DIAGNOSTICO AL BUS DE DATOS AUTOMOTRIZ
Instructor
Mario Alberto Abarca Rodríguez
OBJETIVO GENERAL
DESCRIBIR EL FUNCIONAMIENTO BASICO DEL BUS DE DATOS AUTOMOTRIZ Y SU ESTRATEGIA DE DIAGNOSTICO
CONCEPTO
Un bus de datos es el proceso de transporte e intercambio de intercambio de datos en red, para la toma de decisiones precisas con alta velocidad de respuesta.
ARQUITECTURA DEL SISTEMA
FUNCIONAMIENTO
ESTRUCTURA BASICA
RESEÑA
El bus CAN (Controller Area Network) es una representación de un bus serial diseñado por Bosh, en 1986. Para su uso en el desarrollo industrial y la aplicación en vehículos. El primer vehículo que incorporó el bus CAN fue el Mercedes-Benz Clase E, en 1992, diez años después de su patente. En ese entonces, Mercedes Benz manejó un sistema de comunicación para sus vehículos
CARACTERÍSTICAS
CAN 82C200
PHILIPS e INTEL
82526
NECESIDAD
SOBRECARGA TECNOLÓGICA
UN SOLO PRECESADOR
TRES UNIDADES EN RED
COMUNICACIÓN EN PARALELO
COMUNICACIÓN EN SERIE
ARQUITECTURA MULTIPLEXADA
AQUI ESTAMOS
INTERCONECCION
EMULACIÓN
SENSOR DE ANGULO
SENSOR INTEGRADO
ADICIÓN A LA RED
SEÑALES COMPARTIDAS Y VALORES SUPLETORIOS
EXTENCION Y NODOS
1960
1985
1995
0
200
400
600
800
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NUMERO DE INTERCONEXIONES
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METROS (longitud de cableado)
SIN RED ABORDO
EN LA ACTUALIDAD UN VEHICULO CUENTA CON UNA EXTENCION DE CABLEADO DE APROXIMADAMENTE 2 KILOMETROS CON UN PESO SUPERIOR A 50 KILOGRAMOS.
VELOCIDAD DE LA RED
SOLICITACION
¿COMO SE COMUNICAN?
PRINCIPIO BROADCAST
SISTEMA CONVENCIONAL
SISTEMA INTEGRADO Y CENTRALIZADO
LENGUAJE UTILIZADO
CODIGO BINARIO
RESEÑA DEL BINARIO
( )
CONVERSION
SISTEMA BINARIO
INTERPRETACION
EJEMPLO
ESTRATEGIA ANTI/COLISION
PROCESO DE ARBITRAJE
RETROALIMENTACION EN TIEMPO REAL
ADOPCION DEL DATO
CAMPO DE ESTADO (PRIORIDAD)
VALIDACION
ESTRATEGIAS ANTI FALLO
CLASIFICACION EN FUNCION A SU VELOCIDAD
Clase A: Velocidades menor a 1 kb/s.
Clase B: De 10 kb/s a menores de 100 kb/s.
Clase C: De 100 kb/s menores de 1 Mb/s.
Clase D: Velocidades mayores a 1Mb/s.
FUENTES DE EMI Y RFI
RFI Y EMI
MENSAJE ENVIADO
RUIDO ELECTRICO
ERROR DE LECTURA
ANULACION DE CAMPOS
FINALIDAD DE EL MULTIPLEXADO
PARA EVITAR INTERFERENCIAS MAGNETICAS PARASITAS LAS LINEAS CAN SE RETUERCEN CONJUNTAMENTE FORMANDO UN MULTIPLEXADO.
SEÑAL CONTRAPUESTA
DISTORSION DE LA SEÑAL
PROTOCOLO
POR LOS CABLES VIAJAN SEÑALES PULSANTES, ESTÁN DEBEN SER TRANSMITIDAS DE MODULO A MODULO SEGÚN ORDENAMIENTO Y JERARQUÍA ESTABLECIDA, A ESTE ORDENAMIENTO SE LE LLAMA PROTOCOLO ES LA BASE DE LA COMUNICACIÓN.
PROTOCOLOS MAS UTILIZADOS
(DLC) J-1962 F
PIN # 15 ES OPCIONAL EN ESTE PROTOCOLO
ISO 9141
UBICACIÓN DE PINES
SAE J-1939
IDENTIFICACION DE PROTOCOLOS
alimentación los pines 4 y 5 (masa chasis y masa señal respectivamente), y el pin
16 (+12V).
ARQUITECTURA DE LA RED
OSCILOGRAMA
ESTADO RECESIVO Y DOMINANTE
MAESTRO ESCLAVO
MULTI-MAESTRO /ESCLAVO
MULTI-MAESTROS
OCSILOGRAMA
COMPARACION
DIFERENCIA CONSTANTE
COMPORTAMIENTO
OCSILOGRAMA-1
OCSILOGRAMA-2
OCSILOGRAMA-3
ANALOGÍA
CIFRADO DEL DATAGRAMA
INICIO SINCRONIZA RELOJES
DATA GRAMA
MANDO
DATOS DE LA TRAMA
LA TRAMA O DATAGRAMA
RECIBIDO
FIN DEL MENSAJE
SERIE
Conexión en serie:
Los módulos de control están conectados en serie. Si un módulo es desconectado, la comunicación será interrumpida.
PARALELO
Los módulos de control están conectados en paralelo Si un módulo es desconectado, es posible que no afecte la red.
EN PARALELO
EN ESTRELLA
PUNTO A PUNTO
Conexión Punto a Punto:
Compuesta por dos módulos.Ejemplo: escáner con el PCM (Módulo de control del motor y la transmisión)
LINEAL MONOFILAR
Se establece una ruta del alambrado a lo largo del vehículo. Si se rompe el cableado quedan deshabilitados los módulos hasta el final de la red.
CADENA MARGARITA
Es una de las conexiones mas grandes. Tiene le ventaja de la redundancia, si se habré una línea de comunicación puede viajar en otra dirección y llegar a algunos módulos.
EN ANILLO
VELOCIDAD DE COMUNICACION
PUERTA DE ENLACE O GATEWAY
OTRO EJEMPLO
ENLACE
FALLAS TIPICAS
CAN HI y CAN LOW EN CORTO
BUS DE DATOS SIN NEGATIVO EN EL MODULO
CAN HI A POSITIVO
CAN HI A NEGATIVO
CAN LOW A POSITIVO
CAN LOW A NEGATIVO
LA PUNTA LOGICA Y EL BUS
VALORES DE RESITENCIA
Entres pin # 6 y 14
Resistencia entre HI y 31
Entre # 6 y negativo
RESISTENCIA ENTRE HI Y 30
Entre pin 6 y positivo
RESISTENCIA ENTRE 30 Y CAN LOW
Pin #14 y positivo
RESISTENCIA ENTRE 31 Y CAN LOW
Pin #14 y negativo
NIVELES DE TENSION
La Línea (L): Valores de tensión de 0 a 2.25 voltios.
La Línea (H): Valores de tensión de 2.75 v a 5v
NOTA: En caso de que falle la línea (L), la línea (H) asume el la función
VALORES DE TENSION
TENSION ENTRE H Y L
VALORES DE TENSION
H CONTRA NEGATIVO
VALORES DE TENSION
L CONTRA NEGATIVO
SEÑAL AL OSCILOSCOPIO
SEÑAL DE BUS DE DATOS CAN
CON LA BORNERA DE TEST
H (6) CONTRA POS. Y NEG.
LOW (14)CONTRA NEG Y POS
ENTRE H Y L
GESTIÓN DE ENERGÍA STAND BY
* Esta función es codificable
Vigilancia en frío
Vigilancia en caliente
Aplicación de corriente : después de borne 15 ON, 6 x cada 500ms
Al cabo de 2 s como máx. hay un valor de diagnóstico
Indicación de avería a través de CAN con el borne 15 ON. (Señal de CAN)
Aplicación de corriente: después de borne 15 ON, permanente para cada bombilla
Al cabo de 2 s como máx. hay un valor de diagnóstico
Todas las lámparas
Función de vigilancia de lámparas
RED A BORDO
BUS DE DATOS MOST
El sistema MOST fue desarrollado para las redes de infotenimiento en vehículos de motor . El grupo que de desarrollo del sistema MOST se fundó en 1998 , con BMW , Daimler Chrysler,Harman/ Becker y Oasis Silicon System como socios iniciales . En el 2006 , 16 fabricantes de automóviles y 67 proveedores eran parte del mismo .
RESEÑA
La necesidad del desarrollo del sistema MOST , vino marcada por la implementación de funciones de los sistemas de infotenimiento en los vehículos actuales . Algunas de estas nuevas funciones como son la transmisión de datos de audio y video , exigen una alta velocidad de transmisión de datos .Además el sistema debe tener la capacidad para poder transmitir datos en forma síncrona y asíncrona .
NECESIDAD
Como se puede apreciar en el esquema la transmisión de una señal de video ,requiere una velocidad de transmisión de 6 Mbit/s .La alta velocidad de transmisión es una de las principales características del sistemas
NOTA
MOST . Su velocidad de transmisión está en 25 Mbit/s ( MOST 25 ) .
CARACTERÍSTICAS
INFOTENIMIENTO
En un sistema MOST se transmiten paquetes de datos con un frecuencia fija 44,1KHz . Esta característica permite al sistema poder transmitir datos síncronos .La estructura de estos paquetes o datagramas es la representada
en la figura .
TRANSMISIÓN DE DATOS
Transmisión datos síncronos Para este tipo de transmisión todas las unidades deben estar sincronizadas en tiempo .Existen diferentes canales , pero un dato concreto siempre debe ocupar el mismo canal en todas las unidades .
Transmisión datos asíncronos En el caso de los datos asíncronos , las unidades no deben estar sincronizada y la transmisión no debe realizarse en un canal prestablecido.
DATOS SÍNCRONOS Y ASÍNCRONOS
BLOQUES DE TRANSMISIÓN
En el campo de control se transmiten datos de diagnosis , dirección de emisor y receptor , así como ordenes de accionamiento . El protocolo del campo de control tiene una longitud de 32 Bytes .Esto significa que debe de enviarse en 16 encuadres formando un
bloque .
CAMPO DE CONTROL
GENERACIONES DE MOST
La configuración del sistema MOST , se hace en forma de anillo ( esta conexión equivale a una conexión en serie ) , endicha configuración la
información sólo puede circular en una dirección .
CONFIGURACIÓN
Se pueden llegar a conectar
64 unidades , en sistema MOST
Una de las unidades asume la función de unidad maestra , las demás trabajan
como esclavas .
NOTA
CAPA FÍSICA
NOTA:
En el sistema MOST ,la conexión se realiza en serie cada unidad de mando es un repetidor de señal en sí mismo . Con un emisor y un receptor en cada una de ellas . Además se configuran en forma maestra esclava .
Tipos de conector
Topología
Conducción de las señales luminosas Una parte de las ondas luminosas son conducidas de forma rectilínea , por el cable . La mayor parte se transmite por reflexión total .Este efecto permite la propagación de señales , aun en curvas .
PROPAGACIÓN DE LA LUZ
Curvaturas con un diámetro mayor a 25mm
Sin embargo para que esta función no se vea afectada , el radio de curvatura debe ser lo suficientemente pronunciado .
TRAFICO DE COMUNICACIÓN EN CURVAS
TRAFICO DE COMUNICACIÓN
Las señales luminosas se generan por Leds y se reciben a través de fotodiodos .
La transmisión de datos se hace por impulsos de luz , transmitidos a través de un cable de fibra óptica .Las ventajas de este sistema de transmisión son :
CANAL DE TRANSMISIÓN
FIBRA OPTICA
DIAGNOSTICO
Estrategias de diagnostico
Integración al bus de datos
Es un nuevo protocolo de comunicaciones para buses de datos en el automóvil desarrollado por el consorcio FlexRay entre 2000 y 2009. Se considera más avanzado que el CAN y el MOST en lo relativo al precio y a las prestaciones.
El consorcio FlexRay fue fundado en Septiembre de 2000 por BMW, Daimler AG (matriz de Mercedes), Philips y Motorola y actualmente está compuesto por los siguientes miembros:
Velocidad 10M/BIT
RESISTENCIAS DE TERMINACIÓN FLEX RAY
Graduación 1V/div. Y 5µs/div.
FLEX RAY SEÑAL
El protocolo Flex Ray alcanza una velocidad de transmisión de datos de 10 Mb/s y realiza la transmisión en ciclos cortos de 2,5 milisegundos (CAN cada 10 milisegundos) Una Red Flex Ray soporto hasta 20 metros de conexión por bus y hasta 20 nodos conectados a la misma Red
velocidad de transmisión
El FLEXRAY es un sistema de comunicación de datos en tiempo real , diseñado para adaptarse a las necesidades de rapidez y fiabilidad necesarias en sistemas de seguridad . El primer vehículo en utilizarlo fue el BMW X-5 .C
En el FLEXRAY , se utilizan dos canales de transmisión ,la función segundo canal es repetir los mismos mensajes que el primero ( señal redundante ). Sin embargo en sistemas sin especial relevancia en la seguridad se puede seguir utilizando sólo un canal de transmisión .
CONFIGURACIONES Y TOPOLOGÍA
Estrella/pasiva :
En esta configuración todas las unidades se unen en un punto común de la Instalación.
Estrella/activa :
Existe una unidad central que actúa como repetidor de la señal .
TIPOS DE TOPOLOGÍA FLEXRAY
En el FLEXRAY
se utiliza un concepto diferencial para la medición de señal .Al igual que en el sistema CAN ,cada canal de transmisión está formado por dos cables . En este caso denominados BP y BM .
BUS PLUS y BUS MINUS
Para la transmisión de los diferentes valores de bit ( 0,1 ) , se utiliza la diferencia de potencial entre los dos cables . Siendo un 1 cuando esa diferencia es positiva y 0 cuando es negativa .Además en el bus se pueden presentar otros dos estados que podríamos denominar estado de reposo cuando se aplican 2,5 v en ambos cables y bus desconectado cuando la tensión aplicada en la línea tiene un valor cercano a 0 .
CONEXIÓN
Ubicación de las resistencias de terminación
Similar al sistema Can , en el Flex Ray ,existen resistencias de terminación , según la unidad sea un punto de conexión intermedio o un punto final , dichas resistencias tienen un valor diferente .Siendo dos resistencias en serie de 1.3KΩ o de 47 Ω en el otro .
MAGNITUDES
BUS PLUS
BUS MINUS
Valores de tensión del bus
CONFORMACIÓN DE LA DATA
DOMINANTE Y RECESIVO
los cables se trenzan para minimizar la influencia de las corrientes parasitas
COLOR DE CABLES DEL BUS DE DATOS FLEXRAY
BM contra positivo
SEÑAL ERRÁTICA
BP contra negativo
SEÑAL ERRÁTICA
UNIÓN ENTRE BP Y BM
SEÑAL ERRÁTICA
DIAGNOSTICO CON EQUIPAMIENTO OEM
MPX (Multiplex Communication System
BEAN
Un problema que se deriva es el enorme aumento de los mazos de cables. Para afrontar este hecho, cada fabricante ha desarrollado activamente el MPX (Multiplex Communication System).
Una ECU encargada de controlar cada sistema enlazado permite elestablecimiento de la MPX.
CONCEPTO
CONTROL INTEGRADO POR MPX
Al adoptar el sistema MPX se logran las siguientes ventajas.
• Reduce el número de mazos de cables.
• El compartir las información permite la reducción en el número de
interruptores, sensores y actuadores.
• Dado que la ECU próxima a los interruptores y sensores lee la
información de las señales y la transmite a las demás ECU, se puede
reducir la longitud del cableado.
VENTAJAS
La red BEAN consiste en un protocolo de comunicación múltiplex creado para la transmisión de datos entre las ECU que controlan los dispositivos eléctricos o electrónicos.
(Exclusivamente utilizada para productos Toyota)
BEAN
(Body Electronics Area Network).
MPX1 Y MPX2
Conexión en cadena margarita:
En BEAN, la línea de comunicación no posee la forma convencional
para bus, sino la forma de anillo. Como resultado, la fiabilidad respecto a la caída de línea aumenta.
• Bus convencional
Si la línea se corta, la comunicación con las ECU después del corte se
interrumpe.
• Bus BEAN
La configuración en cadena margarita permite que la
comunicación continúe utilizando otra ruta aunque la línea de
comunicación esté cortada.
OBSERVACIÓN:
Si la línea de la red se corta en más de un punto, la comunicación
resultará imposible.
VENTAJAS DEL BUS BEAN
Cuando el sistema detecta la condición en la que el usuario permanece fuera del vehículo, todos los nodos interrumpen la comunicación. Este estado se denomina “Apagado.”
Cambio de estado del bus
MODO ACTIVO Y PASIVO
Cuando el usuario está utilizando el vehículo, el MPX se encuentra en “estado activo”, sin embargo, cuando el sistema considera que el usuario está fuera del vehículo, interrumpe la comunicación de todos los nodos (ECU) y para evitar así la corriente parasitaria. Este estado se denomina “apagado”.
En este momento, todas las ECU entran en modo de ahorro de energía y se adormecen
Al poner el interruptor de encendido en ACC o LOCK estando todas las puertas cerradas,
y una vez transcurrido un periodo predeterminado después de la última actuación sobre el
interruptor, las ECU se “duermen” simultáneamente. Cuando una ECU despierta de su
“sueño”, ésta despierta a las demás ECU.
Los siguientes métodos se emplean para realizar la comunicación.
1. BEAN (Body Electronics Area Network)
Velocidad de transmisión: 10 kbps (bps: bit per second)
2. Este sistema es utilizado por el MPX para los sistemas de control del vehículo.
BEAN
1-Velocidad de transmisión: 1.000 bps.
2- Desarrollada para la comunicación entre el interruptor principal de las ventanillas automáticas y la ECU de carrocería. Es sólo una comunicación unidireccional a la ECU predeterminada porque es una comunicación en un solo sentido.
Comunicación unidireccional
Características del bus de datos Toyota
AVC-LAN (Audio Visual Communication - Local Area Network)
1- Velocidad de transmisión: 17 kbps
2- Este sistema se utiliza para la comunicación en el sistema de audio, sistema de navegación, etc.
LAN
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitting)
1-Velocidad de transmisión: 9.600 - 19.200 bps
2-Este sistema se utiliza para la comunicación entre las ECU relacionadas con el control del vehículo: entre la ECU del motor y la ECU de control de deslizamiento, la ECU del motor y la ECU para HV (Hybrid Vehicle), etc.
UART
Enlace de datos en serie
1- Velocidad de transmisión: 333 bps
2- Este sistema se utiliza para la comunicación entre el receptor del control inalámbrico para bloqueo de puertas y la ECU de carrocería, etc.
SERIAL DATA
Comunicación inteligente
1- Velocidad de transmisión: 125 kbps
2- Este sistema se utiliza para la comunicación entre la ECU del motor RH y la ECU del motor LH (CENTURY), etc
COMUNICACIÓN INTELIGENTE
Datagrama
ARBITRAJE
BYTEFLIGHT
Para sistemas de seguridad , airbag en concreto, BMW desarrolló un Sistema de comunicación propio denominado byteflight con una velocidad de transmisión de 10 Mbit /s.
Características :
El medio de transmisión es fibra óptica .
Conexionado en estrella .
Las redes Byteflight se utilizaron por primera vez a principios de la década de 2000 y estaban destinadas principalmente a sistemas de seguridad, como bolsas de aire El diseño de Byteflight dictaba confiabilidad, alta tolerancia a fallas y alta velocidad de datos entre las ECU.
ARQUITECTURA
Se instalaron fibras de polímero óptico para transmitir los datos dentro del vehículo y entre sus dispositivos. Se trata de fibras ópticas de plástico que cumplen la función de transmisión de datos. Gracias a su estructura, se puede lograr una velocidad de datos de 10 Mbps mediante su uso
topología de estrella, en la que esta red mantiene las características de un “acoplador de estrella inteligente”. Con esta topología, cualquier número de abonados se conecta a un abonado ubicado en el centro, de modo que se crea una disposición en forma de estrella
A diferencia del Sistema Most , donde la transmisión siempre se realiza en una sola dirección el byteflight la comunicación es bidireccional , por lo que salvo la unidad maestra, el resto de unidades , denominadas satélites sólo tienen una conexión de fibra óptica
Una señal digital electrónica convencional es creada dentro de la SIM o una ECU satelital, y la señal se convierte en un infrarrojo pulsado en haz de luz, que se transmite a través de fibras de cables ópticos. Cuando el rayo alcanza el ECU satelital o la SIM, se convierte de nuevo a una señal digital electrónica para uso interno
.A continuación, la señal se puede volver a convertir a una señal de haz de luz por la SIM para redistribución
dispositivo central no requiera necesariamente un mayor nivel de inteligencia de control y la falla de cualquier suscriptor no causa un colap de toda la red. El sistema también se puede ampliar para incorporar tantos suscriptores como sea necesario.
El cable de fibra óptica de plástico no debe doblarse en un radio inferior a 50 mm. Eso es aproximadamente equivalente al diámetro de una lata de refresco. Doblar el cable de fibra óptica de plástico más apretado que eso puede perjudicar su funcionamiento o incluso dañarlo irreparablemente.
Radio de curvatura
La luz puede escapar en puntos donde la el cable está demasiado doblado. Esto se debe al hecho de que la luz rayo golpea la interfaz entre núcleo y revestimiento a una altura demasiado empinada ángulo y no se refleja.
Los cables de fibra óptica no deben doblarse bajo ninguna circunstancia cuando se instalen porque Daña el revestimiento y el núcleo de fibra. Luego, la luz se dispersa parcialmente en el punto donde la fibra se retuerce y se produce una pérdida de transmisión. Incluso torciendo una fibra óptica
¡Una vez, muy brevemente, es suficiente para dañarlo!
Puntos de compresión y estiramiento Los puntos de compresión también deben evitarse porque pueden deformarse permanentemente. La sección transversal conductora de luz del fibra óptica. Entonces, la luz se pierde durante la transmisión.
Estiramiento excesivo de cables de fibra óptica, causando su destrucción, El estiramiento reduce la sección transversal El área del núcleo de la fibra. Este Paso restringe la luz y da como resultado el no grato efecto de atenuación, esto resulta en perdida de comunicación.
En contraste con los alambres de cobre, abrasión de cables de fibra óptica no provoca un cortocircuito. En cambio, genera pérdida de luz o intrusión. de luz externa. Entonces, el sistema sufre interferencias o falla completamente.
Puntos de abrasión
Otra fuente potencial de problemas son los extremos de los cables sucios o rayados. Aunque los extremos de los cables están protegidos contra el contacto accidental, aún pueden dañarse por una manipulación incorrecta. La suciedad en el extremo de una fibra óptica evitará que la luz entre o salga de la fibra. La suciedad absorbe la luz y la atenuación es demasiado grande.
Extremos de cable de fibra óptica sucios o rayados
Las demandas de la nueva tecnología incluso deben tenerse en cuenta en posteriores trabajos de reparación como pintura. Como los cables de fibra óptica se dañan por el calor, se debe tener cuidado tomadas para asegurar que la temperatura máxima permitida de 85 ºC no se exceda cuando secado de pintura.
Cables de fibra óptica recalentados
85 ºC
Color de los canales ópticos
Amarillo naranja y negro de
XTROM