Arquitectura de red del vehículo: de los buses por dominio a Ethernet zonal

01Por qué un solo bus nunca fue suficiente

Bosch presentó CAN en 1986 y el protocolo llegó a la producción en serie en un turismo en 1991. La promesa original era sencilla: sustituir kilómetros de cableado punto a punto por un único par trenzado compartido en el que cualquier ECU pudiera difundir sus mensajes. Tres décadas después, ningún vehículo de serie funciona con un solo bus. Un coche compacto lleva unos pocos segmentos CAN; una plataforma premium puede llevar más de diez segmentos CAN y CAN FD, decenas de clústeres LIN y una troncal Ethernet cada vez mayor, que conectan desde varias decenas hasta bastante más de cien ECU.

La división es deliberada. Los ingenieros dividen la red siguiendo las mismas líneas con las que reparten responsabilidades, tiempos y riesgos. Cada motivo de la lista siguiente es una restricción que un único bus compartido no puede satisfacer al mismo tiempo que las demás:

• Ancho de banda. Un bus CAN clásico a 500 kbit/s transporta aproximadamente entre 3700 y 4500 tramas de ocho bytes por segundo al 100 % de carga. El grupo motopropulsor, el chasis, la carrocería y el infoentretenimiento generan juntos mucho más tráfico.
• Tiempos. Los lazos de control del motor y de los frenos necesitan una latencia corta y predecible; un módulo de puerta o un motor de asiento, no. Mezclar ambos en un mismo bus obliga al tráfico lento a competir en el arbitraje con el tráfico rápido.
• Contención de fallos. Un par en cortocircuito, un nodo que transmite sin control o un transceptor averiado deben dejar fuera de servicio un segmento, no el vehículo entero.
• Gestión de energía. Las ECU de carrocería y confort deben entrar en reposo pocos minutos después de cerrar el coche, mientras que algunas unidades de control del grupo motopropulsor solo despiertan con el contacto. Los segmentos separados pueden entrar en reposo de forma independiente.
• Seguridad. Desde finales de la década de 2010, separar los sistemas accesibles desde el exterior (conectividad, infoentretenimiento, diagnóstico) del control relevante para la seguridad se ha convertido en una exigencia normativa, no solo en una buena práctica.

02El mapa clásico de dominios

Durante unos veinte años, la arquitectura eléctrica y electrónica (E/E) del vehículo se ha organizado por dominio funcional. Cada dominio dispone de uno o varios buses, y cada bus transporta el tráfico que necesitan sus miembros. El reparto exacto varía según el fabricante y la generación de plataforma, pero el esquema siguiente describe la mayoría de los vehículos que circulan en 2026.

Por qué las redes de carrocería se comportan de otra manera

Las redes de carrocería tienen el mayor número de nodos, los tendidos de cable más largos y los requisitos de reposo más estrictos. Muchos vehículos europeos de la década de 2000 utilizaban CAN de baja velocidad tolerante a fallos según ISO 11898-3, limitado a 125 kbit/s pero capaz de seguir comunicando por un solo hilo tras un cortocircuito o una interrupción en la otra línea. Las plataformas actuales han trasladado en gran medida el tráfico de carrocería a CAN de alta velocidad a 500 kbit/s según ISO 11898-2, y recurren a la gestión de red y a la red parcial (partial networking) para mantener bajo el consumo en reposo. El segmento de carrocería es además donde la mayoría de los equipos de posventa acaban físicamente cerca del cableado, por lo que su comportamiento en reposo importa mucho más allá del propio diseño del fabricante.

03Las familias de buses dentro de un mismo vehículo

CAN es el caballo de batalla, pero no está solo. Un vehículo combina normalmente cuatro o cinco tecnologías de red, cada una elegida por un compromiso entre coste, ancho de banda y determinismo.

LIN: el bus por debajo de CAN

LIN (Local Interconnect Network) es un bus de un solo hilo a 12 V con un nodo principal (commander) y hasta quince nodos secundarios (responders), que funciona a un máximo de 20 kbit/s sobre una longitud máxima de unos 40 m. El nodo principal gestiona una tabla de planificación fija y consulta por turnos a cada nodo secundario, por lo que LIN no necesita arbitraje ni cristal de cuarzo en los nodos secundarios. Gobierna los interruptores de los elevalunas, los motores de los retrovisores, los sensores de lluvia y de luz, los reguladores de los asientos y las trampillas de climatización. Desde el punto de vista de la arquitectura, cada clúster LIN cuelga de una ECU CAN que actúa como nodo principal. Lo que ocurre en el lado LIN solo llega al resto del vehículo a través de los mensajes CAN de esa ECU; el propio hilo LIN es invisible desde cualquier segmento CAN.

FlexRay: el legado determinista

FlexRay se diseñó en la década de 2000 para sistemas x-by-wire y de chasis activo: 10 Mbit/s por canal, dos canales redundantes y una planificación por tiempo con un segmento estático de ranuras reservadas y un segmento dinámico para el tráfico por eventos. Entró en producción en 2006 y se normalizó como ISO 17458 en 2013. Muchos vehículos construidos sobre plataformas premium europeas siguen llevando hoy redes de chasis FlexRay, por lo que continúa siendo relevante para el trabajo de taller. Sin embargo, los diseños de plataforma nuevos lo han sustituido en gran medida por CAN FD para el control y por Ethernet con Time-Sensitive Networking (TSN) para el tráfico determinista de gran ancho de banda.

04El gateway central

En cuanto un vehículo tiene más de un bus, algo tiene que conectarlos. En una arquitectura por dominios ese papel corresponde al gateway central: una ECU dedicada con un transceptor en cada segmento y un firmware que decide qué información pasa de una red a otra. Sus responsabilidades han crecido con cada generación de plataforma:

• Encaminamiento. Reenviar tramas seleccionadas o señales individuales de un segmento a otro, a menudo reempaquetándolas en tramas distintas en el bus de destino.
• Traducción de protocolos y tasas de bits. Hacer de puente entre CAN clásico, CAN FD, LIN, FlexRay y Ethernet, cada uno con sus propios tiempos y su propio tamaño de carga útil.
• Encaminamiento del diagnóstico. Atender el conector de diagnóstico y reenviar las peticiones del taller (ISO 15765-4 sobre CAN, ISO 13400 DoIP sobre Ethernet) a la ECU destinataria.
• Coordinación de la gestión de red. Propagar las decisiones de despertar y de reposo entre segmentos para que el vehículo despierte y se duerma como un único sistema.
• Cortafuegos y seguridad. Filtrar lo que se permite pasar, limitar la frecuencia de los accesos de diagnóstico y, en los vehículos recientes, exigir autenticación antes de cualquier escritura o función activa.
• Aislamiento de fallos. Impedir que un cortocircuito, una línea bloqueada en estado dominante o un nodo que transmite sin control en un segmento perturben a los demás.

La consecuencia práctica es fácil de pasar por alto: ningún segmento muestra el vehículo completo. Cada bus transporta el tráfico que necesitan sus miembros, y el gateway decide qué pasa de uno a otro. Por eso también el conector de diagnóstico de un coche moderno ofrece una visión muy distinta de la que ofrecen los buses que hay detrás; el artículo OBD-II y gateways seguros lo trata en profundidad.

El encaminamiento tiene un coste

Un gateway CAN es un dispositivo de almacenamiento y reenvío (store-and-forward). Cada trama debe recibirse por completo, comprobarse, filtrarse, quizá reempaquetarse y después ponerse en cola para el arbitraje en el bus de destino, donde compite con el tráfico propio de ese bus. Por tanto, cada salto añade latencia y fluctuación (jitter). Los arquitectos mantienen los lazos de control exigentes dentro de un mismo dominio y solo encaminan la información que tolera el retardo adicional. Para cualquiera que trabaje en un vehículo, esto significa que una misma información puede aparecer en varios segmentos con tiempos, estructuras de trama y frecuencias de actualización distintos, porque se ha vuelto a publicar en lugar de copiarse.

05Aritmética del ancho de banda: por qué llegó CAN FD

La presión sobre CAN clásico se ve mejor con cifras. Una trama de datos clásica con identificador de 11 bits y ocho bytes de datos tiene 108 bits, más un espacio entre tramas de 3 bits, lo que da 111 bits antes del relleno de bits. En el peor caso, la regla de relleno añade 24 bits más, hasta llegar a 135 bits. El artículo Trama CAN y arbitraje explica de dónde sale cada bit.

1. 01
   Contabilice el tráfico

   Suponga un segmento del grupo motopropulsor con 20 mensajes enviados cada 10 ms (2000 tramas/s) y 30 mensajes enviados cada 100 ms (300 tramas/s): 2300 tramas por segundo en total, todas con ocho bytes de datos.

2. 02
   Convierta a bits por segundo

   2300 × 111 bits = 255.300 bit/s sin relleno; 2300 × 135 bits = 310.500 bit/s con el relleno del peor caso.

3. 03
   Divida por la tasa de bits

   255.300 ÷ 500.000 = 51 % y 310.500 ÷ 500.000 = 62 % de carga del bus, antes de añadir una sola sesión de diagnóstico o una sola trama de error.

4. 04
   Interprete el resultado

   El arbitraje CAN se basa en prioridades, de modo que las tramas de alta prioridad apenas se ven afectadas, pero los mensajes de menor prioridad esperan más a medida que aumenta la carga. Con estas cargas queda poco margen para funciones nuevas, para el tráfico de diagnóstico o para los bytes adicionales que exige la autenticación de mensajes.

CAN FD cambia la ecuación de dos maneras: hasta 64 bytes de datos por trama y una fase de datos más rápida tras el bit BRS. Transmitir 64 bytes en ocho tramas clásicas ocupa entre 1,78 y 2,16 ms de un bus de 500 kbit/s. Una sola trama CAN FD con una tasa de bits nominal de 500 kbit/s y una fase de datos de 2 Mbit/s transporta esos mismos 64 bytes en unos 0,33 a 0,41 ms, más o menos una quinta parte del tiempo de bus. La comparación detallada está en CAN clásico frente a CAN FD.

06De los dominios a las zonas

La arquitectura por dominios creció añadiendo una ECU por cada función nueva, cada una cableada a sus propios sensores y actuadores, estuvieran donde estuvieran en el vehículo. El resultado es un mazo de cables de varios kilómetros y decenas de kilos, uno de los componentes más pesados del coche y de los que más mano de obra exigen. La arquitectura zonal reorganiza esas mismas funciones según su ubicación física: un número reducido de controladores de zona (por ejemplo, delantero izquierdo, delantero derecho y trasero) agrupa todos los sensores, actuadores, clústeres LIN y segmentos CAN locales de su área y se conecta a través de una troncal Ethernet con uno o varios ordenadores centrales del vehículo, donde se ejecuta el software de las funciones.

Por qué CAN no desaparece

La arquitectura zonal no jubila a CAN; lo desplaza al borde de la red. Un motor de elevalunas, un módulo de asiento o un sensor de batería necesitan unos pocos bytes cada pocas decenas de milisegundos, un funcionamiento robusto en un amplio rango de temperaturas y el menor coste posible por nodo. CAN clásico y CAN FD cumplen ese cometido mejor que cualquier PHY Ethernet. CAN XL, normalizado en ISO 11898-1:2024, amplía la familia hacia cargas útiles similares a las de Ethernet, mientras que Ethernet multipunto 10BASE-T1S compite por ese mismo papel en el borde. En la práctica, los vehículos que salen de fábrica en 2026 combinan todas estas tecnologías, y flotas mixtas de diseños por dominios, híbridos y zonales seguirán en servicio durante décadas.

Las zonas también cambian la forma de conmutar la alimentación

Los controladores de zona conmutan cada vez más la alimentación de forma electrónica en lugar de mediante relés y fusibles de cuchilla, y lo hacen según el modo de alimentación del vehículo. Como consecuencia, el tradicional borne 15 pasa a ser un estado de software distribuido por la red, en lugar de un cable que sigue a la llave. Esto importa sobre todo en los vehículos electrificados, donde OFF, ON y READY son estados distintos; consulte CAN en vehículos eléctricos e híbridos.

07La seguridad es ya un requisito de arquitectura

El Reglamento n.º 155 de la CEPE/ONU obliga a cada fabricante a operar un sistema de gestión de la ciberseguridad auditado y a demostrar su eficacia en cada tipo de vehículo. Pasó a ser obligatorio para los nuevos tipos de vehículo en julio de 2022 y para todos los vehículos de nueva matriculación en julio de 2024 en la UE y en las demás partes contratantes. Su complemento, el Reglamento n.º 156 de la CEPE/ONU, regula la gestión de las actualizaciones de software. Juntos han convertido la segmentación de la red de una preferencia de diseño en una obligación y han llevado varias medidas a la producción en serie:

• Segmentación y filtrado en los gateways, para que las ECU accesibles desde el exterior no puedan dirigirse directamente al control relevante para la seguridad.
• Gateways seguros que exigen un equipo de diagnóstico autenticado antes de permitir funciones de escritura, codificación o programación por diagnóstico.
• Autenticación de mensajes (AUTOSAR SecOC), que añade un valor de frescura y un código de autenticación de mensaje truncado a determinadas tramas. Estos bytes adicionales son un motivo más por el que importa la carga útil de 64 bytes de CAN FD.
• Detección de intrusiones en gateways y ordenadores centrales, que vigila los tiempos y el contenido del tráfico en busca de anomalías.
• Diagnóstico autenticado, incluido el acceso basado en certificados mediante el servicio Authentication de UDS introducido en ISO 14229-1:2020.

08Qué supone la arquitectura en el trabajo de campo

Para instaladores, ingenieros de servicio e integradores de flotas, la arquitectura no es un tema abstracto. Determina dónde es seguro conectarse, qué significa una lectura del polímetro y por qué un mismo año-modelo puede comportarse de otra manera tras un restyling. Las reglas siguientes se derivan directamente de la estructura descrita:

1. 01Sepa en qué segmento está. Los colores de los cables y las posiciones de los conectores son específicos de cada fabricante. Consulte la documentación de cableado del fabricante para confirmar a qué segmento pertenece un par trenzado antes de conectar nada.
2. 02Respete la terminación. Cada segmento de alta velocidad debería medir cerca de 60 Ω entre CAN-H y CAN-L con la batería desconectada. No añada nunca una tercera resistencia de terminación; el artículo Capa física CAN explica por qué.
3. 03Manténgase fuera de los dominios de seguridad cuando pueda elegir. Los segmentos de chasis, airbag y frenos son los que peor toleran las perturbaciones y los que con más probabilidad están vigilados.
4. 04Respete el reposo. Un segmento que no alcanza el reposo del bus tras el cierre del vehículo descarga la batería. Verifique el comportamiento en reposo después de cada instalación.
5. 05Cuente con los gateways. El conector de diagnóstico es el puerto de servicio del gateway, no una ventana a los buses internos del vehículo.
6. 06Cuente con los cambios. Los restylings, las actualizaciones de plataforma y los rediseños zonales desplazan segmentos, unidades de control y conectores. Vuelva a comprobar la documentación en cada año-modelo.