O que é um barramento CAN e que papel ele desempenha nos sistemas automotivos?

Jul 20, 2023

Um veículo moderno pode ter mais de 70 computadores a bordo. É assim que esses sistemas conversam entre si.

Você entrou em seu carro, apertou o botão de partida e o motor ligou rapidamente, mas como seu carro decidiu se deveria dar partida ou não?

Bem, para dar a partida no carro, várias antenas e Unidades de Controle Eletrônico se comunicavam com o chaveiro. O protocolo Controller Area Network (CAN) garante que a comunicação entre seu chaveiro, antenas e ECUs aconteça adequadamente dentro do seu carro.

Então, o que é o protocolo CAN e como ele ajuda os dispositivos nos sistemas do seu veículo a funcionarem juntos? Bem, vamos descobrir.

Antigamente, os carros não tinham muitos eletrônicos. Na verdade, se você quisesse dar partida em seu veículo no início de 1900, teria que sair do veículo e acionar o motor manualmente.

Os carros de hoje, ao contrário, possuem vários sensores eletrônicos, e aparelhos eletrônicos monitoram tudo, desde a temperatura da cabine até as rotações do virabrequim.

Dito isso, os dados recebidos desses sensores não têm valor até que sejam processados. Esse processamento de dados é realizado por dispositivos de computação conhecidos como Unidades de Controle Eletrônico (ECUs).

Ao contrário de um computador com uma única CPU, um carro possui várias ECUs, cada uma responsável por realizar uma determinada tarefa. Embora essas ECUs possam executar uma única tarefa com eficiência, elas devem trabalhar juntas para garantir que recursos como ABS e ESC funcionem corretamente.

Devido a isso, todas as ECUs de um carro precisam estar conectadas. Pode-se usar uma topologia ponto a ponto para fazer essas conexões, onde cada ECU é conectada diretamente a todas as outras ECU. No entanto, essa arquitetura tornaria o sistema complexo. Na verdade, um veículo moderno tem mais de 70 ECUs, e conectá-los um a um aumentaria exponencialmente o peso da fiação.

Para resolver esse problema, a Bosch, junto com a Mercedes-Benz e a Intel, criou o protocolo Controller Area Network em 1986. Esse protocolo permitia que as ECUs se comunicassem entre si usando um barramento de dados compartilhado conhecido como barramento CAN.

O protocolo CAN é uma metodologia de comunicação baseada em mensagens que depende de um conjunto de cabos de par trançado para transmissão de dados. Esses fios são conhecidos como CAN alto e CAN baixo.

Para permitir a transmissão de dados nesses fios, seus níveis de tensão são alterados. Essas mudanças nos níveis de tensão são então traduzidas em níveis lógicos, permitindo que as ECUs de um carro se comuniquem umas com as outras.

Para transmitir a lógica um no barramento CAN, a tensão de ambas as linhas é ajustada para 2,5 volts. Este estado também é conhecido como estado recessivo, o que significa que o barramento CAN está disponível para uso por qualquer ECU.

Ao contrário, a lógica 0 é transmitida no barramento CAN quando a linha CAN alta está em uma tensão de 3,5 volts e a linha CAN baixa está em 1,5 volts. Este estado do barramento também é conhecido como estado dominante, que diz a cada ECU no sistema que outra ECU está transmitindo, então eles devem esperar até que a transmissão termine antes de começar a transmitir sua mensagem.

Para permitir essas mudanças de tensão, as ECUs do carro são conectadas ao barramento CAN por meio de um transceptor CAN e um controlador CAN. O transceptor é responsável por converter os níveis de tensão no barramento CAN para níveis que a ECU possa entender. O controlador, por outro lado, é usado para gerenciar os dados recebidos e garantir que os requisitos do protocolo sejam cumpridos.

Todas essas ECUs conectadas ao barramento CAN podem transmitir dados no cabo trançado, mas há um problema, apenas a mensagem com maior prioridade pode ser transmitida no barramento CAN. Para entender como uma ECU transmite dados no barramento CAN, precisamos entender a estrutura de mensagem do protocolo CAN.

Sempre que duas ECUs quiserem se comunicar, mensagens com a estrutura abaixo são transmitidas no barramento CAN.

Essas mensagens são transferidas alterando os níveis de tensão no barramento CAN, e o design de par trançado dos fios CAN evita a corrupção de dados durante a transmissão.