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Olga Weis
Ultimo aggiornamento Dec 13, 2022
L'acronimo CAN sta per Controller Area Network. I CAN vengono utilizzati per stabilire la comunicazione tra i microcontrollori in una rete o in un bus. I CAN sono paragonabili a Ethernet o LAN che forniscono un metodo standard per la comunicazione da computer a computer.
Una CAN offre un metodo semplificato per fornire controlli elettronici sui sistemi utilizzati in precedenza. L'implementazione di un bus CAN consente ai produttori di automobili di ridurre notevolmente la quantità di cablaggio in ogni automobile.
La linea principale chiamata "dorsale" costituisce la base di un sistema bus CAN. La dorsale collega tutti i microcontrollori in un veicolo e fornisce informazioni a un controller primario centralizzato responsabile del monitoraggio di tutti i sistemi elettronici. Questa configurazione semplifica l'identificazione di potenziali guasti e indagare e risolvere un errore senza interrogare più sottosistemi posizionati in un'automobile.
Un sistema bus CAN riduce al minimo i possibili punti di errore e consolida la comunicazione inviando i dati su un'unica linea. Elimina qualsiasi preoccupazione per più errori di connessione che causano problemi difficili da identificare. La maggiore ridondanza di un bus CAN migliora l'affidabilità consentendo al sistema principale di rimanere operativo anche in caso di guasto dei sottosistemi. Questa ridondanza era impossibile da implementare con controller discreti.
Una linea bus CAN è costruita utilizzando un doppino intrecciato di fili con un resistore di terminazione da 120 ohm su ciascuna estremità. Un filo è designato come CAN High mentre l'altro è denominato CAN low. Tutti i dispositivi collegati al bus sono noti come unità di controllo elettronico (ECU) o nodi.
Le ECU possono svolgere una varietà di ruoli in un sistema bus CAN automobilistico. I nodi possono fungere da unità di controllo per il motore, i fari, il condizionatore d'aria, gli airbag e altri sistemi necessari per il funzionamento del veicolo. Le auto moderne possono avere fino a 70 ECU che devono trasmettere e condividere dati con altri nodi.
Ogni nodo è costituito almeno da un controller CAN e da un microcontrollore integrato. I dati digitali vengono convertiti in messaggi sul bus dal controller CAN. Il controller CAN accetta le informazioni, le traduce e le invia a un altro controller CAN.
Il microcontrollore integrato elabora i dati ed esegue attività come accendere una luce all'interno dell'auto o abbassare un finestrino. I microcontrollori possono controllare il flusso di informazioni al cruscotto in risposta a un messaggio generato dal controller CAN.
Questi due diagrammi illustrano come i nodi comunicano tra loro e scambiano dati con e senza il protocollo CAN e il sistema bus CAN.
Quando si utilizza il bus CAN, una singola ECU può trasmettere dati a tutte le altre ECU collegate al sistema. Queste centraline possono rivedere le informazioni e scegliere di riceverle o ignorarle.
Un bus CAN consente la comunicazione utilizzando due fili: CAN low (CAN L) e CAN high (CAN H). Il livello di collegamento dati del bus CAN è descritto da ISO 11898-1 con il livello fisico descritto da ISO 11898-2.
Il livello fisico di un bus CAN è composto da cavi, impedenza dei cavi, livelli di segnale elettrico, requisiti dei nodi e altri elementi necessari per il funzionamento della rete.
ISO 11898-2 descrive le specifiche per elementi nel livello fisico come la lunghezza del cavo, la terminazione del cavo e la velocità di trasmissione. Di seguito sono riportati alcuni esempi di queste specifiche.
🔹 Ogni estremità del bus CAN deve essere terminata con un resistore del bus CAN da 120 Ohm
🔹 I nodi CAN richiedono connessioni tramite due fili con baud rate fino a 1 Mbit/s (CAN) o 5 Mbit/s (CAN FD)
🔹 La lunghezza del cavo per un bus CAN può essere di 40 metri a 1 Mbit/s o di 500 metri a 125 Kbit/s
È possibile implementare diversi tipi di reti con un bus CAN.
🔹 Il bus CAN a bassa velocità è anche chiamato CAN con tolleranza ai guasti.
🔹 Ogni nodo ha una terminazione CAN
🔹 Il bus CAN a bassa velocità supporta velocità di trasmissione comprese tra 40 e 125 Kbit/s
🔹 La comunicazione può continuare anche se c'è un guasto in uno dei cavi
🔹 La chiamata semplice è una caratteristica di un bus CAN ad alta velocità
🔹 Questo tipo di rete è quello più comunemente utilizzato dalle odierne case automobilistiche
🔹 Sono supportate velocità di trasmissione comprese tra 40 Kbit/s e 1 Mbit/s
🔹 Il bus CAN ad alta velocità costituisce la base di protocolli di livello superiore come CANopen, j1939 e OBD2
🔹 Un bus LIN è un'alternativa a basso costo che impiega meno cablaggi
🔹 I nodi meno costosi vengono utilizzati in un bus LIN
🔹 La rete fornisce funzionalità per le serrature delle porte e l'aria condizionata
🔹 La configurazione di rete è tipicamente composta da un bus master LIN che funge da gateway per un massimo di 16 nodi slave
🔹 I CAN FD sono implementati nei veicoli ad alte prestazioni
🔹 Il protocollo CAN FD è un'estensione del protocollo CAN originale ed è stato rilasciato da Bosch nel 2012 per soddisfare la necessità di aumentare la velocità di trasferimento dei dati
🔹 Automotive Ethernet supporta velocità di trasferimento dati più elevate rispetto a un bus CAN
🔹 Questa rete non ha le caratteristiche di sicurezza di CAN e CAN FD
🔹 L'industria automobilistica sta adottando questa rete e sarà implementata nelle auto e nei camion moderni.
🔹 L'ethernet automobilistico supporta la maggiore larghezza di banda necessaria per implementare sistemi come telecamere di bordo, sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS), un sistema di gestione della flotta e altre funzionalità che richiedono il trasferimento di dati ad alta velocità
L'implementazione della tecnologia CAN bus consente ai produttori di automobili di implementare protocolli di diagnostica integrata. Questi protocolli offrono codici di problemi standardizzati che i meccanici possono facilmente interpretare per la risoluzione dei problemi. Le porte dati nel bus CAN vengono utilizzate per introdurre aggiornamenti software nei sistemi e nei computer di bordo.
Alcuni protocolli popolari utilizzati per fornire funzionalità automobilistiche avanzate includono:
🔹 Diagnostica di bordo OBD-II (OBD, ISO 15765) fornisce ai meccanici funzioni diagnostiche e di segnalazione per risparmiare tempo durante l'identificazione dei problemi del veicolo
🔹 J1939 è la rete standard per veicoli pesanti come camion e autobus
🔹 CAN FD estende il livello di collegamento dati CAN originale e consente un carico utile maggiore da 8 a 64 byte. Può anche fornire velocità in bit più elevate in base al ricetrasmettitore CAN utilizzato
🔹 CANopen è implementato in applicazioni che presentano controlli integrati come le strutture di automazione industriale
Il protocollo CAN bus rimarrà importante nei prossimi anni. Tuttavia, le seguenti principali tendenze lo influenzeranno direttamente:
🔹 Il crescente utilizzo di veicoli autonomi/auto a guida autonoma
🔹 Crescente necessità di funzionalità del veicolo più avanzate
🔹 Sviluppo di tecnologie cloud più avanzate, come sistemi di gestione della flotta basati su cloud
🔹 Crescente integrazione dell'Internet of Things (IoT) e dei veicoli connessi
Vale anche la pena notare che il miglioramento della tecnologia da veicolo a rete (V2N) e si prevede che il cloud computing farà crescere rapidamente la telematica. Questa crescita include anche i dispositivi IoT come i registratori CAN IoT.
