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EQUIPO ELÉCTRICO
La materia se encuentra en la naturaleza formada por tres estados fundamentales:
sólido, líquido y gaseoso; la materia está constituida por moléculas que a su vez se
dividen en partículas más pequeñas denominadas átomos.
El átomo está formado por:
protones:
se encuentran en el núcleo y tienen carga positiva
neutrones:
se encuentran en el núcleo y no tienen carga eléctrica
electrones:
giran alrededor del núcleo y son las partículas más pequeñas, siendo
portadores de carga eléctrica negativa.
El comportamiento de las cargas eléctricas se basa en la ley de atracción y repulsión.
Las cargas opuestas se atraen y las cargas iguales se repelen.
La electrodinámica es la ciencia que estudia el movimiento de los electrones a través
de los conductores, siendo el conductor más utilizado el cobre.
Se dice que por el interior de un conductor hay una corriente eléctrica, cuando existe
un movimiento de electrones desde uno de sus extremos al otro.
Supongamos un hilo de cobre, y conectamos uno de sus extremos a un conjunto de
cargas positivas, y el otro extremo a un conjunto de cargas negativas. Lo que va a
suceder es que el potencial positivo de la batería atrae al electrón de la ultima capa
del átomo de cobre y éste se pone en movimiento hacia la batería. El átomo se
quedará cargado positivamente con lo que atraerá al electrón de la última capa del
átomo siguiente, pasando al hueco del átomo que ha dejado el electrón que se ha ido
hacia la batería y de esta forma se establece un salto de electrones de forma cíclica
que se conoce con el nombre de corriente eléctrica.
Los cuerpos conductores son aquellos que permiten el paso de electrones a través de
ellos.
Son buenos conductores: oro, platino, plata, cobre, hierro, etc.
Cuerpos aislantes son aquellos que no permiten el paso de los electrones a través de
ellos.
TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Los dos tipos de corriente eléctrica más comunes son la corriente continua y la
corriente alterna.
Corriente continua: es la que no cambia con el tiempo, ni de valor ni de sentido. El
movimiento de los electrones es continuo y siempre en el mismo sentido.
Corriente alterna: es aquella que cambia constantemente de valor y periódicamente
de sentido.
El movimiento de los electrones será vibratorio, una vez hacia delante y otra vez para
detrás, repitiéndose este movimiento con una frecuencia de 50 Hz (tensión de red
eléctrica).
Supongamos dos depósitos de agua de distintos niveles, comunicados por una tubería
por donde circularía agua. Llegaría un momento en que las dos alturas se igualarían y
dejaría de circular agua.
Si colocamos una bomba entre el depósito de menor nivel y el de mayor nivel, tal que
suministrase el agua que llega al menor nivel desde el mayor nivel hacia este último,
las alturas se mantendrían constantes; en consecuencia, el caudal de agua siempre
sería el mismo y tendrá el mismo sentido.
Para mantener las alturas constantes, la bomba transporta agua de un depósito a otro.
Análogamente en electricidad los electrones pasan del punto de tensión más negativo
al de tensión más positivo, y en la misma cantidad, siempre que se mantengan
constantes las diferencias de potenciales.
La corriente eléctrica siempre fluirá desde el punto donde tenemos acumulado el
mayor número de electrones adonde tenemos un menor número de electrones.
El sentido electrónico de la corriente no es el utilizado en la realidad sino que se ha
establecido por convenio; la corriente sale del polo positivo del generador y
atravesando el circuito llega al polo negativo, aunque en la realidad son los electrones
que se mueven en sentido contrario.
Para abreviar, se dice que la corriente en el exterior del generador circula del + al,
y
en el interior del generador del al
+.
En un automóvil tendremos que tener en cuenta que la carrocería se considera como
uno de los conductores, con lo cual se ahorra una gran cantidad de cable, y también
peso adicional importante.
De ahí se deriva la terminología técnica usada en el automóvil de puesta a masa,
cable de masa, cortocircuito a masa, cable de masa cortado, etc.
Clases de circuito eléctrico
Los consumidores de corriente eléctrica se pueden conectar de tres formas en los
circuitos eléctricos, y éstos son los que determinan los tres circuitos eléctricos
diferentes.
Circuito en serie:
Es aquel en que la corriente eléctrica sólo tiene un camino para circular del + al .
Los
consumidores están conectados uno a continuación del otro.
Circuito en paralelo:
Es aquél donde la corriente eléctrca tiene varios caminos para circular del borne + al
borne .
Circuito mixto:
Es aquel que tiene una parte en serie y otra parte en paralelo
Las magnitudes fundamentales utilizadas en los circuitos son:
Tensión:
Es la carga positiva o negativa que posee un cuerpo, según que el número de
protones sea mayor que el número de electrones, o viceversa, por unidad de volumen.
La tensión de un cuerpo se mide en voltios y puede ser positiva o negativa en función
de la carga del cuerpo.
Diferencia de potencial:
Es la diferencia de tensión existente entre dos cuerpos, cuyas cargas tienen el mismo
signo o signos contrarios. El aparato utilizado para medir la tensión es el voltímetro y se conecta siempre en
paralelo.
Intensidad:
Es la cantidad de intensidad que atraviesa un conductor en un segundo.
La unidad de medida de intensidad es el amperio; se utiliza como submúltiplos el mA
(103
A) y el μA (106
A). El aparato utilizado para medir la intensidad es el amperímetro y se conecta en serie
con el circuito de carga.
Resistencia:
Es la oposición que presenta un cuerpo para que circulen los electrones a través de él.
En una tubería, circulará más agua cuanto más grueso sea el tubo; si es corto, más
que en el largo, y si interiormente es liso, más que en el rugoso. Idénticamente ocurre
con los cables conductores; la corriente que circula es mayor cuanto más grueso es el
conductor y si es más corto o menos coeficiente de resistividad presenta. La resistencia viene determinada por una serie de factores tal como queda reflejado
en la fórmula adjunta.
R = p * L / S
Donde:
R = resistencia total del cable en ohmios
p = resistividad específica, coeficiente que está en función del tipo de material.
L = longitud del cable en metros
S = sección mm2
MULTIPLEXADO
Poco a poco, en el mundo de la automoción, los avances tecnológicos se va
introduciendo. La seguridad, las emisiones y el confort de marcha van exigiendo una
mayor integración de la electrónica en el automóvil. Esta incorporación de la
electrónica obliga a obtener una información precisa a través de múltiples sensores.
La multiplicación de sensores crea una red de cableado excesivamente extensa,
incrementando así los costes de fabricación y el porcentaje de posibles fallas
eléctricos. La solución adoptada por los diferentes fabricantes es, a ideas generales,
que una serie de sensores compartan la información con distintas unidades de mando.
Para ello es necesario una gran velocidad de comunicación.
Existen varios estándares en los sistemas de comunicación, pero ha conseguido su
plena implantación el sistema de comunicación CAN Bus la casa Bosch. Otros
sistemas hoy utilizados pueden ser el sistema VAN utilizado por los vehículos PSA,
diferenciándose del anterior en parámetros tales como la velocidad de comunicación.
CAN proviene de Controller Area Network, controlador de área de red, y significa que
las unidades de mando que están conectadas a la red comparten la información en
formato digital. Podía entenderse el sistema CAN multiplexado como un autobús que
circula por una línea comunicando varios edificios, la línea sería el enlace físico, los
edificios las diferentes unidades de control y los pasajeros la información digital
compartida.
Los beneficios de incorporar esta tecnología en el mundo del automóvil son una
reducción considerable del cableado a realizar, una disminución de la cantidad de
sensores necesarios, una rapidez en la información entre las unidades de control y un
mayor número de funciones a realizar.
TRANSMISIÓN DE DATOS
Hasta ahora existía un solo tipo de intercambio en la información necesaria entre
unidades de mando, como por ejemplo la representada en la figura, intercambio de
información entre la unidad de mando de la caja automática y la unidad de mando del
motor.
Como se puede observar en la figura, cada una de las informaciones que se
intercambian entre las dos unidades necesita de un cable propio, en el que la
información es enviada de forma analógica o con niveles de tensión variables.
El resultado es, como se puede observar, la necesidad de 5 cables para poder
funcionar completamente.
Adoptando el sistema de transmisión CAN, tal como se puede observar en la figura,
las cables anteriores han desaparecido. En su lugar se introduce el sistema de
comunicación que, como veremos más adelante, consta de solo dos. La información
es tratada de forma bidireccional, pueden comunicarse las dos unidades de control el
sentido y el otro. Es por ello necesario que se adapte este sistema en las redes con
necesidad de gran transmisión de datos.
CAN BUS
El sistema can bus es la manera más extendida en el mundo de la automoción de
realizar la comunicación en formato digital, la manera usual de comunicar
ordenadores, o, lo que es lo mismo, unidades de control electrónicas.
Es usual dentro de un vehículo distinguir dos posibles redes comunicadas a través del
sistema multiplexado. Por un lado encontramos las unidades de control relacionadas
con la seguridad y la tracción, red de motopropulsor. Por otro lado encontramos las
unidades de control más relacionadas con el confort del habitáculo (cierre
centralizado, elevalunas, etc.), red de confort. Las dos redes no tienen por qué estar
conectadas entre sí, pues la velocidad de transmisión de cada una de ellas son
completamente diferentes. Es poco usual que la unidad de motor de la comunicarse
con la unidad de control de puerta. Podemos entonces enumerar las diferentes unidades de control que estarán
conectadas a la red de motopropulsor:
Unidad
de control del motor.
Unidad
de control de frenos.
Unidad
de control del cambio automático.
Unidad
de control del cuadro instrumentos.
Unidad
de control del airbag.
Cualquier
unidad relacionada con la seguridad.
Igualmente podemos superar las unidades de control que se encontrarán conectadas
a la red de confort:
Unidad
de control de confort.
Unidad
de control de puertas.
Cuadro
instrumentos.
Unidad
de climatización.
Cualquier
unidad relacionada con el confort.
Las ventajas que obtenemos al aplicar un sistema multiplexado en el vehículo son:
Una
reducción significativa de los sensores
repartidos por el interior del vehículo.
Transmisión
de datos a una velocidad muy alta
entre las diferentes unidades de control.
Actualización
del software de las unidades de
control posible.
Un
mayor espacio en el habitáculo, pues las
unidades de control pueden ser más pequeñas.
Controlando el sistema de comunicación podemos reducir la cantidad errores
posibles, así como averías.
Al adoptar un sistema internacional de transmisión, las diferentes unidades de mando
pueden intercambian información, independientemente del fabricante de éstas.
Funcionamiento
Puede entenderse el funcionamiento de transmisión de datos comparándolo conexión
a una red telefónica. Una unidad de control vuelca su información en la red telefónica,
como lo hace un abonado a la red telefónica. Las diferentes unidades de control que
se encuentran conectadas a la red reciben esos datos. Algunas de ellas utilizarán
esos datos como parte de su propia información, procesándolos y actuando en
consecuencia. Aquellas unidades de mando las cuales no necesitan la información, la
rechazaran sin ninguna intervención.
Para implementar la red de comunicación multiplexada entre las unidades de mando
es necesaria la incorporación de nuevos elementos. Algunos de estos elementos
nuevos se encuentran en el interior de las unidades de control, mientras que otros se
encuentran implementados en la red eléctrica del vehículo.
En el interior de las unidades de control encontramos como nuevos elementos el
controlador, el transceptor y los elementos finales de línea. Integradas a la red
eléctrica encontramos los dos cables de la red CAN. Las funciones asumidas por cada
nuevo elemento son las siguientes:
Controlador;
realiza la función de intérprete entre el procesador de la unidad de
mando y el transceptor de comunicaciones. Interpreta la información desde el
procesador hacía el transceptor y viceversa.
Transceptor;
los datos digitales proporcionados
por el controlador son convertidos aquí en
impulsos eléctricos que pueda ser trasmitidos
por la línea CAN.
Elementos
finales; dos resistencias conectadas
a las extremos de la línea garantizan la no
existencia de interferencias en la red.
Exteriormente a las unidades de control encontramos los dos cables de la red CAN.
Conforman la red física en el vehículo, el lugar por donde se transmitirá la
información. Son dos cables finos denominados CANHigh,
nivel alto, y CANLow,
nivel bajo.
El trabajo bajo un sistema CAN establece que la información volcada a la línea no es
para un único abonado, si no que todos los abonados reciben la información. Es por
ello imperativo crear un protocolo de comunicación para asegurar que todos los
abonados puedan transmitir y recibir la información.
En cualquiera de los casos en los que una unidad de control quiera comunicarse con
la red, deben cumplirse los cinco pasos siguientes:
Obtención
de datos; el controlador recibe los
datos del procesador.
Transmisión
de datos; el transceptor los adapta y
los transmite a la red multiplexada.
Recepción
de datos; el transceptor de cada una
de las unidades de control recibe esa
información y las transmite al controlador.
Revisión
de datos; el controlador de la unidad de
control determina si los datos obtenidos son
necesarios para realizar alguna función.
Adopción
de datos; si los datos son necesarios,
el procesador los utiliza. Si no son necesarios el
controlador los desecha.
INFORMACIONES
Como hemos visto anteriormente la información transmitida es en formato digital, es
decir, una sucesión de bits lógicos 0 1. Según el protocolo establecido por Bosch, el
desarrollador del proyecto, cada cierto tiempo es transmitida a la línea la información
necesaria. La información es transmitida por los dos cables de la red CAN al mismo
tiempo. Por la línea alta se transmite el bit 1 con un nivel de tensión de 5 voltios,
mientras que en la línea baja se transmite el bit 1 con un nivel de tensión de 0 voltios.
Esta información consiste en un bloque con diferente cantidad de bits en función de la
unidad de mando que los transmita así como de la red en la que esté implantada.
Cada bloque de información, o mensaje, es dividido en diferentes campos. Cada uno
de los campos contiene cierta información, necesaria en cada mensaje, tal como
vemos en la figura. Los campos quieren diferente longitud, contenido de bits,
dependiendo de la utilidad de cada uno, como veremos a continuación.
Campo de principio; sirve para indicar al resto de unidades de control del principio de
transmisión de un mensaje.
Campo de estado; sirve para identificar a la unidad de control que transmite la
información. Este campo es muy importante, pues define, en caso de que dos
unidades de control intenten transmitir al mismo tiempo, la prioridad de cada una de
ellas tal como veremos más adelante.
Campo de control; sirve para identificar la información contenida en el campo de
datos. Los controladores de CAN utilizan este campo para conocer si han recibido
toda la información.
Campo de datos; contiene la información necesaria.
Campo de seguridad; es utilizado para detectar fallos en la transmisión.
Campo de confirmación; las unidades de control confirman la buena recepción de toda
la información. En caso de que la transmisión no haya sido correcta, la unidad de
control repite el mensaje.
Campo de fin; finaliza la transmisión.
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