Le multiplexage automobile

 

Pourquoi le multiplexage

LE MULTIPLEXAGE

Les normes antipollution, la sécurité ainsi que le confort des utilisateurs entraînent :

une augmentation des fonctions électriques, des fonctions électroniques dans les véhicules

(climatisation, navigation, ABS, …)

Un véhicule haut de gamme nécessite environ :

40 kg de faisceau,

deux kilomètres de fils,

1800 interconnections.

Ceci génère :

Une évolution majeure du câblage :

complexité des faisceaux ;

augmentation en masse et en volume de ces faisceaux ;

augmentation du nombre de connections.

Des problèmes de :

conception et fabrication ;

coût et encombrement ;

fiabilité ;

recherche de pannes et diagnostics.

INTERET DU MULTIPLEXAGE

Le multiplexage permet la mise en commun et l’échange d’informations entre les systèmes.

EVOLUTION

Le multiplexage consiste à faire circuler plusieurs informations entre divers équipements électriques avec le moins de fils possible.

Ceci implique que les informations soient :

numérisées,

rapides,

identifiées (trame : destinataire, information, commande),

classées par priorité.

On appelle bus :

Le circuit électrique véhiculant les informations multiplexés.

Sur la majorité des véhicules multiplexés, le bus est :

constitué de deux fils

Le bus utilisé est constitué de deux fils désignés par :

CAN-H (High : haut)

CAN-L (Low : bas)

Les véhicules d’aujourd’hui sont :

de plus en plus confortable (clim, sièges à mémoire, ordinateur de bord,…)

de plus en plus sûrs (suspension pilotée, ABS, ESP,…)

de moins en moins polluants (recyclage des gaz, filtres à particules…)

Or toutes ces fonctions font appel à l’électronique et seul le multiplexage permet

à ces systèmes de communiquer entre eux,mais aussi de relier le véhicule au monde extérieur (télématique),

Pour que :

l’utilisateur puisse envoyer et recevoir des information ; le réparateur puisse à distance (téléassistance) interroger et paramétrer les calculateurs.

LES DIFFERENTS SYSTEMES DE MULTIPLEXAGE (réseaux) :

Le nombre d’informations qui circulent dans les véhicules s’accroît en permanence. Les systèmes multiplexés ne suffisant plus à traiter toutes les données en temps réel, de nouvelles solutions vont être intégrées dans les futurs véhicules.FlexRay et Ethernet sont des mots qui vont rapidement venir s’ajouter au vocabulaire – déjà complexe – de l’architecture électronique des véhicules. Le multiplexage est en train de vivre sa première révolution, en raison de l’accroissement des données qui circulent dans le véhicule et pour anticiper l’arrivée des commandes électroniques sécurisées.

Multiplier le volume ou la vitesse

Pour amplifier le nombre d’informations passant dans les circuits, les concepteurs des bus de communication envisagent plusieurs solutions. Certaines sont déjà en vigueur, d’autres déjà en cours d’être abandonnées. La fibre optique est d’ores et déjà adoptée chez certains constructeurs. Fonctionnant avec une architecture de messagerie électronique classique (du type CAN), celle-ci permet de grandes vitesses de transmission, mais le mode de fonctionnement est pénalisant (perte progressive du signal dans les changements de direction, relative fragilité physique du faisceau). Le FlexRay autorise pour sa part une vitesse considérable, mais nécessite une transformation des messages et s’oppose à l’Ethernet. Ce standard déjà existant répond aux besoins actuels et ne nécessite qu’une adaptation des circuits physiques, câbles et connecteurs sécurisés, en comparaison des montages informatiques classiques.

Les débits de données

Le CAN, standard actuel du multiplexage automobile, est une norme qui est promue principalement par Bosch et les constructeurs allemands. Le volume d’informations est proportionnel à la vitesse de transmission. Plusieurs débits sont utilisés selon les besoins, de 64 à 250 kbits par seconde pour les réseaux “low speed” et entre 250 et 1 000 kbits par seconde pour le “high speed”. Les constructeurs français ont utilisé un système à basse vitesse pour leurs systèmes de confort, le VAN, mais il a aujourd’hui disparu au profit du CAN, généralisé dans toute l’industrie automobile. FlexRay et Ethernet doivent assurer un débit très important de 10 mégabits par seconde. La quantité d’informations prises en charge par ces montages permet d’assumer l’évolution prévue des systèmes embarqués.

Le FlexRay

La technologie FlexRay a été développée par les constructeurs automobiles allemands (BMW, Mercedes, Bosch, Motorola, etc.) depuis une dizaine d’années. Ce standard est développé spécifiquement pour l’automobile, et répond aux besoins de communication en vitesse et en volume d’informations. Son fonctionnement est inspiré du CAN, avec la sécurisation de l’information en plus. En cas de défaut de lecture, une sauvegarde assure que le message est retransmis. Cette propriété permet de l’envisager pour les systèmes sécurisés “X by wire”, les commandes de systèmes de sécurité (freinage, direction) sans lien mécanique. Il n’y a aujourd’hui pratiquement que le BMW X6 qui soit équipé d’un réseau FlexRay.

Le “CAN FD”

Bosch peaufine une version améliorée du CAN. Le CAN FD, ou réseau à débit variable, permettant d’augmenter le débit en limitant les modifications. Certes, le débit ne parvient pas au niveau de celui du FlexRay ou d’Ethernet, au maximum 8 fois celui du CAN classique (plus de 1 mégabit par seconde), mais le gain est sensible pour une utilisation sur la plupart des véhicules avec l’intégration d’une partie des nouvelles technologies embarquées. Le principe consiste à raccourcir la durée d’émission de chaque signal. Dans chaque message envoyé, au lieu de 8 octets, le message comporte 64 octets. Les éléments constitutifs de ces nouveaux réseaux sont d’ores et déjà chez les constructeurs pour leur développement.

L’Ethernet

Le standard des réseaux informatiques pourrait être adopté par l’automobile. D’ailleurs, pourquoi n’est-ce pas déjà le cas ? L’informatique dispose d’un niveau de sécurité bien inférieur à l’automobile ou à l’aviation. Si la gestion des messageries par Ethernet est désormais bien maîtrisée, la simplicité d’adaptation sur les réseaux automobiles doit l’amener à une adoption plus rapide qu’un nouveau système. Muni d’une connectique à la hauteur des besoins automobiles, l’Ethernet est vu aujourd’hui comme la solution rapide qui assurerait le développement des nouvelles technologies en toute sécurité.

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FOCUS – Retour sur les bases

Les informations envoyées sur le réseau doivent être identifiées et hiérarchisées selon leur importance et leur influence sur la sécurité de conduite. Par exemple, la donnée de température du refroidissement du moteur est moins importante que l’information de commande des freins.

Si la vitesse de traitement des microprocesseurs est très importante, c’est le volume d’informations à envoyer et recevoir qui ralentit le débit. Chaque donnée est numérisée pour être transmise sur le circuit électrique, le “bus CAN”. Il s’agit de la convertir en impulsions électriques représentant des chiffres 0 et 1 (système binaire). Pour être reconnue par le destinataire de l’information, celle-ci doit être annoncée. Son origine est donc codée par une autre suite de “0” et de “1”, c’est-à-dire des impulsions électriques de 1,5 V. Suit alors la valeur qui est transmise, la donnée mesurée ou l’information, qui en langage binaire peut représenter plusieurs dizaines de “0” et de “1” qui seront ensuite retraduits en valeur analogique. Une dernière suite de codes signifie la fin du message. Tout cet ensemble est donc prêt à être envoyé sur le circuit, encore faut-il ne pas interférer avec d’autres messages. Il est donc précédé d’une information, également par des “0” et des “1” qui situent le niveau de priorité. Comparée aux autres messages présents sur le circuit, cette première donnée laissera passer les informations plus “urgentes” pour envoyer le message au meilleur moment.

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Interprétation des messages

Composé de “0” et de “1”, chaque message assure une fonction. Il constitue en quelque sorte une phrase qui est lue par un des récepteurs placés sur le circuit, qui l’accepte ou l’ignore. Si un changement survient dans la suite de signaux, la commande ou l’information change. C’est ainsi qu’on passe de l’état éteint d’un équipement à un état activé.

Les appareils de diagnostic connaissent l’ensemble des messages présents sur le réseau. Ils lisent ces messages et les traduisent en langage compréhensible. Quand il est doté d’une fonction d’activation, il est capable de générer des messages correspondant à la fonction choisie. L’enrichissement spécifique à chaque modèle de véhicule peut s’opérer avec l’achat de base par les fabricants de systèmes aux constructeurs ou par “rétro-enginering”, c’est-à-dire la lecture de l’ensemble des messages émis et reçus par les calculateurs.

 

Le RESEAU c’est l’architecture (forme du « BUS », mode de fonctionnement, vitesse d’exécution…) d’un système électronique et pour le multiplexage chaque constructeur à plus ou moins son propre système,mais deux systèmes sont plus employés :

LE RESEAU VAN ( VEHICLE AREA NETWORK) BUS FRANÇAIS :

Le réseau VAN est utilisé pour la commande de l’autoradio, de la climatisation… (VAN CONFORT), des vitres, toit ouvrant… (VAN carrosserie).

Le réseau VAN est aussi, chez PSA uniquement, couplé avec le réseau CAN (pour la gestion

moteur) à laide d’un calculateur central appelé « BSI » Boîtier de servitude intelligent. Le « BUS » du réseau VAN est constitué de deux fils appelé DATA et DATA B

Exemple : un réseau VAN+CAN ( PSA )

BOITIER DE LIAISON entre Le VAN et LE CAN

LE RESEAU “CAN” (CONTROLLER AREA NETWORK) BUS

ALLEMAND :

Le réseau CAN est utilisé seul (sans réseau VAN), par Renault et le groupe Volkswagen/Audi…

Le « BUS » du réseau CAN est constitué uniquement de deux fils appelé :

CAN High et CAN Low.

Sa particularité est qu’il transmet les informations plus rapidement que le système CAN c’est pour cela qu’il est entre autre utilisé pour la gestion moteur (calculateur injection, l’Abs…).

Exemple : un réseau CAN (Audi)

CAN

Airbag

Niveau CD

Tension Bat

Clim

BV

Moteur 1

Capteur taux de lacet
ABS ESP

3 La reconnaissance d’un véhicule multiplexé :

A l’heure actuelle il n’existe aucune réglementation en ce qui concerne l’utilisation du système

500 kbaud/s

multiplexé sur un véhicule.

Seul les prises de diagnostic et le système EOBD (Européen On Board Diagnostic, système permettant l’accès à certaines données du véhicule par le branchement d’une valise) sont communs à tous les véhicules.

SEUL LA DOCUMENTATION DU VEHICULE SUR LE QUEL ON INTERVIENT PEUT NOUS PERMETTRE DE SAVOIR SI LE SYSTEME A REPARER EST MULTIPLEXE OU NON ET DONC DE RESPECTER LES CONSIGNES ADAPTEES A UN VEHICULE MULTIPLEXÉ

LES SUPPORTS :

FILAIRE

Les liaisons entre les calculateurs « BUS » sont réalisées avec du câble électrique (bifilaire) torsadé.

Cette stratégie de câblage permet d’annuler le champ magnétique de chacun des fils.

OPTIQUE

La fibre optique est principalement utilisée en automobile pour transmettre des informations multimédia. Le volume de transmission de données, de paroles et d’images augmente sans cesse. La technologie des fibres optiques permet de faire face à ce volume croissant de données tout en présentant d’autres avantages :

contrairement aux conducteurs en cuivre qui transmettent des signaux de tension numériques ou analogiques, la fibre optique transmet des rayons lumineux. Il n’y a donc pas de rayonnement électromagnétique

comparées aux conducteurs en cuivre, les fibres optiques sont moins encombrantes et à taille égale, leur poids est plus faible.

RECONNAISSANCE DES BUS

RECOMMANDATIONS LORS D’INTERVENTIONS SUR

VÉHICULE :

Avant toutes interventions électriques sur un véhicule multiplexé et suivant les opérations à réaliser il faut appliquer des procédures

* DEBRANCHEMENT BATTERIE

Il faut attendre que les communications soient interrompues (attendre 2 minutes)

* RE-BRANCHEMENT DE LA BATTERIE

Il faut attendre 1 minute afin que le système transpondeur soit reconnu (anti-scanning) avant de démarrer le véhicule

Une initialisation de certaines fonctions est nécessaire (anti-pincement vitre, toit ouvrant),

* ECHANGE DE CALCULATEUR

Cette opération se réalise batterie débranchée.

Il est formellement déconseillé de procéder à des essais de calculateur. En effet certains calculateurs stockent de façon irréversible des données propres au véhicule (kilométrage, code anti-démarrage)

L’échange de calculateur nécessite souvent l’utilisation d’un appareil de diagnostic afin de paramétrer les fonctions sur le véhicule et appairer les systèmes.

* CONTROLE :

L’emploi de lampe témoin – led au voltmètre analogique pour contrôler une liaison multiplexée communicante est à proscrire (consommation de courant entraînant un défaut de ligne).

Un contrôle du bus (présence de signaux) peut être réalisé avec un multimètre numérique, un oscilloscope ou un testeur spécifique pour le multiplexage.

* RESEAU MULTIPLEXE

Le multiplexage est un moyen de communication. Il est constitué d’une partie matériel (connectique -câble-) et d’une partie logiciel. Comme pour un réseau informatique un système peut être ajouté/supprimé de façon logiciel comme matériel.

Tout nouveau système devra être déclaré (configuration) à l’ensemble du véhicule pour que le dialogue existe avec le nouveau système.

L’ajout / suppression système ne peut être réalisé en général qu’avec un outil constructeur.

RÉPARATION DES FAISCEAUX :

Les lignes de bus sont en fil de cuivre multibrin, elles peuvent donc être réparée de façon classique :

Soit par kit de réparation.

soit par soudure.

Toutefois, il faudra respecter les précautions suivantes :

Débrancher la batterie.

Respecter la longueur des fils avec une tolérance de 5 cm.

Reconstituer les torsades.

INTRODUCTION SUR LES OUTILS DE DIAGNOSTIC :

LES OUTILS CONSTRUCTEURS

Tous les constructeurs ont créé des outils de diagnostic pour effectuer la maintenance des véhicules de leur marque.

Ces outils sont capables de résoudre quasiment tous les problèmes rencontrés, de lire les paramètres utiles, d’activer des actionneurs reconfigurer des calculateurs et d’effectuer toutes les opérations de maintenance et de diagnostic prévues par le constructeur.

C’est à l’utilisateur de choisir les menus proposés par l’outil de diagnostic afin d’établir son diagnostic.

On retrouve :

Le lexia et proxia : – Citroën

Le diag 2000, PPS : – Peugeot

Le clip : – Renault

Le VAS 5051: – Volkswagen .

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