Sistemi di Comunicazione Multiplex e Protocolli CAN-Bus nei Veicoli

Introduzione alle Reti Veicolari

Network: Insieme di terminali collegati da uno o più percorsi definiti con regole di trasmissione per comunicare. Gli elementi fondamentali sono: mittente, ricevitore, linguaggio e mezzo di trasmissione. Il canale, combinato con il protocollo (un insieme di regole stabilite che devono soddisfare l'invio e la ricezione), permette la comunicazione su una determinata rete.

Sistemi Bus e Trasmissione Informazioni

Il Bus è il sistema che utilizza la trasmissione di informazioni; questo sistema è classificato in base alla velocità alla quale i dati vengono trasmessi. Le principali tipologie includono:

• CAN bus: Bus a 2 fili (5V).
• LIN bus: 1 cavo (12V).
• Comfort CAN: 2 cavi (0.5V).
• Infotainment: 0.5V.
• Bluetooth: Connessione wireless.
• VAN bus: Utilizzato in specifici sistemi automotive (2 cavi).

La maggior parte dei sistemi multiplex di comunicazione digitale in rete sono sistemi in cui gli elementi sono collegati a una stessa linea (bus) per lo scambio di dati e segnali.

Principi di Funzionamento

La configurazione multiplex tipica di un veicolo è costituita da un'unità centrale per i bus che collegano diverse caratteristiche, con un tasso di trasmissione coerente con le esigenze temporali degli elementi collegati. Gli elementi di comfort e carrozzeria sono collegati a bus a velocità minore, mentre gli elementi che interessano direttamente la guida (trazione e sicurezza) sono connessi a bus ad alta velocità, poiché richiedono tempi di risposta immediati.

Interconnessione e Riduzione dei Costi

Il Bus di comunicazione può essere a uno o due cavi elettrici o in fibra ottica. Le unità elettroniche utilizzano un microprocessore per riconoscere e leggere i messaggi sulla linea multiplex e controllare i sensori e gli attuatori associati. L'interconnessione delle diverse unità di controllo tramite reti multiplex permette lo scambio di informazioni in tempo reale, riducendo drasticamente il numero di cablaggi e unificando i sensori. Questo permette di condividere le informazioni per ottimizzare le strategie di funzionamento, aumentando l'affidabilità e riducendo i costi di produzione.

Il Sistema Multiplex per il Comfort

I dispositivi elettrici per il comfort dell'abitacolo sono generalmente configurati in un'unità centrale di interconnessione. Poiché ogni linea utilizzata dai vari sistemi opera a velocità diverse, il sistema incorpora un modulo elettronico chiamato Gateway (o UCH), spesso integrato nella scatola strumenti, capace di gestire il trasferimento dei dati tra le diverse linee CAN-bus.

Protocollo CAN-BUS

Il CAN-BUS è un protocollo di comunicazione seriale per la condivisione di informazioni digitali tra le unità di controllo elettronico (ECU). Funziona in serie, ovvero i dati vengono trasmessi bit dopo bit. La trasmissione opera come un sistema multimaster, dove tutti i nodi hanno uguali diritti di accesso al bus.

Aree di Applicazione del CAN

• Accoppiamento Unità di Controllo (CAN High): Utilizzato per applicazioni in tempo reale come il controllo motore, il cambio automatico e la dinamica di guida (ESP). Velocità: tra 125 kbit/s e 1 Mbit/s.
• Elettronica di Bordo e Comfort (CAN Low): Utilizzato per climatizzazione, chiusura centralizzata e regolazione dei sedili. Velocità: tra 10 kbit/s e 125 kbit/s.
• Comunicazione e Infotainment: Gestisce navigazione GPS, telefono e sistemi audio, minimizzando la distrazione del conducente. Velocità: fino a 125 kbit/s.

Protocollo LIN-BUS

Il LIN-BUS opera a una velocità massima di 20 kbit/s. Viene utilizzato per collegare attuatori o sensori alle unità di controllo corrispondenti. Gli ordini seguono una direzione Master-Slave (dall'unità di controllo verso il sensore/attuatore). Il termine Local Interconnect indica che le unità sono situate in una zona limitata (es. portiera o tetto), fungendo da "sottosistema locale".

Caratteristiche Tecniche e Velocità

Il LIN-Bus è un sistema monofilare (un solo cavo). In un veicolo moderno, le velocità di trasmissione standard sono:

• CAN-Bus (Trazione e Diagnosi): 500 kbit/s.
• CAN-Bus (Infotainment e Comfort): 100 kbit/s.
• LIN-Bus (Volante, Tergicristalli, Allarme): Fino a 20 kbit/s.