I Bus di comunicazione utilizzati nell’Automotive

Viste da sotto il cofano, le automobili dei nostri tempi sono molto diverse da quelle prodotte anche solo 30 anni fa e chi crede che l’elettronica riguardi solo l’auto elettrica, guardando bene dentro un’automobile a motore endotermico di ultima generazione arriverebbe a ricredersi. Infatti oggigiorno una parte della meccanica viene soppiantata dall’elettronica e sensori, attuatori e microcalcolatori sono distribuiti a bordo in grande quantità; diverranno ancor di più con il crescere dei livelli di assistenza alla guida definiti da quello che ormai conosciamo come ADAS.

Le ragioni dell’elettronica a bordo delle auto sono molteplici e pesano in varia misura: qualcuna è necessaria e dettata da ragioni di sicurezza, di ecologia ed economia, qualcun’altra da questioni di marketing.

La prima comparsa dell’elettronica a bordo delle auto si deve a due fattori: ottimizzazione del funzionamento del motore e miglioramento della vita di bordo. Vediamo coinvolta l’elettronica in questi campi:

– gestione motore, per ottimizzare i consumi e ridurre le emissioni inquinanti;

– gestione di trasmissione, sterzo e sospensioni, per accrescere il livello di sicurezza e guidabilità;

– automazione della climatizzazione e delle funzioni normalmente manuali (chiusura porte, alzavetri ecc.);

– realizzazione di sistemi di infotainment sempre più sofisticati;

– connessioni via rete mobile.

L’elettronica dei primi tempi, limitata essenzialmente alla gestione del motore e della vita a bordo, era stand-alone, nel senso che ogni sistema viveva di vita propria, funzionava in maniera specifica ed era confinato all’ambito per il quale era stato progettato. Al crescere della complessità dei sistemi è sorta l’esigenza di creare delle connessioni standard e soprattutto versatili ed espandibili, capaci sia di realizzare soluzioni scalabili (ad esempio per aggiungere sensori, attuatori e funzionalità) sia di integrare, all’occorrenza, i vari sottosistemi. Sono nati così i bus per automotive, che nelle loro formulazioni iniziali erano abbastanza semplici, ma che oggi sono approdati a vere e proprie reti informatiche: un esempio per tutti è la 100BASE-T1.

In questo articolo faremo una carrellata sui principali link utilizzati nell’automobile moderna conoscendone peculiarità, ambiti applicativi, passato, presente e sviluppi futuri.

Il CAN-Bus

Se si parla di link dati per l’automotive viene in mente prima di tutto il CAN-Bus, nato in casa Bosch per armonizzare i sistemi di gestione motore, i quali soprattutto per rispettare le sempre più stringenti normative ambientali sono cresciuti di complessità, al punto che la più elevata concentrazione di dispositivi elettronici in un’automobile è nel gruppo motopropulsore ed è lì per cercare di fare l’impossibile, ossia annullare le emissioni nocive dei motori endotermici, siano essi a ciclo Otto o a ciclo Diesel. Se pensiamo a come è complesso oggi un motore Diesel rispetto a solo 35 anni fa, ne abbiamo un’idea; infatti il motore Diesel base era puramente meccanico e non aveva impianto elettrico, il che, abbinato alle caratteristiche intrinseche di quel tipo di propulsore, lo rendeva nettamente più affidabile del motore a benzina. Oggi attorno a un motore Diesel c’è così tanta elettronica che non solo è diventato più complesso, ma anche meno affidabile: solo per migliorare la combustione si è passati dall’iniezione meccanica a quella elettronica common-rail o iniettore-pompa aggiungendo poi tutta una serie di sensori per rilevare i parametri operativi del motore (regime di giri, fase della distribuzione, istante di iniezione, temperatura combustibile e liquido di raffreddamento del motore, temperatura e volume d’aria aspirata) e attuatori per il controllo dell’iniezione, dell’aspirazione ecc. Per non tirare in ballo quelli riguardanti il contenimento delle emissioni inquinanti, che vanno dai sistemi per abbattere CO e CO2, a quelli per la riduzione degli NOx (EGR e catalizzatore a riduzione selettiva) e soprattutto del particolato.

Tornando sul CAN-Bus, anche noto come ISO 15765, è stato sviluppato nel 1986 ed è un bus seriale progettato per reti interne al veicolo; la comunicazione avviene su un doppino ritorto allo scopo di offrire un’alta immunità alle interferenze elettromagnetiche. In un veicolo possono essere presenti più istanze di CAN-Bus: per esempio il controllo dei finestrini e dei sedili è normalmente eseguito da un CAN a bassa velocità, mentre la gestione del motore ed il controllo dei freni richiedono un CAN ad alta velocità.

CAN è acronimo di Controlled Area Network e offre un data-rate tipico di 1 Mbps per distanze fino a 40 m; le evoluzioni subite dal CAN-Bus hanno portato a migliorie in fatto di data-rate e oggi abbiamo anche CAN FD (che opera fino a 5 Mbps) e CAN Partial Networking. Sul piano fisico, il CAN-Bus sfrutta un link seriale a due fili riferiti a massa, quindi una linea differenziale che come livello dei segnali è un RS485 (Fig. 1); è proprio questo che conferisce immunità nei confronti dei disturbi, inevitabilmente presenti a bordo degli autoveicoli.

Figura 1

Il CAN è un bus che viene impiegato nella comunicazione tra la ECU e le altre centraline di bordo, come ad esempio quelle dell’ESP e dell’ABS, il body computer (BSI), le centraline di governo del cambio automatico e del servosterzo elettroidraulico (GEP) o elettrico.

ATTENZIONE: quello che hai appena letto è un estratto dell'articolo. Per continuare la lettura registrati oppure effettua l'accesso.

Post correlati

Commenta questo articolo