Controller Area Network (CAN)

CAN (Controller Area Network) è un bus seriale di comunicazione dati progettato per applicazioni real-time. Nacque originariamente per l’industria automobilistica, ma si è diffuso presto nell’automazione industriale per le sue caratteristiche di robustezza ed affidabilità. CAN è stato sviluppato da Robert Bosch nel lontano 1986 su richiesta della Mercedes.

L’esigenza di far comunicare i molti dispositivi elettronici presenti all’interno delle automobili (ABS, TCS, aria condizionata, chiusura centralizzata, sono solo alcuni esempi) e la complessità di questi, avrebbe portato ad un aumento insostenibile di collegamenti dedicati ed una duplicazione dei sensori necessari a più dispositivi, con un conseguente aumento dei costi di produzione e soprattutto un notevole ingombro fisico.

Per questi motivi è nato CAN, il quale consente a controllori, sensori e attuatori di comunicare l’uno con l’altro ad una velocità fino a 1Mbit/sec, offrendo anche:

Bassi costi di progettazione e implementazione
Funzionamento in ambienti ostili
Facilità di configurazione e modifica
Rilevamento automatico degli errori di trasmissione

I diversi nodi di una rete, che comunicano tra loro attraverso un doppino intrecciato, non hanno un indirizzo specifico, e pertanto possono essere aggiunti o tolti senza dover riorganizzare il sistema. Sugli autoveicoli del gruppo Fiat (esempio Fiat Stylo, Punto, Alfa 147 ecc.) viene installata la rete VE.N.I.C.E. (Vehicle Network Integration Component Electronics = rete integrata dei componenti elettronici del veicolo) che utilizza il protocollo di comunicazione CAN.

La velocità di comunicazione delle reti veicolari è di tre tipi:

Fino a 10 Kbps per applicazioni di carrozzeria (es. alzacristalli, bloccaporte)
Da 50 a 125 Kbps per applicazioni di plancia (es. climatizzatore, strumentazione)
Da 125 a 1000 Kbps per applicazioni motore (es. gestione motore, gestione ABS)

La struttura della rete è del tipo multimaster – multislave, questa è composta da nodi master, in grado di trasmettere e ricevere dati, e da nodi slave destinati a trasmettere e ricevere dati solo su comando dei master. Per semplificare ulteriormente l’impianto è stato aggiunto un nodo denominato Nodo Body Computer (NBC) con il compito di gestire la comunicazione tra le diverse centraline. Le informazioni a disposizione sulla rete, scambiate tramite un bus seriale, sono rappresentate dalla differenza di tensione presenti su due fili detti:

CAN H (livello logico alto) a 3,5 Volt
CAN L (livello logico basso) a 1,5 Volt

Protocollo di comunicazione:Per protocollo di comunicazione si intende una sequenza definita di bit suddivisi in campi (o pacchetti) di lunghezza variabile.

I pacchetti si suddividono nel seguente modo:

Start of frame: identifica l’inizio del messaggio

Identificatore: identifica a chi è indirizzato il messaggio

Comandi: sequenza di bit che indica la tipologia del messaggio

Dati: sequenza dei byte di dati che compongo il messaggio

CRC: codice per il rilevamento degli errori

End of data, Acknowledge e End of frame: bit di chiusura della trama

Nel grafico sono rappresentate le condizioni nominali per cui la centralina riconosca la condizione di bus 1 e 0:

3,5 Volt per il CAN H

1,5 Volt per il CAN L

CAN H > CAN L + 2 Volt

Il CAN bus secondo il modello ISO-OSI

Facendo riferimento alla schematizzazione in livelli definita dall’ISO (International Standard Organization) col progetto OSI (Open System Interconnection), il CAN Bus implementa solamente il Physical Layer (Livello Fisico) e il Data Link Layer (Livello Data Link), ovvero i due livelli più bassi della pila ISO-OSI, per la comunicazione tra i dispositivi.

Il Physical Layer accetta e trasmette sequenze di bit senza far riferimento al loro significato o alla loro struttura, è compito del Data Link Layer creare e riconoscere i limiti dei pacchetti.

La comunicazione nei CAN Bus avviene tramite dispositivi intelligenti, ovvero sensori o attuatori in grado di produrre dati automaticamente per poi immetterli sulla linea. I sensori intelligenti, prima di inviare un dato, svolgono determinati compiti: amplificazione del piccolo segnale d’uscita dal sensore vero e proprio, traslazione del segnale in un range opportuno per la conversione analogico-digitale, elaborazione ed emissione dei dati sul bus.

Schema VeNICE su FIAT con protocollo CAN

Nodo Body Computer (NBC)

Il NBC è dotato di un microprocessore e componenti elettronici che hanno il compito di:

ricevere il segnale di comando degli interruttori - deviatori (plancia, devioguida ecc.)
attivare gli utilizzatori (indicatori di direzione, plafoniera ecc.)
acquisire, convertire e trasmettere valori sulla rete CAN (ABS, regime motore ecc.)
effettuare e gestire la diagnosi e trasmetterla sulla linea CAN

I segnali (analogici) in ingresso al NBC sono schermati e protetti da appositi filtri contro eventuali disturbi elettromagnetici che potrebbero causare anomalie al funzionamento del veicolo. I comandi agli attuatori sono affidati a moduli di potenza elettronici, oppure a relè in grado di eseguire contemporaneamente il comando ed il controllo della funzione.

L’avaria delle lampade, sopraccitate viene segnalata al quadro di bordo su rete CAN. Il NBC entra in funzione quando:

riceve il comando di apertura porta, dal trasmettitore o dalla porta
chiave di avviamento in posizione di MARCIA
consenso “risveglio” dal nodo allarme

Il NBC, quando le condizioni sopraccitate non sono attive, si mette in funzione di stand by (attesa), riducendo così il carico elettrico richiesto alla batteria.

Il NBC ha un’importanza fondamentale per il corretto funzionamento della vettura poiché ha il controllo quasi totale dei suoi apparati. Oltre ad attivare la rete con chiave di avviamento su marcia il NBC ha le seguenti funzioni di controllo:

Controllo dello stato di attività della rete
Controllo funzionale dei singoli nodi
Controllo di eventuali avarie della rete

In caso di avaria al NBC il compito di attivazione della rete viene affidato al NQS (Nodo Quadro Strumenti).

Il NBC gestisce in modo integrato una serie di funzioni e controlli relativi ad alcuni dispositivi:

Luci di posizione posteriore
Luci di stazionamento
Luci di arresto vettura (tranne terzo stop)
Luci retronebbia
Luci fendinebbia
Relè anabbaglianti e abbaglianti
Relè comando proiettori anabbaglianti attenuati
Temporizzatore del lunotto termico e relativa diagnosi
Comando indicatori e spie sul quadro di bordo

NBC (Nodo Body Computer)
Plancetta comandi
Devioguida
Modulo sirena allarme
Modulo sensori volumetrici
Centralina ABS
Sensori sistema ABS
NQS (Nodo Quadro Strumenti)
Centralina cambio automatico
NCM (Nodo controllo Motore)
Attuatori NCM
Sensori NCM
NGE (Nodo Guida Elettrica)
Sensori di coppia NGE
NRR (Nodo Radio – Radionavigatore)
NSD (Nodo strumento Diagnostico)
Rete VE.N.I.C.E.
Linea seriale

I nodi nell'automobile

NBC (Nodo Body Computer)
NQS (Nodo Quadro Strumenti)
NCM (Nodo controllo Motore)
NGE (Nodo Guida Elettrica)
NRR (Nodo Radio – Radionavigatore)
NSD (Nodo strumento Diagnostico)
Rete CAN-BUS

sensore olio Il sensore misura l'umidità relativa nell'olio con un elemento di misura capacitivo in un campo da 0 a 100 %. Con 0% l'olio è completamente privo di acqua. Con 100% invece il fluido è completamente saturo. Ulteriori quantità di acqua non si dissolvono e rimangono allo stato libero. Oltre all'umidità relativa il sensore trasmette anche la temperatura del fluido come segnale analogico.
Fari fendinebbia
8 Sensori + Cicalino Acustico I sensori segnalano oggetti, ostacoli, veicoli o pedoni che si trovano dietro
Plancetta comandi Range Evoque
Plancetta comandi Ranger Rover
SAMSUNG ARM2410A Strumento diagnostico dell'automobile
MULTI PEGASO Strumento diagnostico
centralina servosterzo
Navigatore Giulietta
Texa AXONE 4 mini AXONE 4 rappresenta quanto di meglio disponibile sul mercato in termini di performance, tecnologia e qualità costruttiva. Esso comunica con tutte le interfacce di diagnosi TEXA tramite Bluetooth e grazie anche alla connessione ad Internet consente l’accesso rapido ad una gamma di servizi indispensabili per arrivare prima alla soluzione del guasto assicurando una riparazione del veicolo a regola d’arte.
Sensore Coppia Servosterzo elettrico Fiat Punto
Autoradio 6.2 pollici FORD Focus Mondeo

navigatore
Fanali Posteriori A Led
Schema di collegamento fisico delle luci abbaglianti Il relè di comando luci abbaglianti viene attivato quando: • la chiave di avviamento è in posizione di marcia • l’interruttore luci di posizione è attivato • l’interruttore luci anabbaglianti / abbaglianti è attivato L’interruttore lampo luci può essere attivato senza limite di tempo purché la chiave sia su MARCIA.