La comunicazione e il trasferimento dei dati tra ogni parte funzionante di un sistema del veicolo è fondamentale per una funzionalità ottimale e una corretta gestione e monitoraggio di queste parti. È qui che entrano in gioco i protocolli CAN Bus. Questi protocolli sono specializzati nella comunicazione interna tra i vari componenti di un veicolo.
Ogni veicolo ha numerosi dispositivi, microcontrollori, sistemi, sottosistemi e parti funzionanti che lavorano tutti insieme per far funzionare correttamente il veicolo. Ciascuno di questi sistemi funziona indipendentemente o in combinazione con altri sistemi, ma un fattore comune tra loro è la comunicazione.
Ma come funzionano esattamente per influenzare la comunicazione all'interno del veicolo?
In questo articolo, forniremo un'immersione semplice ma profonda nei concetti dei protocolli CAN Bus in un veicolo.
Cos'è un bus CAN?
CAN Bus, che è l'abbreviazione di Controller Area Network Bus, è un sistema bus basato sulla comunicazione progettato per facilitare la trasmissione dei dati e la comunicazione tra dispositivi e microcontrollori indipendentemente da un computer host. In poche parole, è un protocollo basato su messaggi che consente a vari sistemi più piccoli all'interno di un veicolo di comunicare senza connessioni fisiche o cablaggi.
Il bus CAN può essere progettato per gestire un'ampia gamma di microcontrollori e dispositivi in modo così dinamico che durante il trasferimento dati attivo, il dispositivo con la priorità più alta può trasmettere i dati per primo mentre gli altri vengono trasmessi in sequenza.
Un bus CAN è un'opzione preferibile utilizzata dagli ingegneri del veicolo per diversi motivi. Uno di questi motivi è che un bus CAN comunica i dati in tempo reale, è altamente affidabile ed è molto efficace nel trasferimento dei dati.
Ma CAN Bus non è l'unica opzione, puoi saperne di più su altro tipi di sistemi di comunicazione. Ora diamo un'occhiata ai sottoprotocolli.
Cos'è un sistema CAN Open?
CAN Bus è un protocollo di sistemi di comunicazione dinamici che ha molti sottoprotocolli basati su di esso, uno dei protocolli principali è CAN Open.
CANopen è un protocollo applicativo basato su un sistema CAN Bus che consente di applicare efficacemente il protocollo CAN a un'ampia varietà di applicazioni. Attualmente è uno dei sottoprotocolli di comunicazione più standard utilizzati dagli ingegneri per diverse applicazioni nei veicoli elettrici e in altre macchine.
Cos'è un protocollo CAN J1939?
CAN J1939 è responsabile della trasmissione seriale dei dati e della comunicazione tra dispositivi, sistemi e componenti del veicolo più piccoli. CAN J1939 sta ancora guadagnando popolarità con il suo utilizzo nei moderni veicoli elettrici e automobili.
Cos'è un protocollo CAN 2.0B?
D'altra parte, CAN 2.0B è semplicemente un formato molto più ampio di comunicazioni CAN Bus ed è un miglioramento del formato CAN 2.0A originale.
Il formato CAN 2.0B utilizza identificatori a 29 bit nelle comunicazioni dati rispetto all'identificatore standard a 11 bit utilizzato nel modello 2.0A. Può utilizzare sia identificatori a 11 bit che a 29 bit ed è molto più avanzato consentendo comunicazioni di dati compatibili tra microsistemi in un veicolo.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di un Can Bus?
Proprio come ogni componente di un veicolo o di qualsiasi macchina, il CAN Bus ha i suoi vantaggi e svantaggi che entrano in gioco per influenzare le prestazioni complessive del veicolo.
Vantaggi del bus CAN
- Comunicazione ad alta velocità: Un protocollo CAN Bus facilita la comunicazione ad alta velocità e il trasferimento dei dati tra vari componenti e dispositivi all'interno del veicolo. Tutti questi componenti devono lavorare e comunicare simultaneamente affinché il veicolo funzioni correttamente e con l'aiuto di un bus CAN, questa comunicazione viene effettuata a una velocità eccezionalmente elevata.
- Low Cost: Con l'avvento del bus CAN, non c'è bisogno di cablaggi robusti e quindi non c'è bisogno di acquistare cavi con una frazione del costo necessario per costruire e incorporare un CAN.
- Basso peso: Un protocollo CAN utilizza la comunicazione di rete per facilitare il trasferimento dei dati tra i componenti del veicolo e quindi non richiede molte connessioni cablate.
- Sistema di protocollo automatico: Come protocollo software, CAN Bus non solo facilita il trasferimento e la comunicazione dei dati attraverso la rete, ma utilizza anche un alto livello di smistamento e ritrasmissione dei messaggi tra componenti e sistemi. Un protocollo CAN come CANopen può dare la priorità al trasferimento di messaggi e dati e, nel caso di settimane, può ritrasmettere messaggi ritardati.
Svantaggi del bus CAN
- Costi elevati di manutenzione del software: CAN Bus è un protocollo molto tecnico e per quanto efficiente possa essere nella comunicazione interna, è altrettanto tecnico da mantenere. Richiede servizi specialistici per mantenere il protocollo e mantenerlo funzionale e questi servizi specialistici sono rari e costosi da ottenere.
- Errori di segnale occasionali: Proprio come ogni altro protocollo e programma software, CAN Bus è soggetto alla possibilità di errori e problemi di comunicazione. Ciò può influire notevolmente sulle prestazioni complessive del veicolo poiché i messaggi e i segnali vitali dai componenti potrebbero non essere inviati o ricevuti dalle parti necessarie.
Quali sono le applicazioni di un bus CAN?
I protocolli CAN Bus e CANopen sono stati utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, soprattutto in veicoli e macchine dotati di numerose unità e sistemi di controllo. Ciascuna di queste unità di controllo e sottosistemi costituisce unità più grandi o funziona in modo indipendente, ma deve comunque essere in costante comunicazione tra loro affinché il veicolo funzioni correttamente.
I sistemi includono sistemi frenanti, guida autonoma, airbag, sistemi avanzati di assistenza alla guida, sterzo, sistemi audio, ricarica, BMS per batterie, ecc. Queste comunicazioni facilitate dai protocolli CAN Bus e CANopen favoriscono un elevato livello di coordinamento, sicurezza, costo e riduzione materiale.
Alcuni esempi di sistemi che utilizzano i protocolli CAN Bus in un veicolo includono:
1. Sistema di gestione della batteria (BMS): Il pacco batteria dei veicoli elettrici è la fonte di energia che spinge il veicolo in avanti e questo sistema di batterie è in uno stato costante di trasferimento di energia e deve essere monitorato. È qui che entra in gioco il BMS, poiché è progettato per gestire, mantenere e regolare le attività dei pacchi batteria per prestazioni ottimali.
Il sistema di gestione della batteria, invece, è progettato sulla base dei protocolli CAN Bus poiché è coinvolto in molteplici aspetti dello stato della batteria e deve essere in costante comunicazione con i suoi componenti e con il computer centrale che gestisce il veicolo.
Un sistema di gestione della batteria basato su protocolli CAN Bus aiuta a gestire la funzionalità di ogni cella della batteria contenuta nel pacco batteria. Il sistema di gestione della batteria monitora aspetti della batteria come tensione, corrente, stato di carica (SOC), stato di salute (SOH), autonomia offerta dalla batteria, temperatura della batteria e una serie di altri parametri.
2. Sistema frenante elettrico: Il CAN Bus è integrato nel sistema frenante di un veicolo elettrico in modo tale da monitorare l'efficienza, la qualità e lo stato dei freni, comunicando tali informazioni al computer centrale affinché il conducente possa leggerle. Queste comunicazioni dicono al conducente quanta potenza viene applicata e in che modo questo trasferimento di potenza influisce sull'intero sistema.
3. Sistemi di parcheggio a guida autonoma: Le numerose telecamere e sensori richiesti e utilizzati da un'auto elettrica per la guida autonoma e il parcheggio devono essere in costante comunicazione.
4. Avvio e arresto automatici: Le funzionalità di avvio automatico in un veicolo elettrico richiedono la comunicazione con quasi tutti i sottosistemi del veicolo, inclusi sistemi come lo sterzo a batteria, i sensori di velocità, l'aria condizionata e molto altro.
Le batterie intelligenti come le batterie agli ioni di litio funzionano molto meglio con la velocità di trasmissione e i segnali di controllo di un protocollo CAN Bus per garantire la stabilità del veicolo molto meglio rispetto ad altre batterie come le batterie al piombo.
Perché hai bisogno di un bus CAN?
Un bus CAN è una parte essenziale dei veicoli moderni, in particolare dei veicoli elettrici che hanno molte parti elettriche che devono essere in costante comunicazione tra loro per prestazioni ottimali.
È inoltre essenziale nel monitoraggio del pacco batterie di un veicolo elettrico attraverso l'utilizzo di un dispositivo BMS dedicato basato sui protocolli CAN Bus. Il bus CAN ha anche ridotto la necessità di cablaggi rigidi eccessivi consentendo un unico cavo dedicato che collega tutti i microcontrollori e i dispositivi.
Puoi sostituire un bus CAN?
In poche parole, sì, un bus CAN può essere sostituito. Essendo un autobus con cablaggio fisico, può essere acquistato e sostituito in caso di danneggiamento del modello originale. Il nuovo bus CAN deve soddisfare i requisiti del bus che sta sostituendo per garantire che possa svolgere le funzioni e le operazioni del bus originale.
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