Che cos'è un bus CAN e che ruolo svolge nei sistemi automobilistici?

Jul 20, 2023

Un veicolo moderno può avere a bordo più di 70 computer. Ecco come questi sistemi comunicano tra loro.

Sei salito in macchina, hai premuto il pulsante di avvio e il motore ha preso vita in un attimo, ma come ha fatto la tua macchina a decidere se doveva avviarsi o meno?

Ebbene, per far partire l'auto, diverse antenne e centraline elettroniche comunicavano con il portachiavi. Il protocollo Controller Area Network (CAN) garantisce che la comunicazione tra il portachiavi, le antenne e le ECU avvenga in modo appropriato all'interno della tua auto.

Allora, cos'è il protocollo CAN e come aiuta i dispositivi sui sistemi del tuo veicolo a lavorare insieme? Bene, scopriamolo.

In passato, le auto non avevano molta elettronica. Infatti, se volevi avviare il tuo veicolo agli inizi del 1900, dovevi scendere dal veicolo e avviare il motore a mano.

Le auto di oggi, al contrario, sono dotate di numerosi sensori elettronici e dispositivi elettronici monitorano tutto, dalla temperatura dell'abitacolo ai giri dell'albero motore.

Detto questo, i dati ricevuti da questi sensori non hanno alcun valore finché non vengono elaborati. Questa elaborazione dei dati viene eseguita da dispositivi informatici noti come unità di controllo elettronico (ECU).

A differenza di un computer con una sola CPU, un’auto è dotata di diverse ECU, ciascuna delle quali è responsabile dell’esecuzione di un compito particolare. Sebbene queste ECU possano eseguire un singolo compito in modo efficiente, devono lavorare insieme per garantire che funzionalità come ABS ed ESC funzionino correttamente.

Per questo motivo, tutte le centraline di un'auto devono essere collegate. Si potrebbe utilizzare una topologia punto-punto per effettuare queste connessioni, in cui ciascuna ECU è collegata direttamente a ogni altra ECU. Tuttavia, questa architettura renderebbe il sistema complesso. Infatti, un veicolo moderno ha oltre 70 ECU e collegarle in modo uno a uno aumenterebbe esponenzialmente il peso del cablaggio.

Per risolvere questo problema, Bosch, insieme a Mercedes-Benz e Intel, ha creato nel 1986 il protocollo Controller Area Network. Questo protocollo consente alle ECU di comunicare tra loro utilizzando un bus dati condiviso noto come bus CAN.

Il protocollo CAN è una metodologia di comunicazione basata su messaggi che si basa su una serie di cavi a doppino intrecciato per la trasmissione dei dati. Questi cavi sono conosciuti come CAN alto e CAN basso.

Per consentire la trasmissione dei dati su questi cavi, i loro livelli di tensione vengono modificati. Questi cambiamenti nei livelli di tensione vengono poi tradotti in livelli logici che consentono alle ECU di un'auto di comunicare tra loro.

Per la trasmissione dell'uno logico sul bus CAN, la tensione di entrambe le linee è impostata su 2,5 volt. Questo stato è noto anche come stato recessivo, il che significa che il bus CAN è disponibile per l'uso da qualsiasi ECU.

Al contrario, lo 0 logico viene trasmesso sul bus CAN quando la linea CAN high è a una tensione di 3,5 volt e la linea CAN low è a 1,5 volt. Questo stato del bus è noto anche come stato dominante, che comunica a ogni ECU del sistema che un'altra ECU sta trasmettendo, quindi dovrebbero attendere fino al termine della trasmissione prima di iniziare a trasmettere il messaggio.

Per consentire queste variazioni di tensione, le centraline dell'auto sono collegate al bus CAN tramite un ricetrasmettitore CAN e un controller CAN. Il ricetrasmettitore è responsabile della conversione dei livelli di tensione sul bus CAN a livelli comprensibili dall'ECU. Il controller, invece, viene utilizzato per gestire i dati ricevuti e garantire che i requisiti del protocollo siano soddisfatti.

Tutte queste ECU collegate al bus CAN possono trasmettere dati sul cavo intrecciato, ma c'è un problema, solo il messaggio con la priorità più alta può essere trasmesso sul bus CAN. Per capire come una ECU trasmette i dati sul bus CAN, dobbiamo comprendere la struttura dei messaggi del protocollo CAN.

Ogni volta che due ECU vogliono comunicare, sul bus CAN vengono trasmessi messaggi con la struttura seguente.

Questi messaggi vengono trasferiti modificando i livelli di tensione sul bus CAN e il design a doppino intrecciato dei cavi CAN impedisce la corruzione dei dati durante la trasmissione.