sistemas de comunicacion del automotor

Universidad ECCI de Colombia
SEDE PRINCIPAL
TEGNOLOGIA EN MECANICA AUTOMOTRIZ
ELECTIVA TECNICA
INVESTIGACIÓN – SISTEMAS DE COMUNICACION DEL
AUTOMOTOR
Nombre: William Andrés Sosa Parra cod.53602
Fecha: noviembre 2020
Profesor: Hernán David Mendoza Galindo
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Universidad ecci de Colombia
INVESTIGACIÓN – SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DEL AUTOMOR
William Andrés Sosa Parra
Universidad ecci de Colombia
Bogotá Colombia.
Resumen—“Se realizó una investigación sobre los tipos de
sistemas de comunicación utilizados actualmente por distintas
marcas de fabricación automotriz enfocado en su velocidad de
comunicación, seguridad, evolución y como estas tegnologias se
han venido adaptando a todo tipo de vehículos tanto de gama
alta a gama media”
Abstract— "An investigation was carried out on the types of
communication systems currently used by different automotive
manufacturing brands focused on their communication speed,
evolution and how these technologies have been adapted to all
types of vehicles, both high-end and mid-range".
Palabras Claves
1. Seguridad: ausencia de peligro o riesgo
I. OBJETIVO
R
ealizar una investigación sobre los sistemas de
comunicación de en el automotor, cualidades, funciones,
características y distintas aplicaciones que estos llevan en
las múltiples marcas que hay en el mercado
II. INTRODUCCIÓN
Hasta hace algunos años el diagnóstico era sólo un
conjunto de rutinas de los servicios técnicos de los
vehículos. Estás rutinas consistían de inspecciones visuales
que se complementaban con el análisis de algunas señales
de los sistemas. Hoy el diagnóstico se ha convertido en un
verdadero reto para los ingenieros de desarrollo en las
plantas fabricantes y proveedores. Este reto incluye
técnicas de medición, transferencia de información
electrónica, la aplicación de Internet y de las herramientas
de la inteligencia artificial, como por ejemplo el desarrollo
de procesos para el diagnóstico basado en modelo.
Cada fabricante tiene una técnica propia de interconexión,
pero hoy en día existen algunos protocolos que son
estándar, sobre todo lo relacionado con el tema de las
emisiones y Powertrain o tren motriz.
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Universidad ecci de Colombia
Así mismo, el sistema de comunicación de una red
automotriz, está compuesto por cableado, que utiliza una
técnica denominada multiplexado automotriz.
Esta técnica tiene la particularidad que facilita la mezcla de
dos o incluso más señales. Dichas señales pueden ser
transmitidas por un solo medio o canal. Además, permite
la posibilidad de tener varias comunicaciones, al mismo
tiempo, mediante un elemento conocido como multiplexor
Hoy en día, en un vehículo de media gama, se pueden
encontrar entre 4 a 10 computadoras, y en vehículos de alta
gama se pueden encontrar hasta 40 computadoras.
Cada una de estas computadoras o módulos, tiene una
gestión electrónica completamente independiente, pero al
mismo tiempo comparten muchos datos entre sí, mediante
la red de comunicación multiplexada.
Por esta razón, se hace viable la incorporación de sistemas
de confort, chasis y emisiones, y si no fuera por el sistema
multiplexado, sería imposible poder tener todos estos
módulos, instalados.
Ilustración 1 arquitectura del sistema de amortiguación
Los módulos más utilizados por diferentes marcas son muy
variados dependiendo en el país que se comercialice dicho
vehículo, pero estos son los más comunes:
PCM: Control electrónico del tren motriz (Conjunto
motor y transmisión).
TCM: Control electrónico de la transmisión.
energía disponibles; la conformidad con la conciencia
ambiental creciente a nivel mundial; la protección
mejorada contra robo de los vehículos; la optimización de
la conducción y estrategias de despliegue.
ABS: Control electrónico sistema de Frenos Antibloqueo
BCM: Control electrónico de la carrocería.
IPC: Módulo de control del cuadro de instrumentos.
EHPS: Módulo de control del sistema asistencia
electrohidráulica.
TPM: Sistema de monitoreo presión neumáticos.
Estos requisitos ya se aplican en algunos aspectos a
vehículos pequeños y compactos, en mayor grado a los
vehículos de clase media y vehículos lujosos. Como
resultado, se requiere de estrategias completamente
nuevas, entre las cuales se cuentan:

El diagnóstico en el vehículo (diagnóstico de
bordo, OBD) como una garantía de la operación
fiable bajo un amplio rango de condiciones y
situaciones de manejo, como una fuente de
información para el conductor y para los
registradores de información en caso de
accidentes (cajas negras).

El diagnóstico desde fuera del vehículo
(diagnóstico fuera de borda) para probar,
mantener y realizar reparaciones en el taller y para
la actualización del software mediante canales de
comunicación modernos como Internet.
INMO: Sistema de control de seguridad llave codificada.
VTD: Sistema de detección sistema antirrobo.
EBTCM: Sistema de frenos anti bloqueo para GM.
DDM: Módulo de la puerta del conductor.
RFA: Módulo Radio Frecuencia.
IPM: Módulo de fusibles electrónicos.
IV. REDES DE COMUNICACIÓN
Después de la unidad de control electrónica (ECU, por sus
siglas en inglés), llegó el ABS, que han revolucionado el
mundo del automóvil, aportando un plus de seguridad
activa que ha ayudado a salvar miles de vidas en los últimos
años.
Ilustración 2 tipos de dominio en el automóvil.
III. ANTECEDENTES DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN
Los avances en los campos de la electrónica y los
semiconductores han generado un incremento explosivo en
el número de sensores, componentes y sistemas
electrónicos y mecatrónicas en el vehículo. Se ha tenido
que responder a las necesidades planteadas por:
Los niveles crecientes de confort en el vehículo; los
mejoramientos en la seguridad activa y pasiva; la detección
y advertencia de posibles accidentes e incluso la
prevención de los mismos; los accidentes tomando en
cuenta la configuración de las carreteras, el volumen de
tráfico y las condiciones climáticas; la utilización óptima
y, en consecuencia, la conservación de los recursos de
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Los primeros dispositivos ABS se instalaron hace más de
20 años en los vehículos de alta gama de la época. Tal fue
el éxito de estos dispositivos que la Unión Europa decidió
que todos los turismos que se fabricaran en su territorio a
partir del 1 de Julio de 2004 debían contar con él. Incluso,
se ha propuesto que todas las motocicletas que se
homologuen en la Unión Europea con una cilindrada
superior a 125 cc a partir del 1 de enero de 2016, cuenten
con ABS.
Para las comunicaciones entre los diferentes sistemas
integrados en el automóvil podemos encontrar diferentes
soluciones como el bus CAN o el bus LIN. El gran
problema que presentan las soluciones tradicionales es que
su velocidad de transmisión era bastante limitada, de hasta
1 Mbps. Sin embargo, la evolución de las tecnologías
sugiere que va a ser necesario un aumento en la capacidad
de este tipo de redes para transmitir otro tipo de tráfico,
principalmente de servicios de entretenimiento, aunque sin
descuidar otros elementos de ayuda a la conducción, como
vídeo de alta resolución de una cámara trasera para la ayuda
al aparcamiento. Por lo tanto, se considera el uso de un tipo
de red que lleva más de 20 años como estándar en el mundo
empresarial, la ethernet. Ethernet nos elimina algunos de
los puntos más débiles de los buses LIN y CAN, como el
hecho de utilizar un medio compartido y nos elimina el
límite de velocidad actual, elevándolo hasta 100 Mpbs.
También debemos tener en cuenta algunos de los requisitos
que deberá satisfacer la Ethernet para vehículos.
Ilustración 3 sistema Bus Can
En el pasado se usaba una sola línea de información (ISO
9141 – 2) para aplicaciones de diagnóstico puras. No
obstante, la línea de información de diagnóstico estaba
activa solamente cuando una herramienta “scan” externa se
conectaba al vehículo mediante un conector de diagnóstico
y se iniciaba una sesión de diagnóstico o de actualización
del “software” en las unidades electrónicas de control,
UEC. Se usaba un segundo bus para transferencia de
información entre las unidades electrónicas de control (por
ejemplo, la UEC de control del motor y la de control de la
caja de velocidades) según lo requerido para asegurar la
operación correcta de varias funciones de control del
vehículo. Este bus tenía una velocidad de transferencia de
información de 10 a 500 kBaudios.
El protocolo para red de área de controlador, CAN emergió
como el estándar global que dio lugar a que la información
de diagnóstico fuera transferida a través del bus de la UEC,
en lugar de ser transferida de manera separada. Este bus de
vehículo también se conecta al centro de información del
conductor en el tablero, haciendo disponible toda la
información necesaria en una forma adecuada, sin distraer
al conductor de su función principal: controlar el vehículo.
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En una red de vehículo típica se integra un número de buses
con requerimientos técnicos, estructuras y velocidades
diferentes de las áreas de la telemática, la multimedia y
otras aplicaciones.
En el futuro, dependiendo de la velocidad de transferencia
de información, se espera que los buses se basen en los
principios de transferencia de transmisión ópticos. Los
buses telemáticos también implementarán transferencia de
información sin cable a la infraestructura del camino, las
autopistas o la región. Esto puede ir tan lejos como incluir
estructuras de información en red como intranets o Internet
Pero eso no es todo, y si Ethernet parece que va a ser el
protocolo de nivel 2 usado para las redes internas de los
vehículos, debemos comentar que el protocolo de nivel 3
parece que va a ser IP, por la gran experiencia que existe
sobre este protocolo y las posibilidades de interconexión
con otros dispositivos. Sin embargo, debemos tener en
cuenta que los sistemas en los que se va a instalar disponen
de unos recursos muy limitados, aunque ya existen algunas
implementaciones del protocolo TCP/IP que pueden
mitigar este problema, por ejemplo, lwIP.
Si parece que las redes internas de los vehículos van a
evolucionar para conseguir una interconexión completa de
todos los dispositivos a alta velocidad, no debemos
descuidar la comunicación del propio vehículo con el
exterior. En este campo debemos hablar de diferentes tipos
de comunicaciones según el destino de la información.
Hablamos de V2V (Vehicle to Vehicle) cuando la
información que genera un vehículo tiene como destino
otro vehículo, de V2I (Vehicle to Infrastructure) cuando el
destino es una infraestructura, por ejemplo, cuando el
vehículo informa de que ha ocupado una plaza de
aparcamiento. Finalmente, también podemos hablar de
V2G (Vehicle to Grid), cuando el vehículo se comunica
con la red eléctrica para informarle de que va a proceder a
la carga de sus baterías
Ilustración 4 ejemplo de red de comunicación inalámbrica
Es probable que se cree un número adicional de redes “sub
bus” para sensores y actuadores. Existen pasadizos entre
las redes para compartir información a través de las
“fronteras”. Las funciones de control del vehículo se
agrupan en una red redundante para satisfacer el criterio de
tolerancia a las fallas.
Los nuevos microcontroladores para automóviles tienen
más silicio dedicado a las capacidades de comunicación
que a las de la CPU. Ya están disponibles
microcontroladores junto con otros varios sistemas de
comunicaciones sincrónicos y asincrónicos. Estas
interfaces de comunicaciones son tan autónomas como se
puede, de manera que la CPU no necesita dedicar mucho
de su capacidad al manejo de las comunicaciones.
V. REQUISITOS LEGALES Y ESTÁNDARES
RELACIONADOS.
Hasta hace algunos años cada vehículo y fabricante de
vehículos tenía su propio protocolo de comunicación para
transferir información a través del conector de diagnóstico
y también tenía sus propios dispositivos “plug and socket”
y los probadores específicos de la compañía.
La situación ha cambiado de manera radical. Hoy los
siguientes equipos y procedimientos están estandarizados
y estipulados por los acuerdos internacionales sobre
normalización: el conector de diagnóstico, su
funcionamiento mecánico y su asignación de pines; los
protocolos a utilizar; las rutinas de diagnóstico; los códigos
de servicio; los requerimientos técnicos para la unidad de
diagnóstico; y las estipulaciones mínimas para el acceso de
información fiable a prueba de manipulación. La tabla 1
presenta los estándares SAE e ISO que han sido diseñados
para los vehículos de pasajeros y que son estipulados por la
legislación.
Gracias al proceso de armonización intensivo entre los
comités de estandarización de la ISO y la SAE, fue posible
hacer que el contenido técnico de los estándares de la tabla
1 prácticamente fueran idénticos. Como resultado, en los
Estados Unidos la SAE toma en cuenta este hecho dándole
a sus documentos un número de dos partes. Por ejemplo,
para el conector de diagnóstico, el número es SAE J
1962/ISO 15031 – 3. Para los protocolos de información se
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han dejado abiertas cuatro posibilidades diferentes, por
parte de los legisladores.
La tecnología del ISO 9141 – 2 técnicamente está
desactualizada y se instala en muy pocos de los vehículos
nuevos. Se espera que este protocolo sea reemplazado por
soluciones más modernas como es el protocolo de
diagnóstico con CAN, por ejemplo, el ISO 15765-4.
En los Estados Unidos la CARB y la EPA ya han aceptado
un nuevo protocolo para los vehículos de carga medianos,
el J 1939 – 73, el cual fue obtenido en el Comité de
Autobuses y Camiones de la SAE. Este protocolo se basa
en el bus CAN y en el ISO 11898. En Europa la tendencia
es a aceptar el protocolo ISO 15765 como estándar tanto
para los vehículos de carga como para los de pasajeros. Se
han alcanzado acuerdos para asegurar la compatibilidad
total de este protocolo con las redes J 1939.
Con respecto al conector de diagnóstico, todavía no se ha
tomado una decisión. En los Estados Unidos el conector de
diagnóstico para el sector de vehículos comerciales ya ha
sido definido por el J 1939-13. En Europa, no obstante, se
hacen esfuerzos para aplicar el mismo conector para los
vehículos pesados, ya que se ha demostrado su viabilidad
para el sector de vehículos de pasajeros (ISO 15031-3/SAE
J1962, ver tabla 1).
Los fabricantes pondrán en Internet (en un formato
estandarizado para que la búsqueda sea rápida y exacta), a
disposición de los reparadores independientes, la
información requerida para las operaciones de diagnóstico
y reparación, lo que trae entre otros los siguientes servicios:
los editores continuarán sirviendo a quienes demanden
copias en papel; los fabricantes de herramientas de
diagnóstico proveerán la información sobre sus
herramientas; emergerán los portales de información de
reparación, dando información de varios fabricantes y
agregando valor a través de guías y la venta de
herramientas apropiadas; se pagará un valor razonable y no
discriminatorio por la información de reparación y
prevalecerán las reglas de derechos de copias.
Tabla 1. Lista de los documentos ISO y SAE
correspondientes (sin incluir los estándares que estipulan
los protocolos de información)
Documento Documento Título del documento
SAE
ISO
ISO
J 1930
15031 – 2
Términos, definiciones,
abreviaturas y acrónimos
J 1962
15031 – 3
Conector de diagnóstico
y circuitos eléctricos
relacionados:
especificaciones y uso
J 1978
15031 – 4
Equipo de prueba externo
J 1979
15031 – 5
Servicios de diagnóstico
relativos a las emisiones
J 2012
15031 – 6
Definición de códigos de
servicio de diagnóstico
J 2186
15031 - 7
Seguridad del enlace de
datos
Tabla 2. Estándares para los protocolos de comunicación
de información
conjunto de regulaciones que técnicamente son casi
idénticas en todo el mundo. Especialmente en el campo de
las emisiones de los vehículos, las regulaciones
correspondientes en los Estados Unidos, Europa, Japón son
bastante idénticas, como lo son los requisitos para el
diagnóstico de bordo, OBD, con todas las regulaciones
referentes a los estándares técnicos nacionales o
internacionales.
Los fabricantes de unidades de diagnóstico están
trabajando intensamente dentro de los comités de
estandarización hacia la definición de los requerimientos
técnicos que se deben aplicar a sus vehículos. Como
resultado, la última generación de probadores (testeres)
cumple ya en su totalidad con los estándares legislativos
discutidos hasta este momento. Los fabricantes también
están bien equipados para el futuro, sea que una extensión
de los requerimientos OBD entre en efecto o no.
VI. BIBLIOGRAFIA
Documento
SAE
J1850
Documento
ISO
Título del documento ISO

9141 – 2
Requerimientos de
CARB
para
intercambio
de
información digital
la
el
la

11519 – 4
Interfaz de red
comunicación
información Clase B
de
de
14230 – 4
Protocolo de palabreas
clave 2000 – requisitos
para los sistemas relativos
a las emisiones
15765 - 4
Diagnóstico basados en
CAN – requisitos para los
sistemas relativos a las
emisiones
VI. CONCLUSIONES
La globalización de la industria automotriz en los últimos
15 años, los esfuerzos políticos para establecer el mínimo
de requisitos para el ambiente (como la Conferencia de
Kyoto, Japón) y la estrecha colaboración de las autoridades
legales nacionales y regionales han dado lugar a un
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Universidad ecci de Colombia


BREMER, W. On and Off – Board Diagnostics:
The Role of Legislation and Standardization. SAE
Warrandale, 2000.
BOSCH Automotive Handbook, 4a edición.
Robert Bosch GmbH. Stuttgart, 1996.
https://www.ingenieriaymecanicaautomotriz.com
/que-es-el-can-bus-y-como-funciona/
http://revistas.bancomext.gob.mx/rce/magazines/
332/3/RCE3.pdf