Quando nei primi anni novanta le tecniche di multiplexing cominciarono a essere usate nella produzione automobilistica di serie, esse introducevano nelle reti a bordo auto la possibilità di governare un crescente numero di Electronic Control Unit, soddisfacendo l’incalzante esigenza di ridurre il peso e la complessità dei cablaggi tradizionali. Da allora si sono evoluti svariati nuovi standard per reti automotive.
Il più importante per le automobili è il bus CAN (Controlled Area Network) che, peraltro, si è rapidamente diffuso anche in numerosi altri segmenti di mercato. La versione CAN 2.0 è entrata nell’auto nel 1992 e si è solidamente affermata, ma tutt’oggi chi l’utilizza non osa spingerne le prestazioni alla massima velocità dati di 1 Mbit al secondo, temendo le difficili condizioni elettromagnetiche ambientali.
Progettato da oltre una decade, il bus a bassa velocità LIN (Local Interconnect Network) è usato per lo più per l’interconnessione fra sensori e attuatori d’intelligenza limitata, gestibili da un sistema di controllo centralizzato, nel quale il master di ogni cluster LIN lavora come se fosse il gateway di una rete di bus multipli a velocità più elevata.
In soli quattro anni, LIN è cresciuto molto dalla sua primordiale implementazione del 2001 che aveva appena due nodi, per arrivare alle versioni più moderne del 2005 come quella a bordo delle DaimlerChrysler S-Class, formata da nove sistemi LIN che collegano fino a 29 nodi.
Cosa c’è di nuovo?
Per interconnettere le unità di controllo che si trovano a bordo auto è necessaria una banda reale che va oltre le potenzialità delle reti LIN e CAN. Le emergenti funzionalità richiedono velocità di trasferimento dati deterministiche. Nell’anno 2000 è stato fondato il consorzio FlexRay che ha pubblicato le sue specifiche finali dopo cinque anni. Grazie a questo lavoro, il protocollo di comunicazione FlexRay 2.1 è stato messo a punto non solo per trasferire i dati nelle infrastrutture automotive alla velocità deterministica di 10 Mbit al secondo, ma anche per permettere di creare sistemi automotive distribuiti immuni dai guasti. Invero, si tratta di ingredienti essenziali per permettere l’integrazione delle informazioni acquisite dai sensori applicati in auto sugli apparati elettronici e sui sistemi di sicurezza, condizione indispensabile per sviluppare sistemi di sicurezza attiva realmente efficaci. FlexRay ha tutte le carte in regola per diventare, come CAN, una funzionalità standard nei microcontrollori per automobile.
Alcuni standard di multiplessaggio più specializzati, come IEBus, J1850, D2B, WAN e IDB-1394, non hanno molte chance di restare a lungo a bordo auto. Il bus MOST introdotto nel 1998 non ha mantenuto l’originaria promessa di diventare un mezzo di comunicazione economico per le applicazioni d’infotainment, a causa dell’assenza di uno standard realmente aperto che potesse permetterne la sperimentazione completa.
Riguardo alle reti senza fili, qualunque nuovo standard consumer può essere candidato a sostituire le reti cablate a bordo auto. Bluetooth è oggi usato soprattutto per telefonare in auto senza mani, ma nulla di più. Ultra Wide Band offre delle funzionalità che possono essere convenientemente sfruttate solo in talune applicazioni non troppo sofisticate. Inoltre, le comunicazioni sulle linee di potenza causano problemi di radiazioni non facili da risolvere all’interno delle “scatole di metallo” delle automobili.
Il futuro del multiplessaggio a bordo auto riguarderà le tecnologie concepite e sviluppate appositamente per l’uso automotive, capaci di risolvere i problemi specifici di questi sistemi in termini di affidabilità e sicurezza.
Automotive Multiplexing
When multiplexing started in automotive series production in the early nineties it enabled networking between the rising number of Electronic Control Units and satisfied the desire to reduce the weight and complexity of the wiring systems.
Since then a number of automotive network standards have evolved.
The most widely adopted CAN bus was originally developed to be used in passenger cars but the first applications came from different market segments. CAN 2.0 finally found its way into a car in 1992. Most adopters did not dare to use the maximum raw data rate of 1 Mbits/s due to electromagnetic compatibility issues.
Developed a decade later, the lower speed LIN (Local Interconnect Network) bus is mainly used as an interconnect for sensors and actuators with limited intelligence to the central electronic system. The master of each LIN cluster is operating as a Gateway to a backbone network using higher rate bus systems.
Within only 4 years, LIN has been grown up from its infancy implementation at the first adopter in 2001 with one LIN system containing two nodes to most modern implementations, e.g. the 2005 DaimlerChrysler S-Class model with up to 9 LIN systems containing up to 29 nodes.
What’s next?
Interconnecting individual control units in the car requires bandwidth beyond the capacity of LIN and CAN networks. New, innovative functions demand deterministic data transfer. In the year 2000 the FlexRay consortium was founded and published a final specification five years later. With FlexRay 2.1, a communications protocol has been developed which not only transfers data deterministically at a 10 Mbit/s raw rate in an automotive environment, but also enables the implementation of a fault-tolerant distributed system. These are essential ingredients that enable the integration of sensors information from chassis electronics and safety systems to make integrated active safety systems a reality. FlexRay will soon be – like CAN – a standard feature on car microcontrollers.
How many busses can we afford in the car?
Other specialty multiplex standards like IEBus, J1850, D2B, WAN and IDB-1394 will not be able to dwell in cars for long. The MOST bus, introduced in 1998 is still falling short of it’s original promise of a cost effective communication media for car infotainment, mainly due to lack of a completely open standard with an full set of conformance tests.
On the wireless side, every new consumer-type standard is a candidate for cable replacement in the car for some time. Bluetooth is now used for handsfree telephony in the car, but for little else. Ultra wide band wireless will be only considered for convenience features outside of critical driving functions.
Powerline communication is too much of a radiation problem for the ‘metal box’ of a car.
The future of in-car multiplexing finally belongs to technologies that have been specifically developed for automotive use and address the specific problems of high reliability and safety-relevant systems.