Redes de Comunicação Automotivas: CAN, LIN e Multiplexação

Redes de Comunicação: Conceitos Fundamentais

Rede: Conjunto de terminais ligados por uma ou mais rotas determinadas com regras e envio para comunicação. Seus elementos incluem: remetente, receptor, a linguagem, transmissão e canais.

Protocolos e Tipos de Barramento (Bus)

Protocolo: É um conjunto de comandos estabelecidos por regras que devem ser seguidas tanto pelo emissor quanto pelo receptor para a comunicação em uma determinada rede.

Barramento (Bus): É o sistema que utiliza a transmissão de informações. Este sistema é classificado pela velocidade em que os dados são transmitidos. Exemplos de barramentos:

• CAN Bus: Barramento de 2 fios, 5V
• LIN Bus: 1 cabo
• CAN Conforto: 12V, 2 cabos
• Infotainment: 0.5V, 2 cabos
• Bluetooth: (sem fio)
• Van Bus Car: 2 cabos
• MOST Bus: (fibra óptica) 2 fios

Multiplexação Digital em Veículos

Multiplexação Digital: Sistemas de comunicação onde múltiplos elementos são conectados a uma mesma linha (barramento) para intercâmbio de dados e sinais.

Princípios de Funcionamento da Multiplexação

A configuração multiplex típica de um veículo é composta por uma unidade central para os barramentos que ligam as várias funcionalidades, com uma taxa consistente com os requisitos de tempo dos elementos conectados. Os elementos de conforto e da carroceria estão ligados a barramentos de menor velocidade, e os elementos que afetam diretamente a condução (tração e segurança), bem como as informações, conectam-se a barramentos de alta velocidade, sendo este o momento mais desafiador.

Um barramento permite a comunicação através de um ou dois cabos elétricos ou fibra óptica, para alimentar os que possuem apenas a fonte de alimentação eletrônica e fiação elétrica para sensores e atuadores que são acoplados a eles. As unidades eletrônicas possuem um microprocessador para reconhecer e ler as mensagens e distribuí-las na linha multiplex para sensores e atuadores associados a esta unidade para controle. Também existem protocolos para intercâmbio de dados em tempo real.

Interligação de Redes e Otimização

A interligação das diferentes redes de controle multiplex permite o intercâmbio de informações entre as unidades, reduzindo o número de ligações e unindo sensores. Isso proporciona velocidades de rede altas para a gestão do motor e sistemas de tração, e velocidades de rede médias ou baixas para maior conforto e sistemas da carroceria. Isso permite que as unidades conectadas compartilhem informações de seus sensores, otimizando suas estratégias, aumentando a confiabilidade e escalabilidade, e reduzindo o custo.

Sistema Multiplex de Conforto e Gateway (UCH)

Dispositivos elétricos no espaço interno são tipicamente configurados em uma unidade central interligada com a rede multiplex, com informações específicas do controle acionário dividido em unidades da rede para determinar a ativação dos distintos atuadores CAN. Como cada linha utilizada por vários sistemas opera em diferentes velocidades, incorpora um dispositivo eletrônico capaz de fazer a transferência adequada para ser lida por cada unidade. Esta unidade de controle, chamada UCH ou Gateway, é incorporada à caixa de instrumentos e vinculada às linhas CAN Bus TOPDIR.

CAN Bus: Protocolo e Aplicações

O CAN Bus é um protocolo de comunicação serial digital para compartilhamento de informações entre as unidades de controle eletrônico (ECUs) através de um barramento. Opera em série, ou seja, os dados são transmitidos (bits) um após o outro. A transmissão funciona de forma que todos os assinantes têm direitos iguais para descarregar os dados no barramento.

Áreas de Aplicação do CAN Bus

• Controle de Sistemas em Tempo Real (CAN de Alta Velocidade)

  Também conhecido para a execução de aplicações em unidades de tempo real, como controle do motor, controle de mudanças e na regulação da dinâmica de condução (ESP). Servem para regular a circulação do veículo. Apresentam velocidades de transmissão entre 125 kbit/s e 1 Mbit/s.

• Eletrônica da Carroceria e Conforto (CAN de Baixa Velocidade)

  Também chamado de aplicações multiplex, usado para o controle e regulação dos componentes do setor da eletrônica e conforto da carroceria, por exemplo, regulação do ar condicionado, travamento central e ajuste do assento. As velocidades são entre 10 kbit/s e 125 kbit/s.

• Comunicação e Infotainment

  Aplicações de comunicações móveis que se comunicam com componentes como sistema de navegação GPS, telefone ou tela principal de equipamentos de áudio e controle. O objetivo é unir, se possível, as sequências de operação, informações de status do grupo e minimizar a distração do motorista. Velocidades de até 125 kbit/s.

LIN Bus: Protocolo e Aplicações

O LIN Bus tem uma velocidade máxima de 20 kbit/s. O barramento LIN conecta atuadores ou sensores com as unidades de controle correspondentes. As ordens são sempre em uma direção, da unidade de controle mestre para o sensor ou atuador 'escravo'. Local Interconnect significa, neste caso, que todas as unidades de controle estão localizadas em uma área limitada (por exemplo, no teto). Também é conhecido como 'subsistema local'. A troca de dados entre sistemas de barramento LIN em um veículo é realizada, respectivamente, por uma unidade de controle via barramento de dados CAN. No caso do LIN Bus, é um barramento monoalámbrico.

Aplicações Atuais e Velocidades de Transmissão

• CAN Bus: Linhas de conforto, infotainment, diagnóstico e caixa de tração.
• LIN Bus: Volante, limpadores de para-brisa e alarme.

As velocidades de transmissão são:

• CAN Bus (Imagem e Diagnóstico): 500 kbit/s.
• CAN Bus (Informação, Entretenimento e Conforto): 100 kbit/s.