¿Qué es un bus CAN y qué papel juega en los sistemas automotrices?

Jul 20, 2023

Un vehículo moderno puede tener más de 70 computadoras a bordo. Así es como estos sistemas se comunican entre sí.

Se subió a su automóvil, presionó el botón de inicio y el motor se encendió en poco tiempo, pero ¿cómo decidió su automóvil si debía arrancar o no?

Bueno, para hacer que el auto arranque, varias antenas y Unidades de Control Electrónico se comunicaron con el llavero. El protocolo de red de área del controlador (CAN) garantiza que la comunicación entre el llavero, las antenas y las ECU se realice correctamente dentro de su automóvil.

Entonces, ¿qué es el protocolo CAN y cómo ayuda a que los dispositivos de los sistemas de su vehículo funcionen juntos? Bueno, averigüémoslo.

En el pasado, los automóviles no tenían muchos dispositivos electrónicos. De hecho, si deseaba arrancar su vehículo a principios del siglo XX, tenía que salir de su vehículo y arrancar el motor a mano.

Los automóviles de hoy, por el contrario, tienen varios sensores electrónicos y los dispositivos electrónicos monitorean todo, desde la temperatura de la cabina hasta las revoluciones del cigüeñal.

Dicho esto, los datos recibidos de estos sensores no tienen valor hasta que se procesan. Este procesamiento de datos es realizado por dispositivos informáticos conocidos como Unidades de Control Electrónico (ECU).

A diferencia de una computadora con una sola CPU, un automóvil tiene varias ECU, cada una de las cuales es responsable de realizar una tarea en particular. Aunque estas ECU pueden realizar una sola tarea de manera eficiente, deben trabajar juntas para garantizar que funciones como ABS y ESC funcionen correctamente.

Debido a esto, todas las ECU de un automóvil deben estar conectadas. Se podría usar una topología de punto a punto para hacer estas conexiones, donde cada ECU está conectada directamente a cada otra ECU. Sin embargo, esta arquitectura haría que el sistema fuera complejo. De hecho, un vehículo moderno tiene más de 70 ECU, y conectarlos uno a uno aumentaría exponencialmente el peso del cableado.

Para resolver este problema, Bosch, junto con Mercedes-Benz e Intel, crearon el protocolo Controller Area Network en 1986. Este protocolo permitía que las ECU se comunicaran entre sí mediante un bus de datos compartido conocido como bus CAN.

El protocolo CAN es una metodología de comunicación basada en mensajes que se basa en un conjunto de cables de par trenzado para la transmisión de datos. Estos cables se conocen como CAN alto y CAN bajo.

Para permitir la transmisión de datos en estos cables, se cambian sus niveles de voltaje. Estos cambios en los niveles de voltaje se traducen luego a niveles lógicos que permiten que las ECU de un automóvil se comuniquen entre sí.

Para transmitir la lógica uno en el bus CAN, el voltaje de ambas líneas se establece en 2,5 voltios. Este estado también se conoce como estado recesivo, lo que significa que el bus CAN está disponible para que lo use cualquier ECU.

Por el contrario, el 0 lógico se transmite en el bus CAN cuando la línea CAN alta está a un voltaje de 3,5 voltios y la línea CAN baja está a 1,5 voltios. Este estado del bus también se conoce como el estado dominante, que le dice a cada ECU en el sistema que otra ECU está transmitiendo, por lo que deben esperar hasta que finalice la transmisión antes de comenzar a transmitir su mensaje.

Para habilitar estos cambios de voltaje, las ECU del automóvil están conectadas al bus CAN a través de un transceptor CAN y un controlador CAN. El transceptor es responsable de convertir los niveles de voltaje en el bus CAN a niveles que la ECU pueda entender. El controlador, por otro lado, se utiliza para administrar los datos recibidos y garantizar que se cumplan los requisitos del protocolo.

Todas estas ECU conectadas al bus CAN pueden transmitir datos en el cable trenzado, pero hay un problema, solo el mensaje con la prioridad más alta puede transmitirse en el bus CAN. Para comprender cómo una ECU transmite datos en el bus CAN, debemos comprender la estructura del mensaje del protocolo CAN.

Cada vez que dos ECU desean comunicarse, los mensajes con la estructura a continuación se transmiten en el bus CAN.

Estos mensajes se transfieren cambiando los niveles de voltaje en el bus CAN, y el diseño de par trenzado de los cables CAN evita la corrupción de datos durante la transmisión.

Además de los bits anteriores, el protocolo CAN tiene algunos bits reservados para uso futuro.

Ahora que tenemos una comprensión básica de cómo se ve un mensaje en el bus CAN, podemos entender cómo se transmiten los datos entre diferentes ECU.

Para simplificar, digamos que nuestro automóvil tiene 3 ECU: Nodo 1, Nodo 2 y Nodo 3. De las 3 ECU, el Nodo 1 y el Nodo 2 quieren comunicarse con el Nodo 3.

Veamos cómo el protocolo CAN ayuda a garantizar la comunicación en tal escenario.

Aunque la estructura de mensajes utilizada por el protocolo CAN sigue siendo la misma, la velocidad de transmisión de datos y el tamaño de los bits de datos cambian para transferir anchos de banda de datos más altos.

Debido a estas diferencias, el protocolo CAN tiene diferentes versiones, y a continuación se proporciona una descripción general del mismo:

El protocolo CAN permite que varias ECU se comuniquen entre sí. Esta comunicación habilita funciones de seguridad como el control electrónico de estabilidad y sistemas avanzados de asistencia al conductor como la detección de puntos ciegos y el control de crucero adaptativo.

Dicho esto, con la llegada de funciones avanzadas como la conducción autónoma, la cantidad de datos que transmite el bus CAN está aumentando exponencialmente. Para habilitar estas funciones, están ingresando al mercado versiones más nuevas del protocolo CAN, como CAN FD.

Nischay se graduó en ingeniería en Electrónica y Comunicaciones con una habilidad especial para simplificar la tecnología cotidiana. Ha estado haciendo que la tecnología sea fácil de entender desde 2020, trabajando con publicaciones como Candid.Technology, Technobyte, Digibaum e Inkxpert. Además, a Nischay le encanta la tecnología automotriz y ha trabajado como ingeniero con Stellantis durante los últimos dos años. Tiene un conocimiento experto sobre las características que hacen que los automóviles de hoy sean más seguros y fáciles de conducir.