Les réseaux de communications d informations, le protocole CAN. Le multiplexage automobile.

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1 Les réseaux de communications d informations, le protocole CAN. Le multiplexage automobile. 1] introduction. Actuellement la plupart des fonctions d une automobile sont gérées par des systèmes automatisés, pilotés par des calculateurs électroniques, qui nécessitent l acquisition d une multitude d informations liées à la fonction, aux conditions extérieures et aux souhaits du conducteur et des passagers. Les constructeurs automobiles, dans le but de permettre les échanges d informations entre les diverses fonctions utilisent la technique du multiplexage. Le multiplexage est une technique qui consiste à faire passer plusieurs informations à travers un seul support de transmission. Elle permet de partager une même ressource entre plusieurs utilisateurs. Le multiplexage automobile sera le support qui va nous permettre d étudier le protocole de dialogue CAN, qui est au programme du Bac STI DD. 2] Le multiplexage automobile, mise en situation. Un véhicule automobile peut être décomposé en plusieurs blocs fonctionnels : - Fonction «propulser l ensemble» : moteur, boite de vitesse, transmission, roues - Fonction «diriger et freiner le véhicule» : frein, trains roulants, suspension, roues - Fonction «assurer le confort et la sécurité des passagers et des marchandises» : carrosserie, habillages intérieur, airs bags, suspension, ESP - Fonction «communiquer avec le réseau routier» : éclairage, avertisseur, GPS, radio 1/8

2 Pour réaliser ces différentes fonctions se sont plusieurs centaines d informations qui sont captées puis traitées dans les nombreux «calculateurs» présents sur une voiture. Exemple mesure de la vitesse du véhicule. Qui à besoin de l information vitesse du véhicule? - le conducteur pour respecter les limitations compteur sur le tableau de bord. - Le régulateur de vitesse. - le système de freinage, et notamment le système ABS (antiblocage des roues). - la suspension : en fonction de la vitesse le réglage de l amortissement sera différent. vitesse important : suspension «dure» vitesse faible suspension «souple». - le moteur, pour déterminer précisément les conditions de roulage et réaliser les réglages nécessaires (allumage, dosage du carburant, etc...) Comment est elle mesurée? C est le système de freinage qui se charge de capter et de traiter l information. 1 : calculateur ABS 2 : capteurs avant 3 : capteurs arrière 7 : cible avant 8 : cible arrière - un capteur sur chaque roue mesure et transmet au calculateur un signal électrique portant l information «vitesse de la roue» - le calculateur traite les informations électrique et en déduit 5 informations : la vitesse de chacune des 4 roues (utile pour contrôler la stabilité du véhicule) la vitesse du véhicule (moyenne des 4 roues) Le calculateur de freinage doit maintenant mettre l information «vitesse du véhicule» à la disposition des autres calculateurs. 2/8

3 3] Organisation «multiplexé» d un véhicule automobile. Un véhicule est généralement équipé de plusieurs réseaux multiplexés indépendants. Physiquement un réseau c est un ou plusieurs fils qui véhiculent les informations d un calculateur aux autre. Exemple : Organisation multiplexé Citroën C5 ou Peugeot 607 3/8

4 Le choix du constructeur à porté ici sur 4 réseaux distincts, fonctionnant chacun avec un matériel et un protocole (programme de gestion) spécifiques. Protocole CAN : Ce réseau est appelé «inter système», il regroupe les calculateurs suivants : «gestion moteur», «freinage», «suspension» «boite de vitesse automatique» Ce réseau fonctionne selon un protocole «CAN» (contrôler area network). C est un protocole utilisé dans tous les domaines de l industrie. Les informations circulent sur ce réseau à une vitesse rapide : bits par seconde pour la version ancienne et de bits par seconde pour la plus récente. Ce type de réseau est dit «multi maitres» il n y a pas un calculateur en particulier qui gère le réseau, chaque calculateur parle lorsque il le souhaite. Protocole VAN : Ce véhicule comporte 3 autres réseaux fonctionnant sous protocole VAN (véhicle area network) spécifique à l automobile. Ce type de protocole tant à disparaître au profit du CAN. Il est beaucoup plus lent que le CAN ( bits/seconde) il est du type maitre esclave, c'està-dire qu un calculateur est chargé de la gestion du réseau. - Réseau «confort» il relie : le combiné d instrument, la radio, la climatisation, le GPS. Réseau «carrosserie 1» il comporte les airbags et les pré-tensioneurs des ceintures. Il comporte peu de calculateurs pour assurer une communication rapide. - Réseau «carrosserie 2» il relie tous les ouvrants ainsi que l additif de carburant. Comment communiquer les informations d un réseau à l autre? Un calculateur «passerelle», appelé ici BSI est chargé de permettre les communications entre les 4 réseaux. La passerelle (BSI) sert d interprète entre les différents réseaux qui ne parle pas tous le même langage. Reprenons l exemple de l information vitesse du véhicule : Voir le schéma électrique de la page suivante. - l information est collectée par le calculateur ABS - elle est mise à la disposition du moteur, des suspensions et de la boite de vitesse par le réseau CAN constitué de 2 fils, (en gras sur le schéma page suivante). - Le tableau de bord doit également obtenir cette information : o Elle est traduite en langage VAN par le BSI o Le BSI met l information à disposition du réseau VAN «confort» o Le réseau VAN «confort» transmet l information au compteur. Sur le schéma de la page suivante, repasser en couleur le chemin suivi par l information vitesse véhicule. 4/8

5 Schéma électrique de l organisation multiplexé de la : calculateur de suspension 7020 : calculateur freinage 0004 : afficheur 1630 : calculateur boite de vitesse 1220 : capteur de température moteur C001 : prise diagnostic 1320 : calculateur moteur BB00 : batterie BM34 : boite à fusible CA00 : clé de contact 4010 : capteur de niveau d eau MC : masse batterie Traits gras : réseaux multiplexés traits fins : circuits filaire classiques. 5/8

6 4] Le protocole CAN. Organisation structurelle du réseau. - Chaque calculateur du réseau doit être équipé d entrée et de sortie spécifique permettant de dialoguer en langage CAN. - Le réseau est constitué de 2 fils, appelés CAN H (High) et CAN L (Low). - Les stations (calculateurs) sont branchées en parallèle. Le schéma de la page précédente pourrait laisser penser à un montage en série, mais les épissures existent à l intérieur des stations. - le multiplexage CAN est de type «temporel». Il fonctionne comme un commutateur, chaque signal est commuté à tour de rôle à grande fréquence. (les informations circulent les unes après les autres contrairement à un multiplexage «fréquentiel» ou plusieurs informations circulent simultanément. Codage des informations. Les différentes informations circulent en codage de type binaire : 0 ou 1 Exemple : codage en binaire de l information «position pédale d accélérateur» Lorsque on appui sur la pédale d accélérateur d une voiture, on agit sur un capteur de type potentiomètre. La position est exprimée en pourcentage : Aucune action sur la pédale : 0 % pied à fond : 100 % On souhaite mesurer la position de la pédale à 1 % prés, soit 101 valeurs à mesurer. A une position de la pédale correspond une valeur de tension qui sera codée par une valeur binaire. En binaire naturel 101 s écrit : soit un codage sur 7 bits. Etat logique Pour transmettre cette information on utilise un bus série : chaque bit qui constitue le mot binaire, image de l info est transmis à intervalles de temps réguliers, cadencés par une horloge interne à chaque station. La fréquence de transfert des informations est F = 1 / T F / fréquence en bits / seconde T : période du signal en seconde (T = t1-to sur le schéma ci-dessus) Temps 6/8

7 Exemple : si T = 1 micro seconde, déterminez la fréquence de transfert des informations. F= 1/T soit F= 1/0, F= Hz soit bits/seconde soit de Bauds Prise de parole d une station sur le réseau. 7/8

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Le multiplexage. Sommaire

Le multiplexage. Sommaire Sommaire Table des matières 1- GENERALITES... 2 1-1 Introduction... 2 1-2 Multiplexage... 4 1-3 Transmission numérique... 5 2- LA NUMERATION HEXADECIMALE Base 16... 8 3- ARCHITECTURE ET PROTOCOLE DES RESEAUX...

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