¬ŅC√≥mo Diagnosticar un Red CAN y qu√© m√©todo emplear?

Información técnica

CANbus CAN (Controller Area Network) es un sistema de comunicaci√≥n en serie que se utiliza en muchos veh√≠culos de motor para conectar sistemas y sensores individuales, como alternativa a los telares de cables m√ļltiples convencionales.

La mayoría de las redes CAN de vehículos trabajan a una velocidad de bus de 250KB / so 500KB / s, aunque hay sistemas disponibles que operan hasta 1MHz.

El principal componente del CANbus es el controlador CAN. Este se conecta a todos los componentes (nodos) de la red a trav√©s de los cables CAN-H y CAN-L. La se√Īal es diferencial, es decir, cada una de las l√≠neas CAN est√° referenciada a la otra l√≠nea, no a la tierra del veh√≠culo. Cada nodo de la red tiene un identificador √ļnico. Dado que las ECU en el bus est√°n conectadas en en paralelo con una resistencia de 60Ohms, todos los nodos identifican datos todo el tiempo. Un nodo solo responde cuando detecta su propio identificador. Por ejemplo, cuando la ECU del ABS env√≠a el comando para activar la unidad ABS, responde en consecuencia, pero el resto de la red ignorar√° el comando. Los nodos individuales se pueden eliminar de la red, sin afectar a los dem√°s nodos.

Dado que muchos componentes diferentes del veh√≠culo pueden compartir el mismo hardware de bus, es importante que el ancho de banda CANbus disponible se asigne primero a los sistemas m√°s cr√≠ticos para la seguridad. Los nodos generalmente se asignan a uno de varios niveles de prioridad. Por ejemplo, los controles PCM, ABS, AIRBAG, TCM, ESP son de suma importancia desde el punto de vista de la seguridad y se sit√ļan en el CAN High, se activar√°n antes que los menos cr√≠ticos. Los dispositivos de audio y navegaci√≥n suelen tener una prioridad media (2), y la simple activaci√≥n de la iluminaci√≥n puede tener la prioridad m√°s baja (3) por lo que se localizan en el CAN Low.

Los vehículos más recientes utilizan hasta 3 redes CAN independientes, generalmente de diferentes velocidades conectadas entre sí por pasarelas. Por ejemplo, las funciones de gestión del motor pueden estar en un bus de alta velocidad a 500 KB/s y los sistemas de chasis se ejecutan en un bus CAN de 250 KB / s.

Método de diagnóstico

Pare realizar el correcto diagn√≥stico de la RED CAN de tal modo que estamos teniendo problemas con comunicaci√≥n con alguno de los modulos y/o computadoras de control pertenecientes a una red est√°ndar Bus CAN + y Bus CAN – o registra muchos c√≥digos ¬ęU¬Ľ ocasionados por problemas de comunicaci√≥n o con el propio esc√°ner.

La informaci√≥n importante que se debe de contemplar es que las redes CAN utilizan una resistencia terminal en cada extremo del par de cables trenzados del Bus CAN. En las antiguas redes CAN cada resistencia terminal era de 120 Ohms. Este par de resistencias terminales pueden hallarse en el interior de un par de m√≥dulos correspondientes ubicados en los extremos del Bus o son resistencias f√≠sicas que las podemos encontrar conectadas al Bus o pueden tambi√©n estar en la caja de los fusibles. Como ambas resistencias de 120 Ohms est√°n instaladas en paralelo, seg√ļn la ley de Ohm, su resistencia total deber ser: 60 Ohms. Tal lectura se comprueba, con la batera desconectada, entre los pines 6 y 14 del conector OBD II y utilizando un mult√≠metro en la escala de Ohms para poder medir ese valor.

La red Bus CAN se encuentra en buen estado si la resistencia total entre los pines 6 y 14 del conector DLC es 60 Ohms. Si midiera 120 Ohms, posiblemente existe un circuito abierto en el cableado o en una de las resistencias terminales. Generalmente las resistencias terminales están integradas en módulos correspondientes y si la medición es 120 Ohms entre los pines 6 y 14 del conector DLC quiere decir que lo anterior esta sucediendo alguna avería en cableado o resistencis.

Para aplicar la metodolog√≠a de rastreo de circuito abierto se procede a desconectar el conector de los m√≥dulos unidos la red CAN, uno por vez, para identificar alg√ļn cambio en la resistencia total entre los pines 6 y 14 del conector DLC . Si la resistencia total cae a 0 Ohms, se deduce que el √ļltimo m√≥dulo desconectado esta en buenas dondiciones y el problema de circuito abierto est√° en el otro m√≥dulo o su cableado. Para asegurarse se instala una resistencia de 120 Ohms entre los pines de la red Bus CAN en el conector del m√≥dulo ¬ędefectuoso¬Ľ desenchufado y mido la resistencia total entre los terminales 6 y 14 del enchufe OBD II. Si ahora registro una resistencia total de 60 Ohms, confirmo que el problema se encuentra en el m√≥dulo desenchufado.

Visualización de la red CAN con Osciloscopio

Se√Īal CAN detalle General

Se puede contemplar que los datos se intercambian continuamente a lo largo del CANbus, y es posible verificar que los niveles de voltaje pico a pico sean correctos y que haya una se√Īal presente en ambas l√≠neas CAN. CAN usa una se√Īal diferencial y la se√Īal en una l√≠nea debe ser una imagen reflejada coincidente de los datos en la otra l√≠nea. La raz√≥n habitual para examinar las se√Īales CAN es cuando OBD ha indicado una falla CAN, o para verificar la conexi√≥n CAN a un nodo CAN que se sospecha que est√° defectuoso. (ECU) Se debe consultar el manual del fabricante de veh√≠culos para obtener par√°metros de forma de onda precisos.

Los siguientes datos CAN se capturan en una base de tiempo mucho m√°s r√°pida y permiten ver los cambios de estado individuales. Esto permite verificar la naturaleza de imagen especular de las se√Īales y la coincidencia de los bordes.

Se√Īal CAN en detalle

Para este caso se puede contemplar que las se√Īales son iguales y opuestas, y que tienen la misma amplitud. Los bordes est√°n limpios y coinciden entre s√≠. Esto muestra que el CANbus est√° habilitando la comunicaci√≥n entre los nodos y la unidad de controlador CAN. Esta prueba verifica efectivamente la integridad del bus en este punto de la red CAN, y si una ECU (nodo) en particular no responde correctamente, es probable que la falla sea la propia ECU. El resto del BUS deber√≠a funcionar correctamente.

Las seales CAN "montadas" en el voltaje de polarizacin
Las se√Īales CAN ¬ęmontadas¬Ľ en el voltaje de polarizaci√≥n
Las seales CAN sin la visualizacin del voltaje de polarizacin
Las se√Īales CAN sin la visualizaci√≥n del voltaje de polarizaci√≥n

1. CAN Bus funcionando correctamente

En la imagen anterior se muestran las¬†dos se√Īales¬†de las ondas (CAN_H y CAN_L, una reflejo de la otra) y justo debajo la resta de ambas se√Īales y debe cumplir las siguientes caracter√≠sticas

  1. El voltaje del cable H (High √≥¬†CAN_H) ha de estar entre¬†2,6 ‚Äď 3,5V.
  2. El voltaje del cable L (Low √≥¬†CAN_L) ha de estar entre¬†2.3 ‚Äď 2,5V.
  • D√≠gito ‚Äú1‚ÄĚ (bit recesivo): 2,5V para CAN_H y CAN_L.
  • D√≠gito ‚Äú0‚ÄĚ (bit dominante): 3,5V para CAN_H y 1,5V para CAN_L.

Ahora vuelve un momento a la imagen anterior. ¬ŅQu√© es lo que ves? Exactamente eso,¬†ceros y unos (se√Īales cuadradas)¬†con unos voltajes concretos (seg√ļn el cable) viajando por dos cables (CAN_H y CAN_L) , siendo la forma de uno el reflejo del otro (por seguridad, ¬Ņrecuerdas?). Las cosas van cuadrando. Fet√©n.

CAN Low cortocircuitado a masa/tierra

En este caso el cable¬†CAN_L¬†tiene un¬†cortocircuito a masa, por lo que su voltaje es¬†0V. Se puede observar que est√° la se√Īal de CAN_L. La se√Īal en el bus de datos proviene del CAN_H, y por lo tanto la informaci√≥n no deja de enviarse, pero como puede verse s√≥lo se transmite a trav√©s de un cable y de forma err√°tica. (pincha en la imagen para hacerla m√°s grande)

CAN_High cortocircuitado a masa/tierra

Cuando se cortocircuita a masa el cable CAN_H su se√Īal, obviamente, desaparece, cae a 0V, como en el caso anterior de CAN_L a masa.

En el cable CAN_H aparecen se√Īales picudas indicando un intento de continuar con la comunicaci√≥n, pero en este caso, al contrario que cuando el CAN_L est√° a masala comunicaci√≥n de la l√≠nea CAN Bus no es posible.

Las tensiones en ambos cables se encuentran reflejadas una con otra, para que la resta de ambas tensiones sea siempre un valor constante.

Este valor constante en la resta de se√Īales de los cables del CAN Bus ser√° 2V cuando se transmite informaci√≥n, 0V cuando no se transmite. Es decir:

UCAN_H ‚Äď UCAN_L= 2V √≥ 0V en condiciones normales.

UCAN_H sea 0V el valor de esa resta sería negativo. Y esto no lo permite el sistema.

5. Cortocircuito entre los cables CAN_H y CAN_L

Cuando se produce un¬†cortocircuito entre ambos cables, el voltaje del valor ser√° aproximadamente 2,5V. En la siguiente gr√°fica se produce el cortocircuito a los 45ms. y se muestra la resta de las se√Īales de voltaje de CAN High y CAN Low es de¬†0V, 2,5-2,5V= 0V.

Cortocircuito de CAN High o CAN Low a positivo (+)

El valor del voltaje que se mostrará en el cable de corto a Positivo será el voltaje de 12 o 5V en cual se está haciendo corto y la información que se sigue transmitiendo se canaliza justamente en el cable en el que no se haya producido el corto.

¬ŅQu√© es el CAN BUS y c√≥mo funciona?

Descripción general
El bus CAN (Controller Area Network) por sus siglas en ingles, es un bus automotriz desarrollado por Bosch, que permite que los microcontroladores y dispositivos se comuniquen entre s√≠ dentro de un veh√≠culo sin una computadora host.¬†El bus CAN es un protocolo basado en mensajes, dise√Īado espec√≠ficamente para aplicaciones automotrices, pero ahora tambi√©n se usa en otras √°reas como aeroespacial, automatizaci√≥n industrial y equipos m√©dicos.

Conecta los sistemas y sensores individuales como una alternativa a los telares de cables m√ļltiples convencionales.¬†Permite que los componentes automotrices se comuniquen en un bus de datos en red de uno o dos cables de hasta 1 Mbps.¬†
El bus CAN es uno de los cinco protocolos utilizados en el estándar de diagnóstico del vehículo OBD-II.

Funcionamiento

El bus CAN utiliza dos cables dedicados para la comunicaci√≥n.¬†Los cables se llaman CAN alto y CAN bajo.¬†El controlador CAN est√° conectado a todos los componentes de la red a trav√©s de estos dos cables.¬†Cada nodo de red tiene un identificador √ļnico.¬†Todas las ECU en el bus est√°n efectivamente en paralelo y es por eso que todos los nodos ven todos los datos, todo el tiempo.¬†Un nodo solo responde cuando detecta su propio identificador.¬†Los nodos individuales se pueden eliminar de la red sin afectar a los otros nodos.¬†

 Cuando el bus CAN está en modo inactivo, ambas líneas transportan 2.5V. Cuando se transmiten bits de datos, la línea alta CAN pasa a 3.75V y la baja CAN baja a 1.25V, generando un diferencial de 2.5V entre las líneas: cada una de las líneas CAN está referenciada a la otra, no a la tierra del vehículo . Dado que la comunicación se basa en un diferencial de voltaje entre las dos líneas de bus, el bus CAN NO es sensible a picos inductivos, campos eléctricos u otros ruidos. Esto hace que el bus CAN sea una opción confiable para comunicaciones en red en equipos móviles.

La alimentación CAN se puede suministrar a través del bus CAN. O una fuente de alimentación para los módulos de bus CAN se puede organizar por separado. El cableado de la fuente de alimentación puede estar totalmente separado de las líneas del bus CAN, lo que da como resultado que se utilicen dos cables de 2 hilos para la red, o puede integrarse en el mismo cable que las líneas del bus CAN, lo que da como resultado un solo cable de 4 hilos. 

La naturaleza de las comunicaciones del bus CAN permite que todos los módulos transmitan y reciban datos en el bus. Cualquier módulo puede transmitir datos, que recibe el resto de los módulos. Es muy importante que el ancho de banda del bus CAN se asigne primero a los sistemas más críticos para la seguridad. Los nodos generalmente se asignan a uno de varios niveles de prioridad. Por ejemplo, los controles del motor, los frenos y las bolsas de aire son muy importantes desde el punto de vista de la seguridad, y los comandos para activar estos sistemas tienen la máxima prioridad. Esto significa que se actuarán antes que los menos críticos. Los dispositivos de audio y navegación suelen ser de prioridad media, y la activación de la iluminación puede ser la prioridad más baja. Un proceso conocido como arbitraje decide la prioridad de cualquier mensaje. 

La mayor√≠a de las redes CAN de veh√≠culos motorizados funcionan a una velocidad de bus de 250 kB / so 500 kB / s.¬†Los √ļltimos veh√≠culos utilizan hasta 3 redes CAN separadas, generalmente de diferentes velocidades conectadas entre s√≠ por puertas de enlace.¬†Los datos en una de las tres redes est√°n disponibles para las otras dos redes.¬†Las funciones de gesti√≥n del motor generalmente se encuentran en un bus de alta velocidad a 500 kB / sy los sistemas de chasis funcionan en un bus CAN m√°s lento de 250 kB / s.¬†Otras funciones, como luces, satnav y espejos, se encuentran en un bus LIN (red de interconexi√≥n local) de baja velocidad y un solo cable.

Posibles problemas para fallas en la red CAN BUS :

‚ÄĘ Los niveles de voltaje pico a pico no son correctos. 
‚ÄĘ La se√Īal no est√° presente en ambos cables CAN.

El est√°ndar ISO 11898 enumera varios modos de falla del cable del bus CAN:

  1. CAN_H interrumpido
  2. CAN_L interrumpido
  3. CAN_H en cortocircuito al voltaje de la batería
  4. CAN_L en cortocircuito a tierra
  5. CAN_H en cortocircuito a tierra
  6. CAN_L en cortocircuito al voltaje de la batería
  7. CAN_L en corto a cable CAN_H
  8. CAN_H y CAN_L interrumpidos en la misma ubicación
  9. Pérdida de conexión a la red de terminación.
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