Capítulo 2: Rede CAN (Controller Area Network)

Por: Redação

A rede CAN é utilizada em larga escala nos veículos atuais e foi desenvolvida pela empresa BOSCH para suprir a necessidade de troca de informações entre as unidades de comando do veí­culo. Escolhida como principal rede de comunica­ção dos veículos, a rede CAN é uma rede muito confiável e proporciona trocas de informações muito seguras e rápidas entre as unidades de comando do veículo. Ela é capaz de proporcionar uma comunicação por intermédio de um barramento de dois fios, conhecidos como CAN High e CAN Low.

O barramento é o meio por onde os sinais elétricos são transmitidos e as informações entre as unidades de comando conseguem ser trafegadas. Como o ambiente automotivo é muito susceptível a grandes interferências eletromagnéticas e a rede CAN trabalha com a diferença entre os sinais de CAN High e CAN Low, estes dois fios do barramento da rede CAN são trançados, evitando assim interferências dessas ondas.

Para que haja uma comunicação entre as unidades do veículo é necessário que cada uma delas seja munida dos seguintes componentes: processador, controlador CAN e transceptor

Além do barramento, uma rede de comunicação com o protocolo CAN deve ser equipada com unidades de controle que sejam capazes de se comunicar entre si. Para isso, cada unidade leva dentro dela um processador que tem a função de receber os sinais dos sensores e processá-los. Caso seja uma informação importante para outras unidades, esta informação processada incialmente pelo processador é transmitida até um controlador CAN que, por sua vez, tem a função de transformar essa informação em uma mensagem (datagrama). Após sendo transformada em uma mensagem, esta informação é transmitida para o transceptor, que tem como função codificar esta mensagem e transformá-las em pulsos elétricos (bits) que serão lançados ao barramento.

O datagrama é transmitido a todas as unidades de controle e a todas as redes de interconexão, inclusive para as unidades de controle que não necessitam do sinal em questão. O controlador CAN tem o papel de filtrar estas informações e descarta-las se necessário. A Gateway retransmite o datagrama para as outras redes de interconexão (CAN Conforto e CAN Infotenimento)

A partir deste momento todas as unidades de comando que estiverem conectadas a este mesmo barramento receberão essa mensagem através do transceptor (através dos dois fios – CAN High e Low), que no momento de recepção da mensagem tem o papel de decodificar a mensagem e repassá-la para o controlador CAN. Este por sua vez receberá a mensagem e filtrará a informação que está contida nela. Se a informação for útil e realmente importante para o processador daquela unidade, o controlador CAN irá repassar a informação para o processador que analisará a informação e tomará as devidas providências.

Como nos veículos atuais existem muitas unidades de comando embarcadas, para que não haja sobrecarga nos barramentos CAN no momento de transmitir as mensagens, a rede CAN pode ainda ser subdividida em grupos. Estes dependem basicamente das funções de cada unidade e são separados da seguinte forma: CAN tração, CAN conforto e CAN infotenimento.

CAN Tração: A CAN tração é utilizada para interligar unidades de comando que são relacionadas com a tração do veículo, por exemplo, unidade de comando: do motor, da transmissão, do air bag, ABS entre outras. Esta rede trabalha com uma velocidade de 500 Kbit/s e tem por característica um resistor, em cada unidade de controle, interligando os dois cabos da rede CAN: CAN High e CAN Low.

Através de um osciloscópio é possível capturar os sinais das redes CAN High e CAN Low e desta forma comprovar se os sinais estão plausíveis, comparando-os com os sinais padrões (tensões dominante e recessiva)

Na maioria dos veículos a CAN tração só é ativada quando a chave de ignição dos mesmos for ligada na posição de linha 15. Enquanto a chave de ignição estiver desligada, a rede CAN tração estará no modo de “sleep”, conhecido como modo desexcitado. Neste caso, a tensão nos dois cabos da rede CAN será de 0V.

Quando a rede CAN tração inicia a transmissão de dados, saindo do modo desexcitado, a tensão de trabalho começa a variar entre tensão recessiva e dominante. Se não há nenhuma mensagem sendo transmitida no barramento a tensão que permanece nos cabos é a tensão recessiva. No momento de transmissão das mensagens a tensão se alterna entre entre dominante e recessiva. O valor da tensão dominante em CAN High é de 3,5V e em CAN Low 1,5V, sendo que a diferença entre os dois sinais é de 2V. Já a tensão recessiva de CAN High e CAN Low são iguais e têm o valor de 2,5V.

CAN Conforto e Infotenimento: A CAN-conforto e a CAN-infotenimento são físicamente idênticas, com velocidade de 100 kbit/s e são utilizadas para interligar as unidades que comandam os sistemas de conforto (unidade do climatronic, portas, rede de bordo etc) e entretenimento/informação (unidades do rádio, multimídia, navegação, tv etc) do veículo respectivamente. As resistências terminais, em comparação com a CAN-tração, não estão conectadas em paralelo entre High e Low, mas em paralelo contra positivo e contra massa. Devido ao fato de que High e Low não estão conectados entre si através de resistências, as falhas de um canal não interferem no outro. Com as resistências o bus é submetido a cargas correspondentes, de modo que, para se estabelecer a segurança de funcionamento, flui intencionalmente uma corrente de maior intensidade através dos cabos CAN.

Através de um osciloscópio é possível capturar os sinais das redes CAN High e CAN Low e desta forma comprovar se os sinais estão plausíveis, comparando-os com os sinais padrões (tensões dominante e recessiva)

O modo de funcionamento dos transceptores na CAN Conforto/Infotenimento equivale, em essência, ao do transceptor da CAN Tração. A diferença é que se medem níveis de tensão diferentes e que foram implantadas medidas para funcionar, em caso de avaria em CAN-High ou CAN-Low, no modo monocabo. Da mesma forma, caso se detecte curto circuitos entre as linhas CAN-High e CAN-Low, é possível desativar o excitador CAN-Low. Nesse caso CAN-High e CAN-Low apresentam o mesmo sinal.

O nível de tensão do estado dominante da CAN-high é de aprox. 4 V e o da CAN-low aprox. 1V. O nível de tensão do estado recessivo da CAN-high é de aprox. 0 V e o da CAN-low aprox. 5 V. Isto mostra que não existe uma tensão média comum. Desta forma o nível recessivo, depois de se constituir a diferença dos sinais no amplificador diferencial, se situa em -5 V e o nível dominante em 2,2 V. A variação de tensão entre os níveis recessivo e dominante foi aumentado, desta forma, para aprox. 7,2 V.

Para ativar a rede CAN conforto não é necessário que a chave de ignição seja ligada, bastando somente excitar algum componente que seja de responsabilidade de alguma unidade que faça parte desta rede. Esta informação é útil quando o reparador tem que realizar um serviço de diagnóstico e não consegue por algum motivo ligar a linha 15 do veículo.
Neste caso, basta este reparador ativar algum componente que é acionado por alguma unidade da rede CAN conforto, por exemplo, nos carros importados, as luzes de emergência ou piscada do farol alto. Desta forma, é possível conectar o equipamento de diagnóstico sem mesmo ligar a linha 15 do veículo.

Os cabos da rede CAN são chamados de High e Low, pois quando uma mensagem é transmitida pelo barramento, estes dois cabos tem um comportamento espelhado, ou seja, quando há um flanco de subida na CAN High, haverá imediatamente um flanco de descida na CAN Low. O mesmo acontecendo quando houver um flanco de subida na CAN Low, automaticamente haverá um flanco de descida na CAN High. Isso ocorrerá independentemente do subgrupo no qual a rede CAN pertence: Conforto, Tração ou Infotenimento.