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ESTRUCTURA DE UN SISTEMA AUTOMTICO DE CONTROL

UNIDAD

ELECTRNICA

DECONTROL

ENTRADAS PROCESO SALIDAS

SENSORES ACTUADORES

Informacin rdenes

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EJEMPLO: SISTEMA DE INYCCIN-ENCENDIDO FIAT BRAVO

1. Centralita gestin motor 9. Sensor posicin mariposa 15. Conector diagnosis 21. Bomba combustible

2,3. Rel y electroventilador 10. Sonda lambda 16. Electrovlvula canister 22. Bujas encendido

4,5. Sensor y velocmetro 11. Conmutador arranque 17. Regulador ralent 23. Bobinas encendido

6. Caudalmetro 12. Sensor detonacin 18. Cuentarrevoluciones 24. Mdulo encendido

7. Sensor rgimen motor 13. Sensor de fase motor 19. Inyectores 25. Centralita inmovilizador

8. Sensor temperatura 14. Compresor clima 20. Rels del sistema

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SENSORES

Constituyen 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 detemperatura, caudal, presin, velocidad, posicin, etc.

La seal elctrica que envan puede ser analgica (ej.: resistencia

NTC) o digital (ej.:clula Hall)

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ACTUADORES

Se conectan en las salidas de la unidad electrnica de control.

Reciben las rdenes de ejecutar tareas concretas bajo el control delsistema.

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 ode valor regulable y tambin puede ser una seal PWM.

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ARQUITECTURA DE BLOQUES DE UNA U.E.C.

PROCESADOR

Reloj

Interfacede

entradas

Interfacede

salidas

MemoriaROM

MemoriaRAM

AutodiagnosticoIntersistemas

E

ntradas

Salidas

Red

multiplexada

Lneade

diagns

tico

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LA COMPLEJIDAD DE LAS INSTALACIONESELCTRICAS EN LOS AUTOMVILES ACTUALES

La mejora en las prestaciones de los automvilesactuales ha llevado a introducir un gran nmero de

sistemas controlados por la electrnica.

Ello significa un elevado nmero de unidadeselectrnicas de control que adems han de estar

comunicadas entre s en muchas ocasiones lo que haceenormemente compleja la instalacin elctrica del

automvil: componentes, cableado, interconexiones,

Para simplificar la instalacin

los fabricantes han recurrido ados soluciones

LA INTEGRACIN

EL MULTIPLEXADO

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QU ES LA INTEGRACIN ?

La integracin consiste en agrupar varias funciones en una sola unidad.

Por ejemplo:

CALCULADOR GESTINMOTOR

CALCULADORHABITCULO

(BSI, BC, GEM,)

Incluye sistemasde inyeccin,encendido,

antipolucin,refrigeracin,

Incluye: cierre,alarma einmovilizacin,

iluminacininterior yexterior,limpieza,

desempaado,sealizacin,

optimizacin deconsumos,elevalunas,

etc,etc.

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QU ES EL MULTIPLEXADO ?

Es un sistema de interconexin entre componenteselectrnicosnormalmente unidades de control o sensores

inteligentes que consiste en que por una sola lnea (bus)circulan diversas informaciones en forma de sealesdigitales codificadas.

0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0

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POR QU EL MULTIPLEXADO ?

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Evolucin histrica del cableado

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COMUNICACIN ENTRE CALCULADORES

SISTEMA CONVENCIONAL Y SISTEMA MULTIPLEXADO

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Calculadormotor

Calculadorsuspensin

CalculadorABS/ASR

COMUNICACIN ENTRE CALCULADORESSISTEMA CONVENCIONAL Y SISTEMA MULTIPLEXADO

Calculadormotor

Calculadorsuspensin

CalculadorABS/ASR

Calculadorcambio

automtico

Calculadorcambio

automtico

Calculadorayuda

aparcamiento

Calculadorayuda

aparcamiento

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Sistema convencional :

Un sensor para cada calculador

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Sistema multiplexado :

Un solo sensor

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LAS REDES MULTIPLEXADAS

El 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 losune recibe el nombre de red multiplexada.

En el automvil se utilizan redes multiplexadas de tiposdiferentes siendo las caractersticas principales que los definen

las siguientes:

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LA MAGNITUD FSICA QUE TRANSPORTA LAINFORMACIN

DATA

DATA

VAN

01

LIN CANBaja velocidad

CANAlta velocidad

1 0CAN H

CAN L

En la red MOSTde fibra ptica la informacin es transportada por la luzque emite un LED de longitud de onda de 650 nm (color rojo). La

codificacin se hace por modulacin de frecuencia.

En las redescon bus de

cable lainformacin

se transmiteporvariacionesde tensinelctrica

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LA ESTRUCTURA DE LA RED

Los calculadores pueden ser maestros o esclavos: Un calculador maestroes capaz de comandar un calculador esclavo pero no al revs.

Un calculador esclavo solo puede introducir datos en la red a instancia deun calculador maestro y puede recibir de un maestro rdenes paraejecutar. Por el contrario un calculador maestro puede intervenir en

cualquier momento.

Maestro

Esclavo

Maestro

Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Maestro Maestro Maestro

Maestro Maestro Maestro MaestroMaestro

Red Maestro-Esclavos( LIN, VAN Car, )

Red Mulimaestro-Multiesclavo ( VAN Confort )

Red Multimaestro( CAN, VAN, )

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LAS REGLAS DE TRANSMISIN O PROTOCOLO

Cada tipo de red multiplexada tiene sus reglas de transmisin o protocoloque 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 decampos, codificacin, )

-- El modo de emisin de tramas ( peridico, eventual,)-- Las reglas de comunicacin ( respuesta en la trama, acuse derecibo,)

-- Las reglas de diagnstico.

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LA VELOCIDAD DE TRANSMISIN

Red LIN: Velocidad muy baja 9.6 a 19.2 Kbit/s Red B-CAN, VAN Car: Velocidad baja 50-62.5 Kbit/s

Redes VAN Confort, CAN LS, CAN Confort:Velocidad media-baja 100-125 Kbit/s

Redes CAN HS, C-CAN, CAN Traccin: Velocidadalta 250-500 Kbit/s

Red MOST: Velocidad muy alta 21-24 Mbit/s

Expresa el caudal de bits que en cada segundo pueden circularpor la red. En consecuencia determina tambin el tiempo de lospulsos de reloj (time slot). As, por ejemplo, una velocidad de

transmisin de 500 kbit/s determina unos pulsos de 2 s.

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LA ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS

Se llama trama a cada paquete de informaciones (bits) queconstituye un mensaje en la red

El inicio del mensaje

La identificacin deldestinatario

La prioridad del mensaje

La naturaleza del mensaje

La verificacin del mensaje El acuse de recibo por el

destinatario

El fin del mensaje

Los datos de un

mensaje no puedenintroducirse

aisladamente en lared sino que es

necesario formar una

trama con otrasinformacionesdigitales codificadas

organizadas encampos para indicar:

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LA RED CAN (Controler Area Network)

Desarrollada por Bosch para facilitar la transmisin de datos entreunidades electrnicas es la ms extendida actualmente.

Utiliza como soporte un bus formado por dos cables trenzadosllamados Can H y Can L por los que circulan seales invertidas y encuyos extremos se colocan resistencias para evitar los rebotes deseal que podran producir errores y fallos en la red.

Existen diferentes tipos de red CAN que utilizan velocidades detransmisin diferentes oscilando entre 50 y 500 Kbit/s segn el tipode 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 loscables provoca la parada de toda la red (ej:CAN HS)

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2 - 4 s

CAN H

CAN L

1 0

LAS SEALES EN LA RED CANDE ALTA VELOCIDAD

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LAS SEALES EN LA RED CANDE BAJA VELOCIDAD

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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA CAN

Comienzo detrama(1bit)

Sincroniza losrelojes

Campo de estado(11 bit).Define el destino y laprioridad del mensaje

Campo de comando(6bit) Se especifica la cantidad deinformacin 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 mensajecorrectamente.Bit RTR

Consulta

o dato

Campo de verificacin(16 bit)Asegura que el mensaje no

tiene fallos de transmisin

Fin de trama(7bit)

Separacin de tramas: Al terminar una trama es obligatorio dejar un espacio de 3 bit antesde empezar la siguiente.

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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA CAN

TRAMA CAN EN EL OSCILOSCOPIO

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COLISIN Y ARBITRAJE

Cuando un calculador se dispone a emitir un mensaje, escucha la red

para comprobar si est libre. En caso contrario espera el cdigo de fin detrama (7 bits a 1), deja 3 bits libres y comienza a emitir. Si otro calculadorcomienza tambin a emitir en ese instante el campo identificador servir dearbitraje siendo preferente la emisin de un 0 (dominante) sobre la de un 1(recesivo) cuya transmisin quedar suspendida.

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LAS RESISTENCIAS DE TERMINACIN

Para evitar las seales rebotadas alfinal del bus las redes CAN colocan

una resistencia de 120Wen cadaextremo. La red B-CAN incorporaresistencias en cada calculador.

Las resistencias de fin de lneapueden servir adems para

comprobar la continuidad del bus.Un hmetro conectado entre los

cables CanH y CanL marcar 60W.

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LA INTERFASE DEL MULTIPLEXADO

Para poder poner en comunicacin al procesador con la red todo calculador CAN necesita unainterfase de multiplexadoque consta de un controlador de protocolo y una interfase de lnea.

El controlador de protocoloen modo de emisin recibe los datos del procesador y loscodifica 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 lneaest formada por la interfase de emisin y la interfase de recepcin.La interfase de emisinconvierte la trama binaria en los niveles de tensin propios de cadacable del bus.

La interfase de recepcinconsta 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 anulalos parsitos inducidos en el bus

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LA RED VAN (Vehicle Area Network)

Desarrollada por PSA y Renault para sistemas de carrocera yconfort.

Utiliza como soporte para transmitir la informacin un bus formadopor un par de cables de cobre trenzados de 0,6 mm2llamadosDATA y DATA/ que portan seales invertidas de 0 y 5v.

Existen diferentes tipos de red VAN cuyas velocidades detransmisin 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 estructurapudiendo ser Maestro-Esclavos, Multimaestro-Multiesclavo oMultimaestro.

La red VAN es tolerante a las averas del bus y puede funcionar enmodo degradado.

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LAS SEALES EN LA RED VAN

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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA VAN

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LA RED LIN (Local Interconnet Network)

Desarrollada por un consorcio auspiciado por Motorola y en el que seintegraron Audi, BMW, DaimlerChrysler, Volvo, Volkswagen,Communication Tecnologies AB y Valeo.

La red LIN es una subred local que cablea los diferentes componentesde 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 losparsitos dado su carcterlocal y su elevada tolerancia en los niveles de tensin que definen cadaestado.

La velocidad de transmisin de datos es de 9,6 a 19,2 kbits/s. La red LIN no puede funcionar en modo avera.

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LAS SEALES EN LA RED LIN

1

0

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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA LIN

1 Synch Break Field: Pausa de sincronizacin. Indica el comienzo delmensaje. Contiene 13 bits (mnimo) a 0.2: Lmite de sincronizacin: Indica el comienzo de la sincronizacin. Contiene1 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 esmandato o peticin de dato. Contiene 10 bits.5 Data field:Contiene las rdenes o datos a transmitir en paquetes de 10 bits6 Checksum Field: Campo de control de datos. Contiene 10 bits.

SBF SF IF DF1 DF2 CF

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FUNCIONAMIENTO DE LA RED LIN

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LA RED MOST (Media Oriented Systems Transport)

Es una red multiplexadautilizada en los sistemas deinformacin y entretenimiento.

Utiliza un bus de fibra ptica

por el que circula la luz emitidapor un LED con una longitudde onda de 650 nm (luz roja).

La velocidad de transmisin esmuy alta: 21 Mbits/s.

Sus componentes se conectansegn una estructura anular.

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LA COMUNICACIN EN LA RED MOST

1 El transceptor MOST pone en

comunicacin la unidad de controlcon la unidad de transmisin yrecepcin, codificando y descodifi-cando el protocolo MOST.

2 FOT o unidad de transmisin y

recepcin, consta de un diodo LEDque convierte las seales elctricasen luminosas y un fotodiodo querealiza 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 informacindel anillo (recepcin) o la enva(transmisin).

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ESTRUCTURA DE UNA TRAMA MOST

Campo de comienzoo prembulo ( 4 bits ) Campo delimitador

que separa elprembulo de los

datos ( 4 bits )

Campo de datosque contiene propiamentela informacin a transmitir

( 480 bits )

1 y 2 bytes de verificacincontienen los datos de control ydiagnosis ( 8 + 8 bits )

Campo de estadoque contiene informacinsobre la transmisin de latrama al receptor ( 7 bits )

Campo de paridadrevisa por ltima vez si la tramaest completa o se ha de repetir

la transmisin ( 1 bit )

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EJEMPLOS DE APLICACIN DE REDESMULTIPLEXADAS

La implantacin de redes multiplexadas en los vehculos actualeses muy variable en cuanto a nmero y clase de redes existentes y alnmero de nodos de que consta cada red.

A continuacin se mostrarn ejemplos sobre diferentes modelos dealgunos fabricantes que muestran diferentes configuraciones deredes con sus nodos.

Cuando un mismo vehculo implementa tipos de redes diferentesdebe haber un calculador que incluya un componente llamado

pasarela (gateway) para comunicar unas redes con otras.

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LA PASARELA ( GATEWAY )

Sirve para comunicar redes diferentes entre s. Para ello debetransformar los mensajes extrayendo los datos de una red emisoraque puedan interesar a otra red receptora y elaborar una tramanueva segn el protocolo de esta ltima.

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FIAT PUNTO1 red CAN con 5 nodos

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RENAULT SCENIC1 red CAN hasta 15 calculadores

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OPEL CORSA1 red CAN V1 red CAN E

A15. Calculador habitculo

XD. Conector de diagnstico

A84. Calculador gestin motor

A112. Calculador transmisinautomtica o robotizada

A38. Calculador ABS ESP

A37. Calculador ABS

P3. Instrumentacin

XX. Otros calculadores

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ALFA 1471 red B-CAN1 red C-CAN

Red B-CAN

Red C-CAN

ALFA 147

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ALFA 147

Red B-CAN de 50 kbit/s

Red C-CAN de 500 kbit/s

Estructura de la red B-CAN

Estructura de la red C-CAN

SS

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VW PASSAT1 red CAN Propulsin

1 red CAN Confort

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CITROEN C41 red CAN

alta velocidad2 redes CANbaja velocidad

CITROEN C5

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CITROEN C51 red CAN Mecnica

2 redes VAN Carrocera

1 red VAN Confort

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TOYOTA LAND CRUISER1 red CAN 2 redes BEAN 1 red AVC-LAN

O O

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TOYOTALAND

CRUISER

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AUDIA4

Red CAN Propulsin

Red CAN Confort

Red CAN Info/ocio

Redes LIN volantemultifuncin y sensor

de lluvia y luminosidad

Red LIN faros