CAN rea de infotenimiento
4444
= 1000 Kbit/s = Tasa mxima de transferencia de datos
238_051
7
Palancaselectora
CCCCAAAANNNN rrrreeeeaaaa
CCCCAAAANNNN rrrreeeeaaaa
Unidad decontrol del
motor
Unidad decontrol de los
frenos
Sensor de ngulo de
viraje
...
Unidad decontrol del
cambio
Unidad decontrolairbag
Unidad decontrol
climatizador
Asistencia deaparcami-
ento
Control depresin de neumticos
Memoria deposic. asiento
conductor
Unidad decontrol rea
confort
Unidad decontrol puerta
conductor
Unidad decontrol puertaacompaante
Unidad decontrol puertatr. izquierda
Unidad decontrol puerta
tr. derecha
Radio
Caja interfaztelfono
Radio/navegacin
DSP ...
Introduccin
El sistema de bus de datos CAN (ejemplo Polo AM 2002)
238_006
Servodirec-cin
Cuadro deinstrumentos
...
CCCCAAAANNNN rrrreeeeaaaa
Unidad de control de pasarela
Conectores del vehculo
Cable K real
Cable K virtual
...
Otras unidades de control en proyecto
238_006b
slo cuadroinstrumentos
Higline
Conectorpara
diagnsticos
ttttrrrraaaacccccccciiiinnnn
ccccoooonnnnffffoooorrrrtttt((((CCCCAAAANNNN iiiinnnnffffooootttteeeennnniiiimmmmiiiieeeennnnttttoooo))))
ccccoooonnnnffffoooorrrrtttt
8
Introduccin
La implantacin en la serie y los estados de desarrollo
La primera implantacin en la serie en Volkswagen tuvo lugar en el ao de modelos 97 con el sistema de confort con 62,5 kBit/s en el Passat..
Otras etapas del desarrollo son:AM 98 CAN en el rea de la traccin en el Golf y el Passat con 500 kBit/s
AM 00 Pasarela (gateway) cable K en CAN en el Golf y el Passat.
AM 00 CAN del rea de confort 100 kBit/s estndar en el Grupo por ejemplo en el SKDA FabiaPasarela CAN rea de traccin / CAN confort en el SKDA Fabia
AM 01 CAN confort 100 kBit/s estndar en el Grupo por ejemplo en el Passat
238_007
238_008
238_009
238_010
238_011
9
Introduccin
La gestin del bus de datos CAN
El bus de datos CAN es un sistema autnomo dentro de la electrnica del vehculo y sirve comolnea de datos para el intercambio de datos entre las unidades de control conectadas.
Debido a su diseo y su configuracin el sistema funciona con una gran fiabilidad.
Sin embargo, si a pesar de ello, se produce algn error, se suele memorizar ste en la memoria de averas de la respectiva unidad de control y se podr consultar mediante el comprobador de diagns-tico.
Las unidades de control disponen de funciones de autodiagnstico mediante las cuales tambin se pueden detectar averas relacionadas con el sistema de bus de datos CAN.
Tras consultar los registros de averas en el sistema CAN con el comprobador de diagnstico (por ejemplo VAS 5051, 5052), se dispone de esta informacin para una localizacin precisa de la avera.
Los registros de la memoria de averas de las unidades de control sirven para una primera constatacin de la avera. Aparte de ello, tambin se puede consultar la constatacin de lareparacin de la avera. Para que el sistema se actualice es necesaria una nueva puesta en marchadel motor.
Un requisito importante para un vehculo con el estado Bus de datos CAN en orden es queno aparezca ningn registro de avera CAN en ningn estado operativo de la conduccin!
Para efectuar un anlisis que ayude a la localizacin de la avera y subsanar la misma se requieren unos conocimientos bsicos sobre el intercambio de datos en el bus de datos CAN.
10
Notas
11
El sistema bsico
El sistema bsico se compone de varias unidades de control. Estn conectadas en paralelo al cable del bus de datos a travs de los llamados transceptores (amplificadores de emisin y recepcin). De esta forma son vlidas 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 tambin se habla de una arquitectura de maestro mltiple.
El intercambio de informacin 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 est dotado de un segundo cable de bus de datos.En este segundo cable inciden las seales en el orden inverso. Gracias a esta inversin de las seales se consigue suprimir de forma ms eficaz las interferencias externas.
El principio de interconexin
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollll AAAA
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollll BBBB
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollll CCCC
RX TX RX TX RX TX
Bus CAN
Transceptor
El principio de interconexin
238_012
Para simplificar el principio bsico de la transmisin de datos seutilizar en los ejemplos a continuacin un solo cable CAN.
12
El sistema bsico
El intercambio de informacin
Las informaciones que se van a intercambiar se denominan mensajes. Cualquier unidad de controlpuede enviar y recibir mensajes.
Un mensaje contiene principalmente valores fsicos como, por ejemplo, el rgimen del motor. En este caso se representa el rgimen del motor como valor binario (secuencia de ceros y unos).Por ejemplo: (El rgimen del motor 1.800 rpm tambin se podra representar con 00010101.)
En el proceso de envo se transforma, en primer lugar, el valor binario en un tren de bits.Este tren de bits se coloca a travs del cable de TX (cable de envo) en el transceptor (amplificador).El transceptor convierte el tren de bits en valores de tensin apropiados para ser transmitidosconsecutivamente por el cable del bus de datos.
En el proceso de recepcin se reconvierten los valores de tensin a travs de los transceptores de nuevoen un tren de bits que se transmite a travs del cable de RX (cable de recepcin) a las unidades de control. A continuacin, 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 tambin se denomina Broadcast (radiodifusin). 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 tengansiempre el mismo estado informativo.
El principio Broadcast: Uno emite, todos reciben.
238_013
13
Mensajeen paralelo
Tren de bitsen serie
Rgimen del motor
0001 0101 0001 0101 0001 0101
RX TX RX TX RX TXTransceptor
Unidad
00
01
010
1
1010
10
00
1010
10
00
Transmisin elctrica de seales en secuencia temporal
El sistema bsico
Nivel seal
t (tiempo)
Intercambio de informacin de un mensaje en el bus de datos CAN (principio Broadcast)
5V
0V
238_014
238_015
Transmisinelctrica de sealesuno enva, todos reciben
de control AUnidad
de control BUnidad
de control C
Rgimen del motor Rgimen del motor
14
Las unidades funcionales
La unidad de control
La unidad de control recibe seales de los sensores, las procesa y las enva 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 rgimen 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 conmutadorselector giratorio de entrada (vase la figura).El microcontrolador interrelaciona los respectivos valores de entrada utilizando para ello el programaimplantado. El resultado de este proceso se almacena en la correspondiente memoria de salida y desde aqu se enva a los correspondientes actuadores. Para poder procesar mensajes CAN cada unidad de control dispone adicionalmente de una zona dealmacenamiento CAN para los mensajes recibidos y los que se tienen que enviar.
El mdulo CAN
El mdulo CAN sirve para el intercambio de datos, concretamente el intercambio de los mensajes CAN.Est dividido en dos reas. El rea de recepcin y el rea de emisin.
La integracin del mdulo CAN a la unidad de control tiene lugar a travs del buzn de entrada o atravs del buzn de salida. Por lo general, est integrado en el chip del microcontrolador de las uni-dades de control.
El transceptor
El transceptor es un amplificador de emisin y de recepcin. Transforma el tren de bits serial (nivel lgico) del mdulo CAN en valores de tensin elctricos (nivel de cable) y viceversa.Los valores de tensin elctricos son apropiados para el transporte de datos en cables de cobre.
La integracin del transceptor en el mdulo CAN tiene lugar a travs del cable de TX(cable de envo) o a travs del cable de RX (cable de recepcin).
El cable de RX est conectado directamente al bus de datos CAN a travs de un amplificador y permiteuna continua participacin en la escucha de las seales del bus de datos.
El cable K
El cable K sirve para conectar un dispositivo de comprobacin VAS para efectuar un diagnstico delvehculo en el Servicio Postventa.
15
Las unidades funcionales
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollll
MMMMdddduuuulllloooo CCCCAAAANNNN
TTTTrrrraaaannnnsssscccceeeeppppttttoooorrrr
Conmutador selectorde entrada
Memoria deentrada
Memoria desalida
Microprocesador
rea CANcon control del
tiempo
Mensaje de error
Buzn de entrada Buzn de salida
rea de recepcin rea de envo
RRRRXXXX TTTTXXXX
Bus CAN
Unidades funcionales: unidad de control, mdulo CAN y transceptor
Sensores, p. ej.: Sensor de rgimen Sensor de temperatura Manmetro de aceite etc. ...
Actuadores, p. ej.: Mariposa servoacc. Electrovlvula Diodo luminoso etc. ...
CCCCaaaabbbblllleeee KKKK
Nivel lgico: 0 o 1
Nivel de seal: 0V o 5V
238_016
16
Las unidades funcionales
Una particularidad la constituye el acoplamiento del cable de TX al bus. Se realiza a travs de un conmutador de colector abierto.
De esta forma resultan en el cable del bus dos estados diferentes:
Estado 1: estado cerrado, transistor cerrado, (conmutador abierto)pasivo: nivel del bus=1, a travs de resistencia alto ohmiajeEstado 0: estado conmutado a tope, transistor conmutado a tope (conmutador cerrado)activo: nivel del bus=0, sin resistencia bajo ohmiaje
Particularidades del transceptor
El transceptor con acoplamiento al cable de TX
RX TX
5V
+ 5V
Cable del bus
Representacin esquemtica conun conmutador
Acoplamiento de 3 transceptores al cable del bus (principio), transceptor C activo
Conmutador abierto significa 1 (pasivo) Conmutador cerrado significa 0 (activo)
Tres transceptores conectados a un cable del bus
Transceptor A Transceptor B Transceptor C
+ 5 V+ 5 V+ 5 V
Cable del bus (0V)
238_019
238_018238_017
17
Las unidades funcionales
De esta forma se consigue lo siguiente:
Si el bus est en el estado 1 (pasivo), cualquier otra estacin podra 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 sealizacin de interferencias en la transmisin (mensajes de error Error Frames).b) La deteccin de colisiones (cuando varias estaciones quieren enviar al mismo tiempo).
Del ejemplo anterior (tres transceptores conectados a un cable del bus) pueden resultar las siguientesposiciones de conmutacin:
Posibles posiciones del conmutador con 3 transceptores conectados a un cable del bus, transceptor C activo
TTTTrrrraaaannnnsssscccceeeeppppttttoooorrrr AAAA TTTTrrrraaaannnnsssscccceeeeppppttttoooorrrr BBBB TTTTrrrraaaannnnsssscccceeeeppppttttoooorrrr CCCC CCCCaaaabbbblllleeee ddddeeeellll bbbbuuuussss
1111 1111 1111 1111 ((((5555VVVV))))
1111 1111 0000 0000 ((((0000VVVV))))
1111 0000 1111 0000 ((((0000VVVV))))
1111 0000 0000 0000 ((((0000VVVV))))
0000 1111 1111 0000 ((((0000VVVV))))
0000 1111 0000 0000 ((((0000VVVV))))
0000 0000 1111 0000 ((((0000VVVV))))
0000 0000 0000 0000 ((((0000VVVV))))
Comportamiento:
Si algn conmutador est cerrado, fluye corriente por las resistencias. En el cable del bus se regula una tensin de 0V.
Si todos los conmutadores estn abiertos, nofluye corriente.En la resistencia no cae la tensin.En el cable del bus se regula una tensin de 5V.
18
Las secuencias de una transmisin de datos
La transmisin de datos en el ejemplo Registro de rgimen > Transmisin > Indicacin
El siguiente ejemplo muestra un intercambio completo de la informacin del rgimen desde el registrohasta la indicacin en el cuentarrevoluciones. De l se desprende la secuencia cronolgica de la trans-misin de datos y la accin conjunta de los mdulos CAN con las unidades de control.
En primer lugar el sensor de la unidad de control del motor registra el valor de rgimen. Ahora llega regularmente de retorno (cclico) a la memoria de entrada del microcontrolador. Ya que el valor actual de rgimen tambin 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 rgimen es copiado a la memoria de envos de la unidad de control del motor.
Desde la memoria de envos la informacin llega al buzn de salida del mdulo CAN. Si en el buzn de salida hay un valor actualizado, se indicar esto con la banderita de envos(se levanta la banderita). Con la orden de envo al mdulo CAN la unidad de control del motor ha cumplido su funcin en este proceso.
El valor del rgimen se transforma en un mensaje del motor, primeramente en una forma especfica deCAN, de acuerdo con el protocolo. Los componentes ms importantes de un protocolo son:
Principio de composicin de un mensaje CAN
IIIIddddeeeennnntttt iiiiddddaaaadddd:::: (((( iiiiddddeeeennnntttt iiii ffff iiiiccccaaaaddddoooorrrr ddddeeee 11111111 bbbbiiii ttttssss))))Sirve para la identificacin del mensaje
CCCCoooonnnntttteeeennnniiiiddddoooo mmmmeeeennnnssssaaaajjjjeeee:::: ((((ccccaaaammmmppppoooo ddddaaaattttoooossss mmmmxxxx.... 8888xxxx8888 bbbbiiii ttttssss))))El contenido del mensaje
((((PPPPrrrruuuueeeebbbbaaaa CCCCRRRRCCCC ddddeeee 11116666 bbbbiiii ttttssss)))) ::::Suma de verificacin para el
almacenamiento de datos
CCCCoooonnnnffff iiiirrrrmmmmaaaacccciiiinnnn ((((AAAAcccckkkk ddddeeee 2222 bbbbiiii ttttssss)))) :::: Acknowledge
Los componentes de un mensaje del motor son por ejemplo: Identidad=Motor_1, Contenido= Rgimen.Tambin estn incluidos en el mensaje del motor otros valores como, p. ej., ralent, par motor, etc.
En los siguientes esquemas de desarrollo se representa el mensajeCAN con un smbolo de carta.
238_020
19
Las secuencias de una transmisin de datos
El mdulo CAN comprueba a continuacin a travs del cable de RX si el bus de datos est activo (si actualmente se estn intercambiando otras informaciones). Si es preciso, esperar hasta que el bus de datos est libre. (Nivel 1 (pasivo) durante un periodo de tiempo determinado) Si el bus est libre, se enva el mensaje del motor
Inicio de un proceso de envo
El envo
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollllddddeeeellll mmmmoooottttoooorrrr
SSSSaaaallll iiiiddddaaaaccccuuuueeeennnnttttaaaarrrrrrrreeee----vvvvoooolllluuuucccciiiioooonnnneeeessss
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollllddddeeeellll AAAABBBBSSSS
CCCCuuuuaaaaddddrrrroooo ddddeeeeiiiinnnnssssttttrrrruuuummmmeeeennnnttttoooossss
SSSSeeeennnnssssoooorrrr ddddeeee rrrrggggiiiimmmmeeeennnn
LLLLeeeevvvvaaaannnnttttaaaabbbbaaaannnnddddeeeerrrraaaaoooorrrrddddeeeennnn ddddeeeeeeeennnnvvvvoooo
BBBBuuuussss CCCCAAAANNNN
CCCCoooonnnnssssuuuullll ttttaaaabbbbuuuussss llll iiiibbbbrrrreeee????
Detalle: Esquema de consulta bus libre?
bbbbuuuussss llll iiiibbbbrrrreeee????
ssssiiii
eeeessssppppeeeerrrraaaarrrr
nnnnoooo?
ccccaaaabbbblllleeee ddddeeee RRRRXXXX
238_021
238_022
RX TX RX TX RX TX
20
T
Las secuencias de una transmisin de datos
La recepcin
Un proceso de recepcin est formado por dos pasos:
Paso 1 = Comprobacin de la correccin del mensaje (en el nivel de control) Paso 2 = Comprobacin de la utilidad del mensaje (en el nivel de aceptacin)
Todas las estaciones conectadas reciben el mensaje enviado por la unidad de control del motor. Este mensaje llega a travs de los cables de RX a la correspondiente rea de recepcin de los mdulos CAN.
Detalle: rea de recepcin, nivel de control y de aceptacin
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollllddddeeeellll mmmmoooottttoooorrrr
SSSSaaaallll iiiiddddaaaaccccuuuueeeennnnttttaaaarrrrrrrreeee----vvvvoooolllluuuucccciiiioooonnnneeeessss
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ddddeeee ccccoooonnnnttttrrrroooollllddddeeeellll AAAABBBBSSSS
CCCCuuuuaaaaddddrrrroooo ddddeeee iiiinnnnssssttttrrrruuuummmmeeeennnnttttoooossss
SSSSeeeennnnssssoooorrrr ddddeeee tttteeeemmmmppppeeeerrrraaaa----ttttuuuurrrraaaa
BBBBuuuussss CCCCAAAANNNN
Nivel de control
Nivel de aceptacinno
si
nosi
no
si
nosi
238_025
238_023
238_024
Proceso de recepcin
RX TX RX TX RX TX
21
Las secuencias de una transmisin de datos
Todos los receptores han recibido el mensaje del motor y han comprobado su correccin en el respectivo nivel de control. As se consiguen detectar incidencias locales que slo se han producidoen una unidad de control. Esto provoca la ya mencionada gran densidad de datos. (Vase tambinel captulo La seguridad en la transmisin, comportamiento en caso de incidencias)
Todas las estaciones conectadas reciben el mensaje enviado por la unidad de control del motor (Broad-cast). Mediante una llamada suma de verificacin CRC podrn averiguar ahora en el nivel de control si se han producido errores en la transmisin. CRC significa Cycling Redundancy Check. En el envo de cada mensaje se forma y se transmite para todos los bits una suma de verificacin de 16 bits. Los receptores calculan, siguiendo la misma directriz, la suma de verificacin de todos los bits recibidos.Para finalizar, se compara la suma de verificacin recibida con la suma de verificacin calculada.
Si no se ha detectado ningn error, se lo comunican todas las estaciones al emisor con una confirma-cin, el llamado Acknowledge, a continuacin a la suma de verificacin.
CCCCoooonnnnffff iiiirrrrmmmmaaaacccciiiinnnn ((((AAAAcccckkkk ddddeeee 2222 bbbbiiii ttttssss)))) ::::Acknowledge
Flujo de informacin, confirmacin, matasellos
A continuacin, el mensaje que se ha recibido correctamente llega al llamado nivel de aceptacinde los correspondientes mdulos CAN.
En este nivel se decide si se requiere el mensaje para la funcin de la correspondiente unidad decontrol.
En caso negativo, se elimina el mensaje. En caso afirmativo, el mensaje llega al correspondiente buzn de entrada.Al levantar la bandera de recepcin se le indica al cuadro de instrumentos conectado que hay unmensaje actualizado, por ejemplo el rgimen, 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 envo y de recepcin en los mdulos CAN.
En el cuadro de instrumentos el rgimen llega, despus de ser procesado por el microcontrolador, al actuador y, finalmente, al cuentarrevoluciones.
El intercambio de datos de un mensaje se repite constantemente en funcin de los tiempo de ciclo ajustados (por ejemplo cada 10ms).
238_026
22
Las secuencias de una transmisin de datos
Intento de envo simultneo de varias unidades de control
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ccccoooonnnnttttrrrr.... ddddeeeellll mmmmoooottttoooorrrr
CCCCaaaabbbblllleeee ddddeeeellll bbbbuuuussssddddeeee ddddaaaattttoooossss
TTTTXXXX
RRRRXXXX
TTTTXXXX
RRRRXXXX
TTTTXXXX
RRRRXXXX
En el caso de un intento de envo simultneo de varias unidades de control se producira inevitable-mente una colisin 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 envo enviando el identificador.
Todas las unidades de control siguen lo que acontece en el bus registrando a travs 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. Aqu se pueden producir discrepancias.
La estrategia CAN regula esta situacin de la siguiente manera: La unidad de control cuya seal de TX ha sido sobreescrita por un cero se tiene que retirar del bus.
La importancia de los mensajes se regula por el nmero de los ceros que preceden al identificador.De esta forma se garantiza que los mensajes se enven siguiendo un orden de importancia.
Regla: Cuanto menor sea el nmero en el identificador, mayor es la importancia del mensaje.Este procedimiento se denomina arbitraje. Derivacin de rbitro
Procedimiento de arbitraje para evitar una colisin 238_027
retiene reparto ypermanece en modo de envo
pierde reparto ycambia a modo de recepcin
pierde reparto ycambia a modode recepcin
UUUUnnnniiiiddddaaaadddd ccccoooonnnnttttrrrr.... ddddeeeellll AAAABBBBSSSS
CCCCuuuuaaaaddddrrrroooo ddddeeeeiiiinnnnssssttttrrrruuuummmmeeeennnnttttoooossss
23
En el siguiente ejemplo se muestra claramente que en el caso de un deseo de envo simultneo por parte de varias unidades de control, el sensor de ngulo de viraje tiene la mxima prioridad. Por lo tanto, su mensaje es el primero que se enva.Explicacin: El sensor de ngulo de viraje con el nmero ms pequeo (con ms ceros delante) se impone.
Las secuencias de una transmisin de datos
Conclusin de la transmisin de valores de sensores (por ejemplo el rgimen)
Debido a la gran seguridad en la transferencia en el CAN se detectan claramente y de forma fiablenumerosas incidencias como, por ejemplo, las interferencias elctricas o las interrupciones en el sistema CAN.
El valor de rgimen 1.800 rpm se transmite correctamente o, si ocurre alguna incidencia, no se transmite (no hay indicacin, el cuentarrevoluciones indica 0).
Si, por ejemplo, aparecen valores de rgimen no plausibles, habr que buscar la causa no en la transmisin (CAN), sino en un sensor averiado, un instrumento de indicacin averiado o en la lnea de conexin.
Motor_1
Freno_1
Cuadro instr._1
ngulo viraje_1
Cambio_1
Identificadores posibles en el CAN traccin 238_027b
24
La seguridad en la transmisin, comportamiento en caso de incidencias
Gestin interna de errores
Para garantizar una alta seguridad de los datos, se monta en el CAN un complejo sistema de gestin interna de errores.
De esta forma se consigue que los posibles errores de transmisin 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 til de un vehculo.
Gracias al procedimiento Broadcast (uno enva, todos reciben y analizan) se le avisa a todos losparticipantes acerca de cualquier error que aparezca y que sea detectado por algn participantede la red mediante un mensaje de error, el llamado Error Frame.As todos los participantes eliminarn el mensaje actual.
A continuacin tiene lugar una repeticin automtica de envo. Este proceso es completamente normaly puede estar provocado por fuertes oscilaciones de tensin, p. ej. al arrancar el motor o por fuertesinterferencias exteriores.
Una situacin crtica se produce cuando se acumulan repeticiones de envos causadas por errores detectados de forma constante. Para estas situaciones cada estacin lleva instalado un contador internode errores que va sumando los errores detectados y los va restando tras una repeticin de envo efectuado.
Contador interno de errores
Aparecen er-rores,contador suma errores
No hay errores,contador restaerrores
Acumulacin de erroresmasiva, se sobrepasa elvalor umbral del contador de errores
Contador errores de RX
Contadorerrores de TX
1111 2222 0000
2222 5555 6666
222255555555
222255555555
111122227777
111122227777
0000
0000
Tiempo de sistema
Tiempo de sistema
BBBBuuuussss
OOOOffffffff
EEEErrrrrrrroooorrrr
PPPPaaaassssssssiiiivvvveeee
EEEErrrrrrrroooorrrr
AAAAcccctttt iiiivvvveeee
Unidad de controldesactivada
No puedeenviar ms
Estadonormal
238_028
25
La seguridad en la transmisin, comportamiento en caso de incidencias
El contador interno de errores es el responsable de la gestin interna de errores y no se puede consultar.
Si se sobrepasa un valor umbral especificado (equivale a un mximo de 32 repeticiones de envo),se informa a la unidad de control en cuestin y se desconecta del bus de datos CAN. Tras repetirse el estado Bus Off (sin comunicacin interina) se realizar un registro en la memoriade averas.
Despus de un tiempo de espera definido (aprox. 0,2s) la unidad de control intenta conectarse de nuevo por s misma al bus.
El trfico de mensajes tiene lugar, por lo general, de forma cclica 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 mnimo diez mensajes, responder el llamado control del tiempo (Time Out del mensaje).
A consecuencia de ello tambin se realiza una entrada en la memoria de averas de la unidad de control que est recibiendo. Este es el segundo mecanismo de la gestin de errores. De ello resultan para el diagnstico en elServicio 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 comunicacin con la unidad de control en cuestin.
Los mensajes no se reciben a tiempo. Ha respondido el control de Time Out.
26
La seguridad en la transmisin, comportamiento en caso de incidencias
Indicacin para el diagnstico en el ejemplo de una transmisin incorrecta del rgimen
El valor del rgimen se transmite correctamente o no se transmite debido a alguna incidencia (no hay indicacin).El sistema de medicin e informacin para vehculos VAS 5051 indica en este caso una nota sobre una incidencia en el sistema CAN:
Si, por ejemplo, aparecen valores de rgimen no plausibles, no habr que buscar la causa en la transmisin CAN, sino en el sensor o en el actuador (instrumentos de indicacin, por ejemplo el cuentarrevoluciones).
Indicacin del VAS 5051
238_029b
238_029c
238_029a
27
La seguridad en la transmisin, comportamiento en caso de incidencias
En el caso de una incidencia en el sistema CAN, el sistema de medicin e informacin para vehculosVAS 5051 indica un mensaje de error general.
Con este mensaje an no se sabe cul es el componente del sistema CAN que est averiado.
Para localizar la avera se puede consultar el estado activo de las unidades de control conectadas al bus de datos CAN a travs de los bloques de valores de medicin 125, 126 de la pasarela (1=activo, 0=pasivo).
Posiblemente sean precisas otras mediciones elctricas (por ejemplo una comprobacin de la seal con el osciloscopio).
Perspectivas
Con el presente programa autodidctico 238 deberan quedar explicadas las principales funciones del sistema CAN. En el programa autodidctico 269 Intercambio de datos en el bus de datos CAN II, CAN del rea de la traccin/CAN del rea de confort se explica el sistema de bus de datos CAN en el vehculo que se emplea en Volkswagen y Audi. Se explican de forma detallada las caractersticas en el bus de datos CAN del rea de la traccin y el bus de datos CAN del rea de confort en cuanto a las funciones y el diagnstico.
Finalmente, se explica el sistema completo en el que se interconectan el bus de datos CAN delrea de la traccin y el bus de datos CAN del rea de confort a travs de la llamada pasarela. El modo de proceder para la localizacin de averas es otra parte importante de este programa autodidctico.
28
Pruebe sus conocimientos
1. Por qu se utilizan en los vehculos sistemas de bus de datos?
A Por la complejidad, cada vez mayor, de la electrnica de los vehculos
B Porque son factibles ampliaciones en el sistema en forma de equipos suplementarios
C Porque lo exige la ley
2. Cul es la tasa de transferencia de datos en el bus de datos CAN del rea de la traccin?
A 10 Kbit/s
B 100 Kbit/s
C 500 Kbit/s
3. El comprobador de diagnstico VAS 5051 sirve, entre otras cosas, para detectar ...
A Averas en el cableado del sistema CAN
B Averas de hardware en el sistema CAN
C Indicaciones de mensajes del sistema CAN
4. Qu mensajes reciben y comprueban las unidades de control?
A Slo aquellos mensajes destinados a las correspondientes unidades de control
B Todos los mensajes enviados
C Los mensajes de mxima prioridad
5. Tres unidades de control esperan a que el bus est libre y quieren enviar mensajes ...
A ... todas pueden enviar inmediatamente los mensajes
B ... se produce una colisin de datos
C ... el arbitraje regula el orden por el que se envan los mensajes
29
Pruebe sus conocimientos
6. Qu 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 qu sirve el contador interno de errores?
A Para contar los mensajes CAN
B Para contar los errores y as poder conmutar la unidad de control a Bus OFF, si es preciso
C Para aplicaciones estticas
8. Qu significa en CAN Alta seguridad en la transmisin ?
A Que apenas se producen errores de transmisin
B Que los errores de transmisin 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 direccin de destino
C ... sirve para gestionar los derechos de acceso
10. El protocolo sirve para ...
A ... el almacenamiento de datos
B ... la deteccin de errores
C ... la gestin de los derechos de acceso
30
Glosario
ACK:Acknowlege, confirmacin de recepcin de un mensaje correcto. Se realiza colocando un bit dominante por parte de todos los participantes del bus de datos.
Actuadores:Elementos de excitacin e indicaciones en el vehculo.
Arbitraje:Mecanismo para evitar colisiones cuando varios participantes quieren realizar un envo al mismo tiempo.El arbitraje asegura que los mensajes sean enviados siguiendo el orden definido por su importancia.
Broadcast:Principio de emisin: uno enva - todos reciben.
Bus de datos CAN del rea de confort:Subsistema para unidades de control en el sistema de confort.
Bus de datos CAN del rea de infotenimiento:Subsistema para unidades de control en el sistema de radio e informacin.
Bus de datos CAN del rea de la traccin:Subsistema para unidades de control en el grupo motopropulsor.
Bus off:Desconexin del bus de una unidad de control al sobrepasar el contador interno de errores.
Buzn de entrada:La memoria en la que se almacenan los mensajes recibidos por el mdulo CAN.
Buzn de salida:Memoria en el mdulo CAN en la que se almacenan los mensajes que tiene que enviar la unidad de control.
Cable de RX:Cable de conexin en el elemento receptor entre el mdulo CAN y el transceptor.
Cable de TX:Cable de conexin en el elemento emisor entre el mdulo CAN y el transceptor
Cable del BUS:Conexin elctrica de cobre en el vehculo, dos lneas retorcidas. El cable del bus interconecta las unidades de control.
Cable K:Cable para el Servicio Postventa, cable de conexin entre las unidades de control y el conector para diagnsticos en el vehculo para conectar el comprobador VAS.
CAN:Controller Area Network, sistema de bus de datos para la interconexin de unidades de control.
CRC:Cyclic Redundancy Check, suma de verificacin (16 bits) para la deteccin de errores.
Error Frame: Mensaje de error (>6 bits dominantes) para sealizar errores de transmisin en el bus de datos.
Identificador:Zona de comienzo de un mensaje, sirve para identificar y distinguir las prioridades de mensajes.
Memoria de averas: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.
Microcontrolador:Sistema informtico de 1 chip, compuesto por la CPU, la memoria y mdulos de entrada y salida
Mdulo CANSirve para la ejecucin del intercambio de datos para mensajes CAN.
Nivel de aceptacin.Filtracin de mensajes recibidos que son relevantes para la unidad de control en cuestin.
Nivel de seal:Estado de la tensin elctrica en un cable
Nivel lgico:Estado 0 o 1 en un punto de conexin del sistema.
Sensores:Sensores electrnicos en el vehculo, sirven para registrar los estados operativos
Time Out del mensaje:Control del tiempo por parte del receptor de envos realizados.
Transceptor:Amplificador electrnico de emisin y recepcin, sirve para acoplar el mdulo CAN al cable del bus de datos.
Transceptor del bus: Amplificador electrnico de emisin y recepcin para acoplar una unidad de control al bus.
31
Notas
Soluciones:
1: AB / 2: C / 3: AB / 4: B / 5: C 6: B / 7: B / 8: BC / 9: AC / 10: ABC
238
Slo para uso interno VOLKSWAGEN AG, Wolfsburg
Reservados todos los derechos. Sujeto a posibles modificaciones tcnicas
140.2810.57.60 Estado tcnico 10/01
` Este papel ha sido elaborado concelulosa blanqueada sin cloro.