OSV atelier bus mob-bi

Atelier Bus de communication - OSV

MobBI, une plateforme technologique au service des entreprises

Mobilité et Transports

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Bâtiments Intelligents

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Site internet : https://mobbi.univ-rennes1.fr Twitter : @MobBI_UR1

- Bretagne - Grand Ouest- National

Mutualisation de moyens matériels et humains d’établissements d’enseignement au service des entreprises pour favoriser et accompagner leurs projets en matière de R&D et d'Innovation et ainsi permettre leur

développement économique.

MobBI : Systèmes embarqués pour la Mobilité et les Bâtiments Intelligents

Ne pas diffuser sans autorisation préalable de la PFT MobBI – Contact : BLANCHARD Jérôme – [email protected]

https://mobbi.univ-rennes1.fr/

mailto:[email protected]

Le multiplexageL’intégration de fonctions multiples au sein d’un boitier : LE CALCULATEUR (ECU)

Par exemple… CMM : Calculateur moteur multifonctions (injection, allumage, dépollution, gestion du refroidissement, etc.) BVA : Boite de Vitesse Automatique BSI : Boitier de servitude intelligent qui centralise les informations issues des différents calculateurs et réseaux de la voiture.

Dans ce type de câblage TRADITIONNEL, les éléments émetteurset les éléments récepteurs sont toujours reliés par au moins unfil.

ECU : Electronic Control Unit

Le multiplexage consiste a faire circuler plusieurs informations entre diverséquipements sur un seul canal de transmission. Cette solution technologique estinspirée des réseaux informatiques :

Une simplification du câblage. Une possibilité d’enrichissement des fonctions. Une réduction du nombre de capteurs par le partage des informations.? La distance et la rapidité de communication.? L’environnement thermique et électrique.? La sécurité des échanges.

AVANT APRES

Overview d’une architecture EE* « générique » d’aujourd’hui

Source : In-Vehicle Networking / Freescale

*EE : Electrique Electronique

Architecture EE de l’Audi A8 (2010)

Source : http://www.forum-audi.com/topic-271-electricite-electronique-reseau-de-bord-de-l-audi-a8-d4.html

Architecture EE de référence : BMW I3-I8 (2012-2015)

Source : MobBI - MERCI Gilles !

Source : Citroen.fr/citroen-c5-tourer - Citroen.fr/citroen-c5-berline - Mazda3 - Renault/Trafic-fourgon

Le protocole LIN

Topologie MAITRE / ESCLAVELe maître contrôle le bus et scrute les esclaves afin qu'ils partagent leursdonnées sur le bus. Les esclaves ne fournissent des données que lorsqu'ils sontsollicités d'après une répartition définie des fenêtres temporelles allouées àchaque nœud du réseau.

Système déterministe; Idéal comme sous-réseau du CAN; Transmission de données sur un seul fil; Trame contenants jusqu’à 8 octets de données; Débit de communication très faible (19,2 Kbits/s max); Gestion des erreurs seulement sur demande du maitre; Non utilisable pour les communications évènementielles;Mauvaise gestion de la bande passante; Disponibilité du système (échec total si le maitre échoue); Possibles perturbations dues au transport des données sur un seul fil.

LIN (Local Interconnect network) est un protocole de communication créé pourla commande des éléments de confort (climatisation, vitres électriques, etc.)dans l'industrie automobile. Il se veut économique pour les constructeurs, tantlors de la conception du réseau que lors de son implantation dans le véhicule.

ISO 17987

Le protocole MOST

La fibre optique… Est insensible au interférences électromagnétiques; N'émet pas d'interférences; Offre un taux de transmission élevé; Ils peuvent être plus léger et flexible que certaines liaisons de données électriques blindés. Est un équipement plus coûteux; Les câbles de fibre optique ne doivent pas être pliés (risque de cassure);

Topologie en « anneau »Un « jeton » circule sur le réseau et seule la station qui possède le jetona le droit d'émettre.

MOST (Media Oriented Systems Transport) est un système de transmission de donnéesqui permet de réaliser un système d’infodivertissement complexe. 25 Mbit/s (MOST25) (fibre optique : POF) 50 Mbit/s (MOST50) (fibre optique ou paire torsadée) 150 Mbit/s (MOST150) (POF ou paire torsadée)

(support d’un canal Ethernet)

Cette technologie est utilisée dans les véhicules haut de gamme pour relier lessystèmes de télématique (communication entre le système mains-libres et l'autoradioou le lecteur DVD, navigation GPS, écrans de télévision, etc).

Quantité de câble nécessaire minimale Protocole simple, évite la gestion des collisions Retrait ou la panne d'une entité active paralyse le réseau. Difficile d'insérer une nouvelle station

Le protocole CAN

Topologie MULTI-MAITRESChaque calculateur présent sur le réseau a la possibilité de communiquer desinformations quand il le souhaite. Au niveau du CAN, il existe une prioritédans la trame qui permet de structurer les échanges.

SIEGES

ECLAIRAGE HABITACLE

CLIMATISATION

RADIO

TABLEAU DE BORD

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

RESEAU

LIAISON

PHYSIQUE

PLS : Physical SignalingCodage-Décodage des bits, Bit timing, Synchronisation

PMA : Physical Medium AccessCaractéristiques Emetteurs/Recepteurs

MDI : Medium Dependent InterfaceConnecteurs

LLC : Logic Link ControlFiltrage, Notification de suircharge, Gestion du recouvrement des données

MAC : Medium Access ControlEncapsulation, décapsulation des données, Codage des trames, Stuffing-Destuffing, Gestion de l’accès au médium, détection et signalisation des erreurs, Acquittement, Sérialisation, Désérialisation

CAN (Controller Area Network) est un protocole de communication d'abordcrée et utilisé dans le secteur de l'automobile, mais est actuellement déployédans la plupart des industries comme l'aéronautique, le nautisme, lesvéhicules lourds (camions et tracteurs), etc…, via des protocoles standardisésbasés sur le CAN.

Composants éprouvés et mise en œuvre « bon marché »;Médias robustes et détection d’erreur performante;Multi-maîtres : Pas de relation spécifiques entre les nœuds; Trame contenants jusqu’à 8 octets de données; Débit de transmission trop faible pour les applications à venir; Réseaux CAN de plus en plus surchargés; Impossibilité d’assurer des redondances de communications.

ISO 11898

Architecture et échanges sur les réseaux CAN :

Source : http://www.forum-audi.com/topic-271-electricite-electronique-reseau-de-bord-de-l-audi-a8-d4.html

Source : MobBI - BLANCHARD Jérôme

Quelques précisions sur le CANLe support de transmission utilise (souvent) deux fils de cuivre torsadés qui permettent :

De s’affranchir des champs électromagnétiques internes et externes (diaphonie). D’être immunisé contre les parasites extérieurs : mode différentiel. De transmettre des informations numériques avec une technologie simple et bon marché.

PERTURBATION SUR LES DEUX FILS (Rose et bleu)

Sur le différentiel, la perturbation disparait (Rose – Bleu = Diff) !

Deux types de transmission possibles:

Différentes constitutions de nœuds possibles:

CAN(paire torsadée)

… Du protocole

Débit numérique brut du CAN. Exigences des futurs champs d’applications. Reconstruire une philosophie technique.

… De distance et de souplesses topologiques

Temps de propagation imposés. CQFD Distance maximale imposée.

Le CAN et ses limites…

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… De possibilités de redondances topologiques

Impossibilité d’assurer des redondances de communications au niveau des couches physiques du CAN.

Impossibilité d’assurer des fonctions de type X-by-Wire ou encore sécuritaires.

… D’accès au medium en temps réel

CAN fortement orienté « Event Triggered ».

Temps de latences non maitrisés Philosophie « Time Triggered ». Voir TTCAN (2002 / R. Bosch).

… De transmission des données

Plus de marge de progression pour ajouter de nouvelles données. L’apparition de Gateway a ajouté des délais supplémentaires

entre les calculateurs. Le niveau de complexité avec plusieurs réseaux devient difficile à

appréhender (Conception/Validation). Le CAN n’est pas déterministe et ne permet donc pas de réaliser

de véritables fonctions X-By-Wire.

Solution « passagère » pour décharger un réseauLa solution la plus rapide à mettre en œuvre est d’ajouter des réseaux supplémentaires avec des passerelles :

ECU central ECU 1

ECU 2

ECU 3

ECU 4

ECU N

ECU A

ECU B

ECU C

ECU D

CAN 500 kbits/s

CAN 500 kbits/sCAN 250 kbits/s

...LIN...

Réseau de conception basique

Réseau avec des sous-réseaux

Nécessaire pour réduire la charge du réseau/busprincipal;

Peu cher (doit être moins cher que le bus principal); Basé sur une interface de transmission des données

existante; Souvent non compatible avec le bus principal.

Un sous réseau doit être une solution à long terme, assez simple d’implémentation et peu chère à mettre en œuvre.

Ou encore de créer des sous-réseaux :

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Besoin particulier : le X-by-WireRemplacement de commandes mécaniques par des commandes par systèmes électriques.

Existe depuis très longtemps dans l’aéronautique : les commandes des volets et des gouvernes ne sont plus réalisées mécaniquement mais par des moteurs électriques pilotés à l’aide de réseaux filaires.

Remplacement à terme des ressorts de suspension, barre antiroulis, colonne de direction, crémaillère de direction… dans les automobiles.

Nécessite que le bus utilisé soit déterministe car les informations seront « vitales », nécessite une vitesse de bus élevée car il y aura beaucoup d’informations à envoyer.

La possibilité de redondance des signaux est très appréciée dans les réseaux sécuritaire.

Avantages ?

Source : http://www.carscoops.com/2008/04/nissan-murano-ea2-drive-by-wire-concept.html

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Le protocole FLEXRAY

Médias redondants et détection d’erreur performante;Multi-maîtres : Pas de relation spécifiques entre les nœuds; Transfert « temps-réel » jusqu'à 10 Mbits/s des informations; Sécurité accrue en cas de défaillances; Jusqu'à 254 octets de données par trame; Déterminisme assuré (flux périodique et apériodique); Conception du réseau assez « lourde »; Technologie assez chère (véhicules haut de gamme).

FR D

EV

ICE

FR DEVICE FR DEVICE

FR D

EV

ICE

BP_Canal A

BM_Canal A10

0 Ω

10

0 Ω

BP_Canal B

BM_CanalB10

0 Ω

100

Ω

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

RESEAU

LIAISON

PHYSIQUE

Physical Signaling (PLS)- Bit Encoding/Decoding- Bit Time SynchronizationPhysical Medium attachment (PMA)- Driver/Receiver CharacteristicsMedia Dependant Interface (MDI)- Connectors

Logical Link Control (LLC)- Protocol Operation ControlMedium Access control(MAC)- Message Framing- Communication Cycle

FLEXRAY est un protocole de communication développé pour les besoinsspécifiques de l'automobile ou encore de l'aéronautique, notammentpour des applications nécessitant un flux de données important, untransfert des informations en quasi « temps-réel » ou encore pour desapplications de type X-By-Wire. Le déterminisme du FlexRay est gérédans la partie statique du cycle de communication :

ISO 17458

Topologie MULTI-MAITRESChaque calculateur présent sur le réseau a la possibilité decommuniquer des informations quand il le souhaite. Le FlexRay estapte a supporter l’utilisation de deux canaux de communication(A et B) mais rien n’indique leurs usages respectifs.

Source : http://www.bmw.com/com/en/insights/technology/technology_guide/articles/flex_ray.html

SEGMENT STATIQUE SEGMENT DYNAMIQUE

Cycle N

SEGMENT STATIQUE SEGMENT DYNAMIQUE

Cycle N + 1

temps

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Exemple d’évolution des besoins au fil des ans de la marque VolvoDe plus en plus d’échanges de données…

Pour de plus en plus d’assistances au conducteur…BACKBONE FlexRay

Source : http://itersnews.com/?p=10541

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Entre 2010 et 2014 : Premières discussions sur l’Ethernet dans l’automobile D’ici 2015 : Ethernet principalement dédié à l’assistance à la conduite et au multimédia embarqué. D’ici 2018-2020 : Backbone Ethernet dans les véhicules ?

L’Ethernet dans l’automobile ?

Source : http://www.automotiveworld.com/megatrends-articles/ethernet-fast-track-connected-car/

Les grandes lignes du BROADR-REACH Couche physique Ethernet 100Mbps Simple paire torsadée non blindée Deux fils remplacent quatre fils (dans les systèmes propriétaires) Réduction des couts Réduction du poids Conforme aux niveaux EMC dans l’automobile

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Prévision 2014 : Architecture EE d’ici 2020/25

Source : http://automotive.electronicspecifier.com/air-conditioning/real-time-automotive-ethernet17

Comparatif des principaux protocoles

Raspberry Pi

Shield CAN

INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES

Environnement open source

pour un kart électrique

Kart électrique

Objectif : à l’aide de moyens "Open source" - Implanter sur le kart différents modules, capteurs, actionneurs…- Développer les programmes d’acquisition et de commande sur Raspberry Pi et Arduino- Adapter l’environnement de développement pour une programmation temps réel

Arduino

D.LEVALOIS / A.BRUNO

30 sept 2015

CAN L

CAN H

CAN L

CAN H

CAN L

CAN H

Oscilloscope :Trame série CAN

Calculateur « Arrière du véhicule" BSM (Boitier de servitude Moteur)

Calculateur "tableau de bord"


L’environnement de développement

(Arduino / Raspberry Pi / Bus CAN)

Arduino Uno + shield CAN

Feux + vitesse + t° moteur


Luminosité + frein + distance

Arduino Uno + shield CAN + écran tactile

Calculateur "devant du véhicule"

BSI (Boitier de Servitude Intelligent) -> TEMPS REEL


Busmaster

PC


30 sept 2015


Programmation temps réel sur BSI:

OS trampoline Initiation sur légo nxt mindstorm

Processeur Arm7

Raspberry Pi B+Processeur Arm7


30 sept 2015


22/4

L’implantation sur le Kart


30 sept 2015

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