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La computadora dentro de su automóvil

septiembre 30, 2021

Vladmir Shelest

Nos hacen muchas preguntas sobre los pedazos y pedazos de autos que chirrían, traquetean y se rompen, todo, desde por qué mi rueda hace un clic hasta cómo me deshago de este olor a roedor. Pero desde hace algún tiempo hemos visto nuestras bandejas de entrada llenas de preguntas sobre las fallas de los componentes electrónicos. Eso dice algo sobre el progreso tecnológico del automóvil. Los vehículos se comportan cada vez más como computadoras con ruedas, por lo que es hora de discutir un aspecto poco conocido de su automóvil: su red de computadoras. En el pasado lo hubiéramos llamado sistema eléctrico, pero su misión ha evolucionado mucho más allá de simplemente mover electrones tontos. En conjunto, estos componentes electrónicos se conocen como Controller Area Network, o CAN, pero, para ser específicos, el sistema de cables y protocolos de software que actúan como tejido conectivo entre las computadoras y los sensores de un vehículo se conoce como CANbus. CAN permite que los automóviles sean más inteligentes, más baratos y capaces de hacer cosas ingeniosas que de otro modo no serían posibles.

Una infraestructura para la información

Hablamos con Eric Paton, especialista técnico de Ford, sobre las complejidades de CAN. Paton dice: “Si hay algo que los conductores deben saber cuando se suben a un automóvil, es que todo parece simple, pero debajo de las cubiertas es increíblemente complejo”. El diseño de CAN es similar al de un sistema de autopistas. Los datos se mueven como vehículos de carreteras de alto tráfico a carreteras locales a través de rampas de entrada y salida. Miles de puntos de datos atraviesan esta autopista en cualquier momento a lo largo de un tramo determinado y pueden bajarse en cualquier salida. A lo largo del automóvil hay varias computadoras llamadas unidades de control electrónico, o ECU, los semáforos y las intersecciones de nuestra analogía con el sistema de carreteras. Cada ECU tiene varias funciones: controlar el motor o la transmisión, subir ventanas, abrir puertas, etc. Estas computadoras tienen sensores e interruptores conectados para detectar variables como temperatura, presión, voltaje, aceleración en diferentes ángulos, frenado, guiñada y balanceo del vehículo, ángulo de dirección y muchas otras señales. Cuando una ECU necesita una señal de un sensor conectado a una ECU en otra parte del automóvil, ahí es donde entra CAN.

Como una autopista, la red CANbus permite que los datos de todos los sensores y computadoras circulen por el automóvil en todo momento. Cada computadora transmite toda la información de sus sensores y programación constantemente; hasta 2000 señales están flotando alrededor de la red en cualquier momento, ya sea que se soliciten o no. Al mismo tiempo, cada ECU “escucha” la red para extraer información que pueda necesitar para realizar su trabajo. No hay un concentrador central o un sistema de enrutamiento, solo un flujo continuo de información que siempre está disponible para las ECU.

Tomemos, por ejemplo, las puertas correderas eléctricas, una característica común en las minivans modernas. Estas puertas son operadas por una ECU llamada módulo de control de la carrocería. Los sensores informan constantemente si la puerta está abierta o cerrada, y cuando el conductor presiona un botón para cerrar la puerta, la señal de ese interruptor se transmite a través de la red. Sin embargo, cuando la ECU recibe esa señal, no se limita a cerrar la puerta. Primero, verifica el flujo de datos para asegurarse de que el automóvil esté estacionado y no se esté moviendo. Si todo está bien, entonces da un comando a un circuito de energía que energiza los motores usados ​​para cerrar la puerta. Sin embargo, va aún más lejos: la ECU luego monitorea el voltaje consumido por los motores. Si detecta un pico de voltaje, que ocurre cuando una puerta se ve obstaculizada por un bolso errante o una parte del cuerpo descarriada, la ECU inmediatamente invierte la dirección de la puerta para evitar posibles lesiones. Si la puerta se cierra correctamente, el pestillo bloquea eléctricamente la puerta. En los viejos tiempos, esto habría sido una hazaña de ingeniería. Solo alimentar eléctricamente las puertas habría requerido cables dedicados entre la palanca de cambios, el interruptor de la puerta y el motor.

Antes de que se desarrollara CAN a mediados de la década de 1980, cada vez que un fabricante de automóviles agregaba una función electrónica, como, por ejemplo, asientos con calefacción, se tenían que agregar cables nuevos y dedicados solo para conectar los calentadores a un interruptor montado en el tablero. A lo largo de los años, más funciones significaron más cables, hasta que literalmente hubo kilómetros de cables en enredaderas del grosor de las muñecas que serpenteaban por todo el automóvil. Con CAN, los calefactores de los asientos y el interruptor que los alimenta no tienen que estar conectados directamente entre sí. Pueden simplemente “hablar” a través de la red CAN existente, sin necesidad de cables especiales. Qué es Sin embargo, se necesita alguna programación adicional para conectar todos los dispositivos en red. Es una opción cambiar hacia la complejidad de la programación sobre la complejidad física. CAN ha hecho que el desarrollo de software sea más desafiante, pero ha tenido muchos más efectos positivos: ahorros de costos significativos para el consumidor, peso mucho más liviano, menor dependencia de los recursos de caucho y cobre y una confiabilidad mucho mejor con menos cables que se rompen con el tiempo. Esos atributos pueden ser importantes desde un punto de vista técnico, pero el efecto más profundo de este cambio hacia la programación está en los diagnósticos del vehículo y las actualizaciones de software.

Coche, cúrate a ti mismo

El encogimiento del arnés de cableado del automóvil. y otros beneficios no fueron el principal impulso para la creación de CAN. A medida que los requisitos de contaminación maduraron a fines de la década de 1970, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras y la Junta de Recursos del Aire de California exigieron formas de monitorear la efectividad de los sistemas de control de emisiones de los vehículos. El resultado de esa directiva fue el protocolo de diagnóstico a bordo estandarizado (ahora en su segunda generación, conocido como OBD-II) que requería una red CAN para conectarse de manera eficiente a todos los sensores del motor para un autodiagnóstico. Con esta interconexión, una ECU designada puede observar la red en busca de informes de problemas transmitidos a la red como códigos OBD-II. Si una ECU detecta un problema, lo transmite como un código alfanumérico y la luz Check Engine se enciende. Los automóviles modernos realizan estas autocomprobaciones siempre que el automóvil está en marcha. Cualquiera que tenga un lector de códigos de mano (consulte Diagnóstico digital) puede conectarse al puerto de datos estándar de 16 pines en el espacio para los pies del conductor y recuperar los códigos de falla. Una búsqueda en Internet generalmente explicará la falla o al menos dará una pista sobre el problema.

Ese mismo puerto de datos también es útil si un fabricante descubre una falla en la computadora o quiere modificar el funcionamiento del automóvil. Por ejemplo, un fabricante de automóviles puede desarrollar un algoritmo para cambios de transmisión más suaves. Instalarlo en el automóvil de cualquier cliente es tan simple como un técnico del distribuidor conectando su computadora al puerto de datos y cargando el nuevo software. Antes de CAN, esto habría significado reemplazar físicamente una ECU.

Mirar detrás de la cortina digital

Los pesados ​​manitas que hay saber todo sobre la capacidad de reprogramar o piratear un automóvil. Los fabricantes desaprueban la práctica, por supuesto, anulará su garantía, pero no todos pueden resistir la tentación de aplicar ingeniería inversa al código y hacer algunos cambios. A menos que tenga un título en ingeniería informática, no es aconsejable piratear el sistema directamente (si accidentalmente grana el motor, se quedará con un adorno de entrada con forma de automóvil), aunque algunos productos del mercado de accesorios hacen que interactúe con la red de su automóvil bastante gratificante, especialmente si eres un fanático de la velocidad. Los mecánicos de los talleres de hot-rod, que modifican los motores para obtener más caballos de fuerza, han reprogramado automóviles con éxito durante al menos una década. Pero recuerde, son profesionales.

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La red electrónica de su automóvil puede ser sofisticada, pero a medida que la cantidad de datos que maneja aumenta con el tiempo, tendrá que actualizarse. Lo más probable es que los automóviles adopten un sistema basado en Ethernet como VEEDIMS, el del icónico AC Roadster de alta tecnología. VEEDIMS asigna a cada componente del vehículo una dirección IP para que las computadoras centralizadas y remotas puedan transmitir grandes cantidades de información. Adjunte una conexión celular y los datos se pueden transmitir a la nube para su análisis. Las visitas a los distribuidores para actualizaciones de software podrían reemplazarse por una descarga. ¿Qué está frenando todo esto? Costos heredados. Se necesitarían miles de millones para volver a crear el software. Pero el coche Ethernet llegará, algún día.

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