Fundamentos de Redes de Comunicación Vehicular: Canales, Protocolos y Estructura de Trama

Conceptos Fundamentales en Redes de Comunicación Vehicular

Canal de Comunicación

El canal de comunicación es el medio por el cual se transmite el mensaje. Puede ser un bus de datos, un cable de fibra óptica o el aire si es inalámbrico.

• Buses: Pueden ser monoalámbricos o bialámbricos. Los bialámbricos van entrelazados.
• Fibra Óptica: Transporta luz, posee un recubrimiento reflectante y una protección de color negro para asegurar que la luz rebote y avance.

Protocolo de Comunicación

El protocolo de comunicación es el lenguaje empleado en la transmisión de datos, el cual deben conocer tanto el emisor como el receptor.

Tipos de Protocolos Comunes:

• CAN bus
• VAN bus
• LIN bus
• MOST bus
• FlexRay

Señales Simétricas en Buses CAN (CAN High y Low)

Se utilizan señales simétricas para evitar interferencias. En el CAN bus de baja velocidad, esto permite funcionar en un modo degradado para así determinar cuál es el bit dominante y cuál es el recesivo.

• Bit Dominante: Corresponde al valor 0 y representa la máxima diferencia de tensión.
• Bit Recesivo: Corresponde al valor 1 y representa la mínima diferencia de tensión.

Valores de Tensión

CAN High Speed

• Cable High: de 2,5 a 3,5 voltios.
• Cable Low: de 1,5 a 2,5 voltios.

CAN Low Speed

• Cable High: de 2,75 a 5 V.
• Cable Low: de 0 a 2,25 V.

Si se trata de sistemas nuevos, ambos cables suelen mantener el mismo voltaje, entre 1,4 y 3,6 voltios.

Estructura de la Trama de Red CAN

La trama de red CAN está formada por 6 bits que informan sobre la cantidad de información que contendrá el campo de datos subsiguiente.

1. Primer bit: Indica si la trama es estándar o extendida.
2. Segundo bit: Es una reserva para futuras ampliaciones de mensaje.
3. 4 bits restantes: Indican la longitud en bytes del mensaje.

Separador de Tramas

Son tres bits recesivos que se sitúan a continuación del campo fin de la trama. Su función es diferenciar un mensaje de otro que va consecutivo.

Ventajas de las Redes Multiplexadas

• Reducción de cableado.
• Menor número de sensores.
• Reducción de peso.
• Menor coste de fabricación y mantenimiento.
• Unidades de control electrónico más pequeñas.
• Mayor fiabilidad y velocidad en la transmisión de datos.

Campos que Forman una Trama de Datos

Una trama de datos CAN se compone de los siguientes campos:

1. Campo de Comienzo: Formado por un bit dominante.
2. Campo de Estado: Formado por 11 o 29 bits, seguido del bit RTR.
3. Campo de Control: Formado por 6 bits.
4. Campo de Datos: Consta de un máximo de 64 bits.
5. Campo de Seguridad (CRC): Formado por 16 bits.
6. Campo de Confirmación: Formado por dos bits.
7. Campo de Fin: Siete bits.
8. Separador de Tramas: 3 bits.

Comportamiento ante Cortocircuitos en Cables de Red CAN

• CAN High Speed: Si se produce un cortocircuito, se corta la comunicación.
• CAN Low Speed: Si se produce un cortocircuito, funciona en modo degradado a través de un solo cable.

Componentes de una Centralita (ECU)

Controlador

Prepara la información para enviarla al microprocesador. Recibe la información de los sensores y del bus a través del transceptor. Procesa y prepara los datos para enviarlos a los actuadores y de nuevo al bus. Determina la velocidad de transmisión de datos.

Transceptor

Se encarga de tomar la información del bus de datos y enviarla al controlador. Filtra parásitos y sobretensiones, convirtiendo las señales eléctricas a formato digital (0 y 1).