Le multiplexage

Le multiplexage, une technique assez ancienne mais à l'application automobile récente.
Sur le sujet, vous pouvez trouver trois très bons livres chez Dunod :
- Réseaux locaux : le bus CAN (D. Paret) 250 F - 38.11 euros
- Le bus CAN - Applications (D Paret) 250 F - 38.11 e
- Le bus VAN - Vehicle Area Network (B Abou et J Malville) 148 F - 22.56 e


le multiplexage - l'èlectronique dans l'automobile
le multiplexage - principe - les diffèrents protocoles de communication - les protocoles VAN et CAN
les diffèrentes classe de multiplexage chez PSA
diagnostic - recherche de pannes - le muxmétre Exxotest

initiation
le multiplexage - les donnèes numèriques et leur transfert sur faisceau

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- Bibliothèque technique de base
Voici une sélection de livres ou de documents de ma bibliothèque, à lire absolument, avec, en rouge, ceux qu'il me reste à me procurer...
Le Diagnostic sur Véhicules Multiplexés - GNFA 2006 TE60FM2
Les bus de données CAN Audi - D Thirion et D Canel 2003




L'avenir de l'automobile tient à un fil
(Yves Martin, l'Argus de l'Automobile, 3.3.2005)

La prolifération des fils électriques dans l'automobile est un casse-tête pour les constructeurs. Avec la technique des courants porteurs, la solution semble toute proche : un seul fil pour tout.


Le faisceau électrique complet d'une voiture : un beau bébé qui peut peser jusqu'à 50 kg pour 2 km de long,
qui est composé d'un millier de fils et de deux fois plus de connecteurs.

Qu'est-ce qui peut mesurer jusqu'à deux kilomètres de long et peser plus de 50 kg ?

Réponse : le câblage électrique d'une voiture. L'électronique a tissé sa toile. Sur les premières voitures, la tension aux bornes de la batterie n'était que de 6 volts et le câblage, réduit au strict minimum avec seulement quelques dizaines de mètres de longueur. L'énergie électrique était alors utilisée pour le démarrage, l'alimentation des bougies et des feux.
A la fin des années 60, la tension est passée à 12 volts afin de pallier la demande croissante de puissance. La généralisation des systèmes de gestion électroniques de sécurité (ABS, ESP...), de confort (climatisation, lève-vitres, rétroviseurs...) ainsi que le développement des commandes électriques (injection, direction à assistance électrique...) ont encore accentué ce besoin en énergie électrique. Une voiture contemporaine, dont la puissance totale peut atteindre 2 000 Watts, a désormais entre 30 et 35 calculateurs si elle se situe dans la gamme moyenne. C'est encore pire pour un modèle de haut de gamme, qui peut en compter jusqu'à 80, soit plus de 1 000 fils et quelque 2 000 connexions électriques !
Un nouveau challenge est donc à relever : la simplification de l'architecture électrique et électronique.

Une implantation délicate.

Anne Laliron, à l'origine du projet chez Valeo, précise que "sur une Renault Laguna, selon les versions, de 40 à 50 fils peuvent se loger dans une porte avant". En outre, le faisceau d'alimentation n'est pas le même selon qu'il s'agisse de la porte conducteur ou de celle du passager. D'où des complications à la fabrication en usine et pour la gestion des stocks.
De même, l'alimentation électrique de la partie arrière d'une voiture représente de 70 à 80 fils, destinés à toutes les lampes et autres contacteurs. L'implantation de ce câblage est une source de difficultés pour les constructeurs car ces fils sont destinés à passer de l'habitacle au compartiment moteur. Or, que ce soit pour éviter l'infiltration d'eau dans l'habitacle ou pour empêcher la transmission des bruits et vibrations, le tablier (séparation entre l'habitacle et le compartiment moteur) requiert une étanchéité parfaite. Le constructeurs sont donc contraints de prévoir l'implantation des fonctions stratégiques dès les premières esquisses de la voiture, soit quatre ans avant sa commercialisation. Plus question dès lors d'ajouter de nouvelles fonctionnalités en cours de développement.

Un courant porteur... d'espoir.

Valeo compte résoudre le problème de la prolifération des fils dans nos voitures grâce à une technique appelée Power Line Communication (transmission par courant porteur). Son principe : faire passer les diverses informations de commande dans les fils d'alimentation électriques, à l'instar des systèmes proposés par les fournisseurs d'accès à Internet, qui utilisent, pour trois fonctions différentes (l'Internet à haut débit, le téléphone et la télévision), les fils téléphoniques. Ainsi, suffit-il de réaliser un réseau simple d'alimentation électrique et d'y rajouter les différentes fonctions. Comme un plombier qui dériverait un tuyau de chauffage pour rajouter un radiateur, cette technique rend possible l'installation en un tournemain d'une nouvelle fonction électrique utilisant les courants porteurs.
"La technologie des courants porteurs permettra aux constructeurs de compléter l'équipement d'un véhicule ô n'importe quel moment de sa vie", précise Marc Semelle, chef de projet des systèmes électroniques et de liaison de Valeo. "Même pour le marché de la rechange, les avantages sont nombreux. Plus besoin d'endommager la structure de la voiture (tableau de bord, portières...) ni de démonter des pièces : il suffit de connecter directement les nouveaux fils à ceux existants."
Selon ce spécialiste, une heure suffirait pour installer un système de projecteurs additionnels "contre deux actuellement, et ce, sans avoir de fils nouveaux à intégrer dans la voiture."

Et la sécurité ?

L'utilisation du courant porteur devrait permettre le développe ment très rapide des systèmes dits by-wire sur lesquels, comme dans l'aéronautique, la commande mécanique est entièrement remplacée par une commande électrique. Imaginez un système de freinage ou de direction fonctionnant sans aucune liaison mécanique ! Le courant porteur le permet, et il assurera en plus une redondance des informations pour sécuriser les commandes électriques, il s'agit bien sûr d'une fonction indispensable précédant toute idée de mise sur le marché. De tels dispositifs ne toléreront aucun problème de fiabilité. Les conducteurs, les premiers, demanderont à être rassurés.
Selon Valeo, "les modules de portes et les systèmes d'éclairage seront parmi les premières applications de cette technologie."
L'équipementier espère une intégration en série dans les prochaines années.
La 607 calcule cent fois plus qu'un A 300
Depuis les années 1970, date de l'apparition des premiers systèmes électroniques, la puissance de calcul embarquée dans une voiture n'a cessé de croître.
En 1980, une Citroën CX disposait d'une puissance de 1,1 Kilo-octet.
Une Peugeot 607 atteint aujourd'hui 2 Mega-octets, soit à peu près 1 800 fois plus.
C'est aussi cent fois plus qu'un A 300, le premier Airbus lancé en 1975 !

jusqu'à 50 fils dans une porte !


Pensez-y la prochaine fois que vous claquerez la portière d'une voiture de haut de gamme.
Son habitacle abrite un foisonnement de fils électriques.
Faisons les comptes : deux fils pour la fermeture centralisée, deux autres pour l'alimentation du moteur de lève-vitre, deux pour son bouton de commande et deux pour le système anti-pincement, aujourd'hui généralisé, deux encore pour le réglage du rétroviseur électrique, deux pour le clignotant intégré - très à la mode ces temps-ci -,deux s'il est électrochrome (c'est-à-dire qu'il se teinte automatiquement au soleil), deux pour son dégivrage et encore deux autres s'il se rabat électriquement.
Il faut en outre des fils pour le haut-parleur, pour le contacteur d'ouverture, pour la fermeture automatique des portes, pour les éclairages de poignée et de bas de portières (le cas échéant), pour l'ouverture avec une carte, etc.
Au total, on peut avoir jusqu'à 5O fils différents !
Courant porteur : le tout en un

Jusque récemment, chaque élément électrique (feu stop, clignotant...) était relié à la commande par son propre câblage électrique.
La transmission par courants porteurs véhicule sur un seul fil les données par modulation du signal en modifiant soit la fréquence du courant, soit son amplitude, ou encore sa phase.
A la source, un "codeur" transforme le signal de commande en un signal particulier puis envoie le "message" dans le réseau de fils.
Un "décodeur", placé à proximité de l'organe à alimenter, reconnaît le signal et assure la connexion.

Ford, le précurseur


Ford a présenté au Salon Convergence 2004 de Detroit (Etats-Unis), un véhicule sur base de 4x4 Freestar, équipé de la technique innovante de transmission par courants porteurs (TCP) développée par Valeo.
Le multiplexage, phase intermédiaire limitée

La réduction du nombre de fils est déjà amorcée grâce au multiplexage, apparu en 1980.
Le Coupé BMW 85O a été la première voiture à utiliser, en 1986, un réseau multiplexé CAN proposé par Bosch.


Un circuit multiplexé est constitué de fils électriques de transport d'énergie(les fils d'alimentation des organes) et de fils supplémentaires de transport de données qui véhiculent la commande des équipements.
Les quatre ou cinq fils qui composent le "bus" du circuit multiplexé assurent ces fonctions.
Joseph Beretta, responsable électromécanique, électrochimie, électronique et systèmes chez PSA Peugeot-Citroën, indique ainsi avoir diminuée "de 41 % le nombre de fils entre une Peugeot 306 et une 307, passant ainsi de 635 à 373."
Le multiplexage a permis d'utiliser les informations d'un même capteur pour différentes fonctions, sans toutefois augmenter considérablement le nombre de fils.
Cette technique trouve cependant ses limites dans le fait qu'elle doit conserver un réseau traditionnel de fils pour assurer l'alimentation électrique.

LE MULTIPLEXAGE ET L'AUTOMOBILE
(Pierre Marais, l'Auto Jounral, 15.6.1979)

Le multiplexage dont on commence à parler dans le domaine de l'automobile est une technique née de l'évolution de l'électronique. Elle consiste à transmettre simultanément plusieurs informations sur une même voie. Appliquée aux télécommunications son intérêt apparaît immédiatement puisque, dans le seul domaine des liaisons par fils elle permet de multiplier les transmissions sans augmenter le nombre de lignes. Or, en automobile le nombre des liaisons électriques nécessaires à la signalisation, à l'information du conducteur ou à son confort ne cesse d'augmenter. Des moteurs électriques interviennent dans des domaines toujours plus nombreux. Représentés il y a peu de temps par le seul démarreur et l'unique mécanisme de l'essuie-glace du pare-brise, ils apparaissent dans la commande des vitres, de la climatisation, de l'antenne, des essuie-glace de vitres arrière et de phares. Le réseau électrique du véhicule devient de plus en plus dense. Il atteint une centaine de mètres de fils groupés dans des faisceaux qui sont à la fois délicats à mettre en place, le plus souvent mal adaptés à la détection des pannes et coûteux par la quantité de cuivre nécessaire à leur fabrication, par le nombre des connecteurs et par la main-d'oeuvre qu'exige leur mise en place.
Il s'agit, très schématiquement, de substituer au câblage traditionnel un ensemble comportant essentiellement un conducteur unique ceinturant toute la voiture et destiné à l'alimentation en puissance de tous les éléments consommant de l'énergie électrique. Les organes consommateurs, phares, avertisseurs et autres sont reliés à ce conducteur unique par des interrupteurs statiques à semi-conducteurs jouant le rôle de relais. Ces relais sont sous la dépendance de centrales périphériques capables de sélectionner le signal codé qui leur est destiné et qui est émis par le canal d'un fil unique à partir d'une centrale électronique située au niveau du tableau de bord. Les centrales périphériques peuvent également, si besoin est, transmettre au tableau de bord, toujours par le même circuit, des signaux de télémesures : niveau de carburant, du liquide de freins, température de l'eau, de l'huile, etc.
Nous avons eu l'occasion de voir, il y a quelques mois les études de multiplexage menées par SEV dans son Centre de Recherches de Toulouse. Dans un souci d'efficacité plusieurs variantes ont été étudiées dont certaines apparaissent assez complexes et, sans doute encore trop coûteuses pour être immédiatement commercialisées. Elles font appel à un poste central auquel sont reliés d'une part un poste local de commande et de contrôle disposé au niveau du tableau de bord et, d'autre part, un certain nombre de postes locaux. Les organes à commander et les capteurs qui sont proches les uns des autres sont reliés à un même poste local. Le poste central explore en permanence les différents postes locaux et gère l'échange des informations. Ces informations transitent sur le fil de commande et peuvent être logiques ou analogiques.
Rappelons brièvement que les informations traitées par la méthode logique (appelée parfois digitale) sont véhiculées sous la forme de signaux dont le nombre est limité à deux : un signal ou une absence de signal. Ce système qui évoque le principe du télégraphe et procède par "tout ou rien" est celui qui est utilisé par les ordinateurs les plus modernes car il est parfaitement adapté aux opérations faisant appel au canal binaire. En revanche la méthode analogique, jusqu'ici la plus répandue, est connue de tous. Les informations sont transmises par des variations de valeur. Cette valeur peut être une intensité ou une tension. C'est ainsi que fonctionnent un ampèremètre indiquant la valeur de la charge de la batterie ou un indicateur de niveau d'essence qui n'est autre qu'un voltmètre monté en série avec une résistance dont la valeur varie suivant la position occupée par un flotteur logé dans le réservoir.
D'autres montages de multiplexage étudiés par 5EV nous semblent immédiatement exploitables. Ces variantes sont moins spectaculaires mais leur intérêt pratique subsiste. Leur structure est analogue à celle des versions très élaborées mais elle est simplifiée. Seules les fonctions d'éclairage et de signalisation sont multiplexées et, de ce fait, il n'y a pas de transmission d'information analogique. Enfin les postes locaux sont réduits à deux, à l'avant et à l'arrière du véhicule.
Plus récemment nous avons découvert les mêmes préoccupations en Italie chez Magneti-Marelli qui a déjà procédé à des installations expérimentales sur des prototypes en cours d'essais auprès de certains constructeurs d'automobiles. Pourtant, chez Magneti-Marelli on reconnaît que si la centralisation du système de codage au niveau du tableau de bord ne pose pas de grands problèmes les plus grandes difficultés ne manifestent lorsqu'il s'agit de réaliser des systèmes électroniques dont le prix puisse concurrencer celui des formules actuelles.
Il n'en est pas moins évident que les études menées dans ce domaine devraient assez rapidement trouver leur application dans les voitures de série. Les modèles qui font le plus appel à l'électronique seront vraisemblablement les premiers à en bénéficier car il est permis de penser que le système de codage du multiplexage pourrait être incorporé à l'unité centrale chargée de gérer les fonctions électroniques déjà en service.


LE MULTIPLEXAGE
(Xavier Corvol, Auto-Volt 2.2000)

Tout ce que vous avez toujours voulu savoir... sans oser le demander.


Trois générations de câblages électriques
à droite un câblage classique, au centre la version la plus optimisée, à droite le multiplexage
(photo prise au complexe d'information et de sport Twin Ring Motegi de Honda au Japon).

La part de l'électronique embarquée dans l'automobile, d'après Strategy Analytics, est passée, en moins de 20 ans, de 2 % à plus de 20 % du coût de production des voitures.
Entrée au niveau du moteur, puis du châssis et de la sécurité, elle envahit aujourd'hui l'habitacle pour le plus grand confort du conducteur et de ses passagers. Et ce n'est qu'un début !
On comprend dans ces conditions que les constructeurs ne peuvent échapper à la généralisation du multiplexage et des bus CAN (Controller Area Network) sous peine de crouler sous le poids des câbles... et des pannes.
Le multiplexage, apparu sur les véhicules de très haut de gamme comme la Classe S de Mercedes ou la Volvo 580, s'étend aujourd'hui aux véhicules de moyenne gamme chez les constructeurs généralistes à commencer par Peugeot depuis son Coupé 406 mais aussi sur la 406 depuis son restylage (... histoire sans doute d'effectuer un test grandeur nature avant le lancement de la 607) et Citroën avec la Xsara Picasso.
Il faut dire que la longueur des câblages électriques a pratiquement décuplé en trente ans comme le nombre d'interconnexions, en passant de deux cents à plus mille huit cents durant la même période.
Le multiplexage diminue d'un quart le nombre de connexions et par voie de conséquence le nombre de fils.
Le principe du multiplexage consiste à relier sur un même Bus (faisceau principal ne comprenant que quatre fils) des équipements différents mais dialoguant entre eux en n'impliquant qu'une liaison (deux connexions par équipement).
Le partage des communications s'effectue, selon des priorités préalablement établies, grâce au codage numérique des informations, leur transmission en série et une prise en compte du partage du temps de l'occupation de la ligne.
Pour la Peugeot 607, comme pour la Xsara Picasso l'architecture électrique et électronique s'articule autour de l'unité centrale qui centralise et traite les informations issues d'un réseau inter-système mécanique (protocole CAN : controler area network) pour ce qui concerne l'ABS, le contrôle des moteurs, la boîte de vitesses automatique, l'ESP...
Celui-ci est également relié à trois autres réseaux de protocole VAN (vehicle aera network) dont l'un est dédié au confort (écrans multifonctions, climatisation, guidage embarqué, radio... ) l'autre à la carrosserie Iles sièges et les portes) et le dernier aux fonctions de sécurité (airbags, feux de signalisation).
L'unité centrale, véritable "tête pensante" du système est situé à côté de la boîte à fusibles.
Il est doté d'un microprocesseur piloté par un logiciel. Il décode les informations reçues et fait exécuter ses ordres en envoyant des messages sous forme binaire.
Afin qu'ils ne soient lus que par les modules concernés, ces messages sont codés. L'unité centrale intègre :
- une électronique d'interface avec le calculateur moteur, les modules, relais, fusibles, prise de diagnostic, récepteur H.F. ;
- une électronique de contrôle pour gérer la communication entre les différents calculateurs ;
- une électronique de calcul pour gérer de manière autonome les fonctions de visibilité, d'éclairage intérieur, d'antidémarrage... ;
- des informations sur le véhicule pour la protection antivol telles que le code des clefs, de la télécommande... ;
- un programme permettant d'effectuer du diagnostic. L'unité centrale sert en effet de passerelle entre les modules connectés au réseau VAN et l'outil de diagnostic.
De plus, il contribue à la gestion de l'énergie en commandant des modes de consommation réduite pour tous les calculateurs multiplexés.
Le BUS est composé de deux fils pour la transmission d'informations mais il peut également rester opérationnel sur un seul fil. Soit une fiabilité accrue par rapport au faisceau traditionnel ou la rupture d'un fil est immédiatement sanctionnée par une panne.


Les 6 modules (ou boîtiers électroniques) de la Xsara Picasso qui intègrent les fonctions du combiné/écran multifonctions,
de la climatisation, de l'autoradio, du chargeur CD, de la navigation et de l'alarme. Le module du combiné acquiert des
informations issues de capteurs (par exemple la jauge de carburant) et les renvoie sur le réseau VAN.


Les avantages clients
Les avantages clients des organes pilotés par l'unité centrale sont, par exemple, sur la Xsara Picasso :
La signalisation : possibilité de commander un éclairage temporisé des feux de croisement (1 minute) pour sortir du garage par exemple.
L'information : l'ordinateur de bord gère l'affichage de la consommation instantanée, la consommation moyenne, l'autonomie, la vitesse moyenne, la distance totale parcourue et l'alerte de survitesse programmable par le conducteur (message sur le combiné et bruiteur). Le conducteur peut aussi commander une fonction "conduite de nuit" (black panel) qui ne maintient éclairé que la vitesse du véhicule.
La visibilité : la vitesse de balayage des essuie-vitres (avant et arrière), en position intermittente, varie en fonction de la vitesse. Un décalage de quelques secondes a lieu entre le lavage et l'essuyage afin d'améliorer le lavage et d'éviter une usure prématurée des balais. Lors du passage en marche arrière, l'essuie-vitre AR se déclenche si l'essuie-vitre AV est en fonctionnement. Possibilité de remontage des vitres électriques, contact coupé, pendant une minute.
Les ouvrants : Pour éviter une décondamnation involontaire des ouvrants, l'unité centrale ordonne une condamnation automatique, véhicule à l'arrêt, au bout de 30 secondes si une ouverture des portes n'a pas eu lieu.
L'immobilisation du véhicule est inhibée par une liaison cryptée entre la clé et le contrôle moteur.
Eclairage intérieur : l'allumage temporisé et l'extinction de l'éclairage intérieur se font toujours de manière progressive. L'extraction de la clé de contact commande automatiquement l'allumage des plafonniers.
Air Conditionné : l'unité centrale commande la mise en route du compresseur. Son module associé gère automatiquement la température de l'habitacle, en agissant sur le débit, la température, la répartition de l'air, en fonction de la position de la commande d'air.
Autoradio : le volume est modulé automatiquement en fonction de la vitesse.
La navigation : le système permet d'être guidé vocalement et visuellement.
L'autodiagnostic : il est réalisé en permanence. L'unité centrale envoie, plusieurs fois par seconde, les ordres à exécuter pour chaque instrument et reçoit, en retour, l'information de bon ou non fonctionnement. L'unité centrale a permis de concevoir de nouvelles méthodes de diagnostic des défaillances. Les outils de diagnostic Lexia et Proxia assurent les analyses, le paramétrage d'initialisation du téléchargement et, éventuellement, la télé-assitance.
Et comme le multiplexage est un système évolutif et qu'il permet d'intégrer très facilement de nouvelles fonctions c'est à une véritable course à l'imagination à laquelle se livrent les constructeurs pour faciliter et tranquilliser tous les jours un peu plus les automobilistes.



L'ELECTRONIQUE DANS L'AUTOMOBILE
(source PSA et Auto-Volt 1997)


Les besoins en électronique des véhicules automobiles, ont évolué de façon considérable au cours de ces dernières années. Si naguère les seules composants électroniques que l'on rencontrait à l'intérieur d'un véhicule étaient destinés uniquement à la radio, aujourd'hui une automobile peut compter prés d'une vingtaine de calculateurs, et ce nombre devrait doubler vers l'an 2000. Les raisons de cet accroissement sont principalement dues aux normes antipollution de plus en plus sévères, ainsi qu'à la sécurité et au confort accru du conducteur et de ses passagers.
En 1950, la Peugeot 203 comportait un faisceau électrique de 50 fils. En 1997, une Renault Safrane en comporte quelque 800, voire 1000 pour des voitures de très haut de gamme, et les longueurs cumulées atteignent des sommets impressionnats : plusieurs kilomètres.
En même temps que leur nombre augmentait, les équipements électroniques n'ont cessé de se sophistiquer. La quantité et la complexité des informations que doivent échanger les divers organes sont telles que le nombre de connexions est rapidement devenu prohibitif. Un calculateur n'est plus un élément isolé, mais utilise les informations des autres calculateurs et des divers capteurs, pour augmenter son efficacité. Un véhicule n'est plus un ensemble d'équipements isolés fonctionnant indépendamment les uns des autres, mais un seul et unique système.
Aujourd'hui il n'est pas rare de voir un véhicule possédant près de trois kilomètres de câble, représentant un poids supérieur à 40 kg. Devant les problèmes de coût, de conception, de fiabilité, de montage et de contrôle, les constructeurs ont décidé de relier les différents organes au moyen d'un réseau local. Ainsi plutôt que d'utiliser plusieurs fils transportant chacun une seule information, les différents organes sont reliés par un ou deux uniques fils transportant à tour de rôle les diverses informations utilisées. C'est pour cette raison que cette technique de liaisons est plus communément appelée bus multiplexé ou plus simplement multiplexage.


Ceci génère une évolution majeure du câblage :
Complexification des faisceaux ;
augmentation en masse et en volume de ces faisceaux ;
augmentation du nombre d'interconnexions.

On estime que les faisceaux doublent de volume et de complexité tous les 10 ans.
Cette augmentation du câblage pose des problèmes de :
Conception et fabrication ;
coût ;
encombrement ;
fiabilité ;
recherche de pannes.


L'introduction du multiplexage a également pour effet d'accroître le nombre d'équipements électroniques à l'intérieur des véhicules. La simplification est évidente puisqu'un nouvel équipement ne nécessite plus de prévoir un câblage spécifique pour pouvoir être intégré à un ensemble existant. Par ailleurs, des équipements mécaniques ou électriques, tels que par exemple le câble d'accélérateur, ont put être remplacés avantageusement par des liaisons électriques.
D'autres équipements beaucoup trop coûteux pour être utilisés pour une seule fonction, ont put être intégrés dans les véhicules. Un exemple est l'introduction du gyroscope, issue de techniques aérospatiales, dont les informations peuvent être utilisées par divers systèmes tels que le contrôleur d'antipatinage de freins, le contrôleur de moteur, le contrôleur de direction, ou bien encore le contrôleur de suspension active. En fait tous ces systèmes sont associés pour contrôler la trajectoire du véhicule. En plus de la sécurité, les informations fournies par le gyroscope peuvent également être utilisées pour le confort ou l'aide à la conduite, comme par exemple le calculateur de navigation par satellites.
En permettant la mise en commun des équipements du véhicule, le multiplexage évite une duplication des ressources et exploite donc mieux les différents organes connectés. Les nombreux services rendus par un équipement sophistiqué, peuvent ainsi en justifier l'utilisation, même si le coût initial est élevé.
Si aujourd'hui l'utilisation d'un bus multiplexé est encore marginale dans les automobiles et réservée aux véhicules hauts de gamme, demain il ne sera plus question de fabriquer le moindre véhicule non équipé d'un bus multiplexé.


Exemples d'intégration :
Les calculateurs d'injection (gestion de l'injection, de l'allumage, du système de dépollution, puis du refroidissement moteur...) ;
la centrale de protection habitacle 806 (gestion de la condamnation, de la décondamnation, de la super-condamnation, de l'alarme, de l'éclairage du plafonnier et de l'anti-démarrage électronique) ;
le boîtier de servitude intelligent 206 (gestion des mêmes fonctions que la centrale de protection ainsi que l'essuyage, les indicateurs de direction, les alertes sonores...).


L'intégration des fonctions électriques et électroniques dans un seul boîtier permet d'améliorer :
Le confort des utilisateurs (plus de fonctions gérées par un seul boîtier) ;
la gestion de l'énergie afin d'économiser la batterie ;
la recherche de panne grâce à l'autodiagnostic des calculateurs.

Cette première étape permet de réduire de manière conséquente le nombre de calculateurs mais pas suffisamment le volume des faisceaux.

LE MULTIPLEXAGE - PRINCIPE

Le multiplexage consiste à échanger plusieurs informations entre divers équipements sur un seul canal de transmission.
Ce principe est déjà utilisé pour le réseau téléphonique, la télévision, la radio....
Ce principe du multiplexage permet de :
Simplifier le câblage ;
faire communiquer les équipements entre eux ;
réduire le nombre de capteurs (partage de l'information).
Le principe consiste en une mise en réseau d'équipements (ou boîtiers électroniques).
Cette solution se justifie d'autant plus que les véhicules futurs ne seront plus un ensemble d'équipements électroniques isolés mais un seul et unique système.
Pour pouvoir transmettre des données multiplexées, il faut définir avec précision :
Le support ou canal de transmission (fils, fibre optique, ondes radio...) ;
la représentation des signaux sur le support tension, courant, lumière...) ;
le protocole de communication.

Selon le type d'utilisation on peut trouver trois classes de multiplexage diiférentes.

ClasseCaractéristiquesSupportApplications
Atemps de latence de 20 à 50 ms
débit inférieur à 25 kbits/s
très faible coût
un filconfort et contrôle des éléments de la carrosserie :
portières, éclairage, rétroviseurs, sièges, climatisation, radio, etc.
Btemps de latence de 5 à 50 ms
débit jusqu'à 125 kbits/s
paire
torsadée
affichage, tableau de bord, ordinateur de bord, système de navigation,
diagnostic, etc.
Ctemps de latence de 1 à 5 ms
débit jusqu'à 1 Mbit/s
très faible coût
câble coaxial
fibre
optique
contrôle en temps réel :
contrôle moteur, ABS, suspension active, aide à la conduite, diagnostic, etc.

Un exemple de multiplexage est montré ci-dessous.
Le câble d'accélérateur est ici remplacé par un capteur électronique, dont le but est de déterminer la position de la pédale.
Un message est périodiquement envoyé sur le bus par le contrôleur, indiquant la position courante de la pédale.
Ce message peut alors être reçu par tous les calculateurs connectés au réseau.
Le boîtier de gestion moteur ajuste alors le régime de rotation du moteur, en fonction de cette donnée.
En retour, il renseigne sur la vitesse de rotation du moteur en envoyant périodiquement un message sur le bus.
Ce message est à son tour utilisé par le contrôleur d'affichage du tableau de bord, pour la fonction compte-tours.
Mais ce message est principalement utilisé par le contrôleur de boîte de vitesses automatique, pour sélectionner le rapport de vitesse requis.
Lorsqu'un changement de rapport doit être effectué, le contrôleur de boîte de vitesses envoie un message afin que la vitesse du moteur puisse être réduite (ou augmentées dans le cas d'un rétrogradage) par le contrôleur de moteur.


En plus de toutes ces informations, de nombreux autres messages peuvent être envoyés par les divers contrôleurs. Il peut s'agir de messages d'état tels que la vitesse du véhicule, la température d'eau, le niveau d'huile, etc. Il peut s'agir également de messages d'événement ou d'alarme tels que surchauffe du circuit de refroidissement, défaillance d'un organe, etc. Toutes ces informations peuvent être affichées sur le tableau de bord, mais peuvent également être utilisées par les divers calculateurs pour provoquer certaines actions.
Le multiplexage est également largement utilisé pour le diagnostic des divers équipements lors du montage ou de la maintenance du véhicule. Un banc de diagnostic extérieur est alors connecté au bus multiplexé pour pouvoir interroger les différents organes et recueillir toutes sortes d'informations de façon complètement automatique. Le nombre de renseignements pouvant ainsi être recueillis est quasiment illimité. Un standard est d'ailleurs en train d'être adopté par la plupart des constructeurs, afin d'assurer ainsi une certaine compatibilité entre les différents véhicules.


Lorsque plusieurs type de réseaux sont utilisés à bord d'un même véhicule, il est nécessaire d'installer une passerelle du type "pont filtrant" afin d'échanger les informations entre les différentes réseaux.

NOTA : Le protocole de communication définit toutes les règles de données entre les équipements (le mode de transmission: analogique ou numérique, le type de code, l'adresse, l'ordre de transmission, la détection des erreurs...).

Le support de transmission utilisé dans nos véhicules sera une paire de fils, ce support est plus couramment appelé BUS. C'est donc une transmission de données série informations transmises les unes après les autres). Les signaux seront générés en tension ou en courant et les deux protocoles utilisés seront :
Le VAN (Vehicle Area Network) ;
le CAN (Controller Area Network).

LES DIFFERENTS PROTOCOLES DE COMMUNICATION

Afin d'échanger des informations au travers d'un même bus, il est nécessaire que tous les contrôleurs respectent certaines règles pour pouvoir se comprendre, en somme qu'ils utilisent le même langage ; on parle ici de protocole.
De nombreux protocoles ont été créés afin de coder et de gérer les informations transitant sur les réseaux destinés aux automobiles, parmi lesquels on peut citer les protocoles CAN (Controller Area Network, développé par Bosch), VAN (Vehicle Area Network, présenté par PSA), J1850 (mis au point par la Société Amééricaine des Ingénieurs de l'Automobile), SCP, ECP, ABUS, K-BUS, P-BUS, 1-BUS et bien d'autres encore. Aucun de ces protocoles n'est parfait, et chacun possède ses avantages et ses inconvénients. Ainsi le protocole VAN possède une logique de diagnostic et de gestion électrique du bus assez sophistiquée, qui en fait un composant plus coûteux à fabriquer. Ce protocole possède également un mécanisme de réponse dans la trame assez efficace, mais qui limite la vitesse de transmission des informations à 250 kbits/s.
Le protocole J1850, qui est le protocole le plus généralisé en Amérique du Nord, permet de fournir des composants relativement bon marché. Mais ce protocole souffre d'un grave défaut : la vitesse de transmission est de 10.4 kbits/s dans sa forme VPW et de 41.7 kbits/s en mode PWM. Ces vitesses ne permettent pas la gestion de systèmes nécessitant le contrôle d'organes en temps réel, comme par exemple le contrôle moteur ou le système antipatinage de freins.
Aujourd'hui seul le protocole CAN, même si il n'est pas parfait, répond bien aux besoins et a été adopté par de nombreux industriels pour tout type d'application, et est en passe de devenir le standard pour le multiplexage automobile.


Le premier véhicule équipé fut le BMW Coupé 820i, l'interconnexion de l'instrumentation de bord et de l'électronique dite de carrosserie étant assurée par un bus série développé en interne.


C'est surtout la Mercedes classe S qui a donné un début d'existence au concept de réseau local dans l'automobile. Les 6 calculateurs relatifs à l'allumage, l'injection, le pilotage du remplissage, l'ASR, la commande de boîte et le système de diagnostic étaient branchés en réseau. En configuration maximale, les fonctions électroniques et électriques intégrées comptaient encore 48 micro-contrôleurs pilotant 62 moteurs et 3 000 points de contacts. La longueur des câbles parvenait tout juste à rester inférieure à 3 kilomètres.

Principe

Un message émis sur un réseau multiplexé par un équipement est appelé trame.
La trame est constituée d'une suite d'impulsions (appelées bits) qui prennent soit la valeur 1, soit la valeur 0, ce qui signifie donc présence ou absence du signal transmis.
C'est le protocole de communication qui va définir la structure d'une trame.


On peut s'apercevoir, sur la figure ci-dessus, qu'une partie des informations transmises
n'est utilisée que pour assurer la communication des données utiles.

Une trame est composée de plusieurs blocs (ou champs) :
- Un début de trame (bit SOF - start of frame) qui signale aux différents équipements qu'une trame va être émise.
- Une zone d'arbitrage (11 bits) qui sert à indiquer notamment le(s) destinataire(s) (adresse) du message.
- Un champ de commande
1 bit RTR - Remote Transmission Request) qui indique la nature du message : trame de données ou d'une trame de demande de message : transmission d'une information, d'un ordre ou d'une commande.
1 bit IDE qui établi la distinction entre format standard (état dominat) et format étendu (état récessif)
1 bit réservé pour une utilisation future
4 bit DLC, nombre d'octets contenus dans la zone de données
- des données à transmettre (longueur comprise entre 0 et 8 octets), soit des ordres, soit des informations à transmettre.
- un champ de contrôle (15 bits, CRC cyclic redundancy code) qui permet de vérifier que les données transmises ne sont pas altérées (validité de message).
Ces bit sont recalculés à la réception et comparés aux bits reçus.
Si le message n'est pas valide, l'émetteur détruit le message et émettra à nouveau une trame un peu plus tard.
- un accusé de réception (ACK - aquittement), réalisé par l'équipement qui consomme le message; il permet de s'assurer de la bonne réception du message par le destinataire.
Il est composé d'un bit à l'état récessif ainsi que d'un bit séparateur ACK. Le premier bit doit être forcé à l'état dominant par les stations ayant bien reçu cette trame.
- une fin de trame (EOF end of frame) qui permet le retour du réseau à son état initial.
- un bit de bourrage (stuff bit) : au cours de la construction d'une trame, si 5 bits consécutifs portent la même valeur 0 ou 1, un bit de valeur opposée est ajouté à la suite des 5 bits consécutifs.

Les contrôleurs CAN qui admettent le format étendu peuvent aussi émettre et recevoir des messages au format standard. En revanche, dès que l'on utilise sur le réseau des contrôleurs ne maîtrisant que le format standard, les messages étendus seront mal interprétés.

Gestion de l'arbitration

Le protocole permet de gérer les problèmes de collision (lorsque plusieurs équipements veulent émettre une trame simultanément). Chaque émetteur lit pendant la transmission les signaux sur le réseau. S'il constate une différence entre le signal émis et le signal reçu, il reconnaît alors qu'un autre équipement émet une trame de plus grande priorité. Il interrompt immédiatement sa transmission, ce qui permet à la trame de plus grande priorité d'être transmise.

Cette collision non destructive est régie selon un principe d'arbitrage bit à bit: l'un est appelé bit dominant (valeur =0), l'autre bit récessif (valeur = 1).

Exemple (protocole CAN):

Chacun des contrôleurs commence par la transmission du SOF, puis du premier bit de l'identificateur.
Ici, tous les contrôleurs transmettent un état récessif (1) et détectent un état récessif sur le bus, pas de problème.
Au deuxième bit de l'identificateur, le contrôleur n°1 tente la transmission d'un bit récessif (1) mais détecte un état dominant (0) sur le bus.
Il perd aussitôt l'arbitration et s'arrête aussitôt de transmettre, c'est à dire qu'il ne transmet plus que des états récessifs.
A son tour, au 6éme bit de l'identificateur, le contrôleur n° 2 tente la transmission d'un bit récessif (1) mais détecte un état dominant (0).
Il s'arrête alors de transmettre.
Le 3ème contrôleur reste seul et pourra transmettre son message.

Cette technique de gestion des collisions appelle deux remarques.
Deux noeuds ne peuvent pas transmettre le même identificateur, auquel cas les noeuds se retrouveraient à la fin du champ d'arbitration avec l'autorisation de transmettre des données.
D'autres protocoles comme le VAN, autorisent la gestion de l'arbitration sur les données, le CAN ne l'autorise pas.
La deuxième remarque est que le contrôleur qui possède l'identificateur le plus faible gagnera l'arbitration.

En conclusion, plus la valeur de l'identificateur est faible plus le message est prioritaire.
Ce système de gestion d'erreur fait toute la puissance du réseau CAN, certains constructeurs démontrent que la probabilité d'erreur résiduelle reste inférieur à: 4,6 10-11.

LES PROTOCOLES VAN ET CAN

Protocole VAN (Vehicle Area Network)

Naissance en 1985/1986, développé par PSA/RENAULT, normalisé ISO (nom de l'organisation internationale de normalisation) en 1992, premiers composants en 1989, premières applications sur véhicules en 1993/1994 sur CITROEN XM.
La longueur des données peut varier de 0 à 28 octets.
Un octet = suite de huit bits = huit valeurs de 0 ou 1.


Le bus utilisè en format VAN est constitué de deux fils dèsignès par DATA et DATA BARRE.
Les signaux sont complèmentaires. DATA et DATA BARRE : 0.5 à 4.5 V

Le VAN possède un arbitrage bit à bit sur toute la trame.
La vitesse maximale de transmission permise par la norme est de 62.5 Kbits/s, 125 Kbits/s ou 250 Kbits/s.
La longueur de trame permet de véhiculer les messages RDS (Radio Data System).
Les échanges sont du type: maître-esclave - multi-maître - mixtes.
Les défauts de ligne (court-circuit, circuit ouvert) sont détectés.


Protocole CAN (Controller Area Network)

Le protocole CAN est né en 1980 et a été développé en 1983 par "Robert Bosch Gmbh" pour les applications automobile, normalisé ISO en 1991 (puis en 1993 et 1995 pour les évolutions), premiers composants en 1987, utilisé pour la première fois sur des véhicules produits en série, en 1992 par Mercedes, pour la communication haute vitesse entre la boîte de vitesses, le contrôleur de moteur et le tableau de bord. La technique d'accès au bus par le protocole CAN est du type CSMA/CA (Carrier-Sense, Multiple-Access with Collision Avoidance), on trouve également le terme CSMA/CD/A (Carrier-Sense, Multiple-Access with Collision Detection using Arbitration). Cette technique permet à n'importe quel contrôleur connecté au réseau, si le bus n'est pas utilisé, de démarrer à tout moment la transmission d'un message, que l'on appellera trame. Si plusieurs contrôleurs démarrent simultanément la transmission d'une trame, seul celui ayant le message le plus prioritaire sera en mesure de transmettre sa trame sans perturbation ni délai. Pour lui tout se passera comme s'il était le seul à vouloir transmettre, tous les autres contrôleurs s'arrêtant automatiquement de transmettre. Ils devront alors tenter une nouvelle transmission aussitôt que la trame plus prioritaire sera terminée.


Le bus utilisè en format CAN est constitué de deux fils dèsignès par CAN-H (high) et CAN-L (low).
Les signaux sont complèmentaires mais les niveaux logiques "0" et "1" sont à des potentiels diffèrents.
CAN-H : 2.5 à 3.5 V ; CAN-L : 1.5 à 2.5 V

Le débit supporté par le protocole CAN n'est pas fixe mais peut être sélectionné en fonction de l'application et peut atteindre 1 Mbit/s.
La longueur des données peut varier de 0 à 8 octets. La longueur du bus peut varier suivant le débit choisit. Ainsi pour 40 kbits/s le bus peut atteindre une longueur de 1 km, pour 125 kbits/s la longueur du bus peut encore atteindre 320 mètres et jusqu'à 40 mètres pour un débit de 1 Mbit/s.
Une automobile est un milieu fortement perturbé, il peut s'ensuivre que des parasites viennent perturber les informations transitants sur le bus.
Grâce à des mécanismes de contrôle, tous les noeuds connectés au réseau analysent à tout moment l'intégrité de la trame transitant sur le réseau. Si l'un des noeud détecte la moindre erreur, il le signale aussitôt à tous les autres noeuds. La trame est alors détruite, le transmetteur arrête aussitôt l'émission et doit alors tenter une nouvelle transmission.
Cette particularité est gérée par la manière dont les contrôleurs accèdent au bus CAN.

Le bus CAN (Controler Area Network) est né du besoin de trouver une solution de communication série dans les véhicules automobiles, il a été développé par Bosch, en Allemagne au milieu des années 80 et a fait l'objet d'une normalisation Iso 11898.


Avec le bus CAN, les stations ayant les mêmes droits (organes de commande, capteurs ou actionneurs) sont reliées par un bus série. Le protocole CAN de base leur permet d'échanger 2048 variables. Ce protocole, ainsi que les paramètres électriques de la ligne de transmission, sont fixés par la norme 11898. La transmission physique s'effectue sur un média (support) qui peut être soit une paire torsadée ou par liaison infrarouge, hertzienne ou par fibre optique.

Les échanges étaient de type multi-maître au départ; ils peuvent également être de type maître-esclave.
Les défauts de ligne (court-circuit, circuit ouvert) sont détectés.


Définitions :

Echange maître-esclave :
La gestion (intelligence du système) est concentrée dans un seul équipement nommé maître, tandis que les autres équipements ('esclaves) gèrent seulement les fonctions périphériques (capteurs et actionneurs classiques).
Les esclaves ne peuvent pas envoyer d'ordre.


Echange multi-maître :
les équipements sur le réseau ont tous de l'intelligence pour gérer des fonctions complexes.
Echange mixte :
Le réseau est composé de plusieurs équipements maîtres et esclaves.

LES DIFFERENTES CLASSES DE MULTIPLEXAGE CHEZ PSA

Multiplexage carrosserie (Classe A) :
Le multiplexage carrosserie concerne le contrôle des éléments de carrosserie tels que rétroviseurs, vitres, sièges, éclairages....


Le protocole utilisé est le VAN à faible débit (62.5 Kbits/s), la quantité d'informations qui circulent sur le réseau est faible.
Les échanges sont de type maître-esclaves.
Le temps de réponse demandé est de 200 ms (entre une commande et une activation).

Exemple de fonctionnement d'un système de multiplexage carrosserie :
(6) équipement maître
(7) équipement esclave n" 1 : bloc optique
(8) équipement esclave n° 2 : comodo
(9) fils de réseau VAN
(10) lampe 1

(11) lampe 2
(12) lampe 3
(13) lampe 4
(14) lampe 5
La puissance (alimentation des équipements) est classique.
L'équipement maître envoie des trames périodiques aux équipements esclaves; ex.: envoi de trame tous les 200 ms (5 fois par seconde).
C'est l'équipement maître qui, en fonction de l'état des interrupteurs du comodo, va donner des ordres au bloc optique.
L'équipement maître effectue périodiquement un diagnostic du réseau (présence des équipements esclaves).
Le diagnostic des équipements esclaves permet de connaître :
L'état des sorties du bloc optique ;
l'état des entrées du comodo.
L'équipement maître peut décider de mettre en place des stratégies de secours en cas d'incident.
Exemple : il y a allumage de la lampe 2 si la lampe 1 est grillée.

Le multiplexage carrosserie permet donc de :
Simplifier le câblage (diminution du coût, augmentation de la fiabilité) ;
faciliter la recherche de panne via le diagnostic.

Multiplexage des fonctions Confort (Classe D) :
Le réseau confort permet aux équipements de se partager le système d'affichage.


Le protocole utilisé est le VAN à débit moyen (125 Kbits/s).
La quantité d'informations qui circulent est très importante.
Les échanges sont du type multi-maître.
Le temps de réponse demandé est de 500 ms (entre une commande et une activation).
Ce type de multiplexage est déjà présent sur le véhicule 206.

Multiplexage inter-systèmes (Classes B/C) :
Le réseau inter-systéme permet aux équipements de se partager l'information de leurs capteurs, et à chaque équipement d'adapter son fonctionnement (agrément de conduite, antipollution).


Le protocole utilisé est le CAN à débit moyen 250 Kbits/s ou haut débit 50ù Kbits/s.
La quantité d'informations qui circulent est faible.
Les échanges sont du type multi-maître.
Le temps de réponse demandé est de 50 ms (entre une commande et une activation).

Multiplexage total : (source Bosch)



Architecture véhicule totalement multiplexée :


les futurs véhicules haut de gamme auront une architecture totalement multiplexés, avec les 3 types de multiplexage.

NOTA : Le superviseur gère les interactions entre les différents réseaux multiplexés, le superviseur sert également de passerelle entre ces réseaux: il permet l'échange des données entre les différents réseaux.

Pour les modèles de la gamme PSA (comme la Peugeot 607 ou la Xsara Picasso par exemple) l'architecture électrique et électronique s'articule autour d'une unité centrale, véritable "tête pensante" qui centralise et traite les informations issues d'un réseau inter-système mécanique (protocole CAN : contrôler area network) pour ce qui concerne l'ABS, le contrôle des moteurs, la boîte de vitesses automatique, l'ESP... Celui-ci est également relié à trois autres réseaux de protocole VAN dont l'un est dédié au confort (écrans multifonctions, climatisation, guidage embarqué, radio... ) l'autre à la carrosserie (les sièges et les portes) et le dernier aux fonctions de sécurité (airbags, feux de signalisation).

L'unité centrale peut supporter plusieurs réseaux CAN ou VAN (La 306 par exemple possède 3 réseaux VAN et 1 réseau CAN) :



- En mauve : le réseau CAN (contrôler area network)
- En vert : le réseau VAN "carrosserie" (vehicle aera network)
- En bleu : le réseau VAN "confort"
- En saumon : l'unité centrale, qui gère les informations arrivant de l'ensemble des réseaux.
- En gris : le BSM (Boîtier de Servitude Moteur), qui est le calculateur testé par le banc de diagnostic étudié.

Le BSM est un calculateur dédié au moteur. Il communique de façon cyclique (quelques dizaines de ms) avec plusieurs autres calculateurs comme décrit dans le tableau ci-dessous :

DonnéesSens de
communication
Calculateur
concerné
Trame contenant
la donnée
Période
Demande d'enclenchement
compresseur
air conditionnée
En entréeUnité centraleDONNEE
CLIMATISATION
100 ms
Contact pédale de freinEn entréeUnité centraleDONNEE
HABITACLE
50 ms
RVV enclenché
VitesseEn sortieUnité centraleDYNAMIQUE
VEHICULE
40 ms
Distance
Accélération
Régime moteurEn sortieUnité centrale
Calculateur
contrôle de stabilité
Calculateur
boîte de vitesse
automatique
Calculateur
suspension
DYNAMIQUE
MOTEUR
10 ms
Couple réelCalculateur
contrôle de stabilité
AC/OUTUnité centrale
Programme boîte de vitesse
sélectionné
En entréeCalculateur
boîte de vitesse
automatique
DONNEES
TRANSMISSION
60 ms
Température huile

DIAGNOSTIC - RECHERCHE DE PANNES

Le multiplexage offre aux réparateurs un diagnostic plus complet.
Par conséquent, le multiplcxage va modifier la méthodologie de recherche de pannes.

Systéme classique :


La défaillance d'un capteur peut entraîner un dysfonctionnement des fonctions gérées par le calculateur 1.

Système multiplexé :


La défaillance d'un capteur (géré par le calculateur 1) peut entraîner des dysfonctionnements sur d'autres fonctions (gérées par les calculateurs 2, 3, 4).
Il faut donc remonter la chaîne de l'information pour trouver l'origine de la panne (réseau, calculateur 1, capteur ou câblage).

Visualisation physique de la trame

Utilisation d'un oscilloscope :
Base de temps environ 10 µs/division, un bit durant 4 µs au débit de 250 kbits/s.

Numérotation et environnement de la prise centralisée.


Affectation des voies :
2bus diagnostic ISO 510bus diagnostic ISO 5
4masse15ligne L : bus diagnostic ISO 8
5masse16+ permanent
7ligne K : bus diagnostic ISO 8

Trame :


1 Dèbut de trame : signale aux diffèrents èquipement qu'une trame va être èmise
2 Identificateur : dèsigne le ou les èmetteurs de la trame et indique les prioritès
3 Commande : indique la nature du message (information, ordre, commande)
4 Données : fournit le contenu du ou des messages (valeurs, consignes)
5 Contrôle : permet de vérifier que les donnèes transmises ou reçues sont exactes (algorithme de contrôle)
6 Acquittement : indique la bonne rèception des donnèes (message envoyé par le rècepteur)
7 Fin de trame : signale aux diffèrents èquipements que la trame est terminèe (une nouvelle trame peut être èmise)

Affectation des voies blanches suivant équipement du véhicule.


CAN_H (voie 2) 3.72V à niveau haut et 2.52V à niveau bas, CAN_L (voie 1) 2.54V à niveau haut et 1.36V à niveau bas.

Les deux signaux sont symétriques par rapport à la valeur 2.5 V environ.
Le bus CAN est différentiel, il utilise deux signaux pour faire passer ses trames dans le but d'éliminer les parasites.
Pour reconstituer la trame réelle, il faut réaliser l'opération CAN_H - CAN_L (Avec l'oscilloscope, il faut inverser le signal CAN_L puis additionner les 2 voies).


Trame réelle. La valeur de la tension varie entre 0V à niveau bas et 2.32V à niveau haut.
Trame de 73 bits (avec 24 bits de données et 5 bits de stuffings), identificateur 388h, donnée "89 ed 54".

La trame d'erreur CAN :

La trame d'erreur, ou error frame, est émise par toute station qui détecte une erreur afin de le signaler aux autres stations.
Elle consiste en une série de 6 bits constitutifs dominants dérogeant à la méthode de bit-stuffing (lorsque 5 bits de même valeur sont émis, l'émetteur doit ajouter un 6ème bit de polarité inverse pour éviter la perte de l'horloge, la transmission n'étant pas synchrone).
Elle est aussitôt détectée par toutes les stations.
Une trame d'erreur est émise dans les cas suivant :
- Bit-error : Cette erreur est détectée par une station émettrice durant la transmission d'un bit, lorsque la valeur du bus ne correspond pas à la valeur transmise. Ceci bien sûr, en dehors des cas où la valeur du bit transmis et reçu peut être différent, comme par exemple durant l'arbitration.
- Stuff-error : Cette erreur est détectée par un récepteur, lorsque 6 bits consécutifs de même valeur sont reçus.
- CRC-error : Cette erreur est détectée par un récepteur, lorsque la valeur du CRC reçu ne correspond pas à la valeur du CRC qui a été calculée.
- Form-error : Certains endroits de la trame, comme par exemple le bit CRC-Del, sont à un niveau fixe et connu. Lorsqu'un de ces bits n'est pas conforme à la valeur attendue, une erreur de forme doit être générée par le récepteur de la trame.
- Acknowledgment-error : Cette erreur est détectée par le transmetteur d'une trame, lorsqu'aucune station n'a acquitté la trame émise.
La trame de surcharge, ou overload frame, sert à une station, qui ne serait pas prête à transmettre ou à recevoir, à générer un délai d'attente.
Cette trame est identique à une trame d'erreur, mais transmise juste avant que le bus ne devienne libre.

La gestion des erreurs

Lorsqu'une station détecte une erreur, elle doit immédiatement la signaler aux autres stations en envoyant une trame d'erreur et en détruisant ainsi la trame où l'erreur a été détectée.
S'il s'agit d'une erreur temporaire, comme un parasite sur le bus, la station émettrice retransmettra aussitôt la trame, et tout rentrera dans l'ordre.
Il peut arriver que l'erreur soit due à une défaillance du récepteur lui-même.
Dans ce cas, s'il est incapable de recevoir correctement une trame, la station défaillante risquera de détruire systématiquement toutes les trames transitant sur le bus, et bloquant irrémédiablement le réseau.
Afin de pallier ce genre problème, un mécanisme de gestion des erreurs de confinement est spécifié par le protocole CAN.
Chaque noeud possède deux compteurs d'erreurs, un pour les erreurs survenues en transmission - TEC -, un autre compteur pour les erreurs survenues lors de la réception - REC -.
Au démarrage un noeud se trouve en mode dit "Erreur Active".
Dans ce mode, il a le droit de transmettre des trames d'erreurs chaque fois qu'une erreur sera détectée.
Le compteur d'erreur correspondant sera alors incrémenté d'une valeur dépendant du type d'erreur détecté.
Lorsqu'un des deux compteurs aura atteint ou dépassé la valeur de 128, le noeud passera en mode "Erreur Passive".
Dans ce mode, il lui sera impossible de transmettre des trames d'erreurs actives, donc il lui sera impossible de détruire les trames sur le réseau.
Il continuera néanmoins à recevoir et transmettre normalement des trames.
Toute réception ou transmission correcte verra son compteur correspondant décrémenté.
Lorsque les deux compteurs auront retrouvé une valeur inférieur à 128, le noeud pourra de nouveau retrouver son état "Erreur Active".
Si, après être passé en "Erreur Passive", le noeud continu à détecter des erreurs, et que son compteur d'erreur en transmission dépasse 255, il n'aura plus le droit ni de transmettre ni de recevoir la moindre trame. Le noeud se trouvera alors en mode dit "Bus Off".
Il pourra cependant revenir dans un état normal, s'il détecte 128 fois 11 bits consécutifs dans un état récessif.
La figure suivante décrit ce mécanisme.


Ainsi, cette gestion, permet si un noeud est défaillant et incapable de recevoir ou de transmettre correctement une trame, d'être déconnecté du réseau et de ne plus perturber les autres noeuds.

Contrôleur Automobile Muxmètre Exxotest CVX200

Pour le contrôle complet et le diagnostic des circuits multiplexés CAN HS/LS et VAN
Notice d'utilisation

Testeur de lignes
- CAN High Speed (Norme ISO 11898), 1 Mbit/s, 800 kbit/s, 500 kbit/s, 250 kbit/s, 125 kbit/s, 100 kbit/s, 62.5 kbit/s, 50 kbit/s, 20 kbit/s et 10 kbit/s
- CAN Low Speed ou Fault Tolérance (Norme ISO 11519-2), 125 kbit/s, 100 kbit/s, 62.5 kbit/s, 50 kbit/s, 20 kbit/s et 10 kbit/s
- VAN Confort et Carrosserie (PSA) (Norme ISO 11519-3), 125 kbit/s et 62.5 kbit/s


Pourquoi le multiplexage ?
Avec, d'une part, la multiplicité des systèmes électriques embarqués dans les automobiles, la longueur et la complexité des faisceaux de fils utilisés pour le câblage électrique des voitures ...
... avec d'autre part, la volonté d'améliorer les fonctionnalités du véhicule et la nécessité d'accroître le dialogue entre les différents équipements ...
... les constructeurs ont utilisé une nouvelle technique bien connue et éprouvée dans l'industrie : le Multiplexage.
Ainsi, l'architecture électrique multiplexée permet de simplifier les faisceaux électriques et de réduire le nombre de composants électroniques tout en offrant un enrichissement des fonctions "client", à nombre de fils équivalent.
II permet également d'améliorer la sécurité de fonctionnement de certains systèmes en adoptant des modes de fonctionnement particuliers.
Un système multiplexé se différencie de l'ancienne technologie électrique par des commandes désormais numérisées. Contrairement aux signaux analogiques qui nécessitent l'affectation d'un câble spécifique, les différents types d'informations numériques transitent par une seule ligne composée de deux fils de cuivre sur lesquels circulent la totalité des informations : le bus.
Mais comme pour beaucoup d'autre avancées techniques que nous avons connues en automobile : Aujourd'hui nous disons "Véhicule Multiplexé" demain nous dirons "Véhicule"... car tous les véhicules seront multiplexés !

Les protocoles
Le protocole est le nom donné à un réseau multiplexé.
II en existe plusieurs à l'image des réseaux informatiques industriels.
Un protocole définit :
- Les caractéristiques "matérielles", c'est à dire le type de liaisons entre équipement.
- Le type des interfaces électroniques de ces équipements...
- Les caractéristiques "logicielles", c'est à dire le codage des informations en trames, les façons de les envoyer et de les gérer...
Les principales différences entre ces protocoles sont :
- La vitesses et la sécurité des transmissions.
- Les câblages des équipements.
- La longueur des données (trames).
- L'immunité contre les parasites et certaines pannes électriques.
- Le fonctionnement en modes dégradés.
Certains constructeurs utilisent plusieurs protocoles sur un même véhicule, ces choix sont dictés par :
- La stratégie même de chaque constructeur dans l'utilisation de cette technologie.
- Les caractéristiques des différentes solutions techniques.
- Le "standard de fait", de certaines de ces solutions.
Le mode dégradé est la faculté d'un réseau multiplexé à fonctionner si des pannes interviennent sur les équipements reliés ou s'il y a des défauts dans leur raccordement (fils coupés, fils en court-circuit, etc.)

Actuellement en Europe, trois protocoles principaux existent dans / l'automobile :
- Le bus CAN HS Controller Area Network High Speed (réseau local de contr6le, très utilisé dans l'industrie).
- Le bus CAN LS FT, Controller Area Network Low Speed Fault Tolerant (adaptation du CAN en bus tolérant certains défauts physiques) II Le bus VAN Véhicule Area Network (réseau local véhicule).
- Le bus VAN, Vehicle Area Network (réseau local véhicule).

Remarques
DT>Notions sur l'état de "veille" et "réveil" du réseau :
L'ensemble des réseaux multiplexés dispose de mécanismes qui permettent l'activation ou la désactivation des communications afin de limiter les consommations d'énergie inutiles.
Par exemple, l'information ([portière ouverte,, transmise de manière traditionnelle au calculateur de porte est ensuite retransmise aux autres I parties du véhicule par un ou plusieurs réseaux multiplexés.
Pour allumer un plafonnier, si le réseau est continuellement fonctionnel, l'information est effectivement automatiquement transmise aux autres . , équipements. Mais au bout de quelques jours, la batterie du véhicule serait complètement déchargée.
C'est pour cela que le réseau doit être "endormi" et réveillé le cas échéant.
En d'autres termes, un calculateur de porte dans ce cas, a la faculté d'activer d'autres équipements mis provisoirement en veille.
Un réseau en "veille" gère des niveaux électriques particuliers sur ses "fils" différents de la phase de fonctionnement normale.
Pour réveiller un réseau, il suffit de réveiller un calculateur qui y est raccordé.
Par exemple, un réseau carrosserie est réveillé en ouvrant la porte dont le calculateur y est raccordé.
Notions sur l'état "Economie d 'énergie" d'un réseau :
- Cet état fait référence à un mode de fonctionnement critique qui peut intervenir dans certaines phases "moteur non tournant" avec contact +ACC ou +APC.
C'est un mode de sécurité qui coupe toutes les fonctions électriques du véhicule à l'exception des dispositifs de démarrage et de commande des feux.
Le comportement sur les fils est identique au mode "veille".
Le mode normal ne peut être retrouvé qu'après démarrage du moteur.
Conclusion :
- La fonction "veille/réveil" permet la gestion de l'énergie électrique.
- Le contrôle d'un système multiplexé ne doit pas se faire dans une phase de veille, sauf pour vérifier le bon fonctionnement de la veille et du réveil !

Raccordement du Muxmètre CVX200 sur le véhicule

Effectuer les opérations dans l'ordre suivant :
1 Connecter les pinces d'alimentation du Muxmètre CVX200 aux bornes de la batterie du véhicule.
2 Sélectionner le mode de test approprié au réseau en manipulant le bouton (9). -
3 Repérer le branchement CANH/CANL ou DATA/DATA barre sur le faisceau du véhicule (si les fils ne sont pas repérés, essayer les deux possibilités de branchement)
Brancher les fils volants de l'appareil directement ou à l'aide des pics fils fournis sur le faisceau multiplexé à contrôler (CAN HS/LS ou VAN).
Mode "VAN"
But du test : Contrôler l'état du réseau VAN

Manipulations :
Commuter l'appareil en mode Test VAN en appuyant successivement sur le bouton (9) jusqu'a ce que le voyant (4) soit allumé.
Si une communication est détectée, l'appareil allume la LED verte (12)
Cependant, la détection d'une communication correcte n'est pas suffisante pour statuer sur un bon état du réseau VAN.
La communication peut être satisfaisante malgré des défauts physiques de lignes.
Autres erreurs possibles sur un bus VAN en dynamique :
Avertissement de surcharge du bus : un ou plusieurs calculateurs monopolisent la communication réseau.
Erreurs d'acquittement ou viol de trame : en VAN les trames ne sont acquittées que par les calculateurs consommateurs de la trame, cela signifie qu'un ou plusieurs calculateurs sont manquants ou la configuration du véhicule n'est pas correcte (chargeur CD configuré au niveau du véhicule mais absent ...)
Détermination du nombre de trames non acquittées par le nombre de clignotement du voyant (5) :
X : Chaque clignotement de la LED orange correspond à une trame (identificateur) non acquittée. II est possible de déterminer le nombre de trames non acquittées de la façon suivante :
X X X pause 2 s X X X signifie que trois trames ne sont pas acquittées, mais pas que trois calculateurs son absents (plusieurs trames différentes peuvent être adressées au même calculateur).

Mode "CAN HS Statique"
But du test : Contrôler le bon fonctionnement du réseau CAN
Procédure :
- Commuter l'appareil en mode Test Statique CAN HS en appuyant successivement sur le bouton (9) jusqu'à ce que le voyant (2) soit allumé.
Réaction de l'appareil :
Les réseaux CAN sont équipés de résistances de terminaison de 120 Ohm placées entre les deux fils du bus dans les calculateurs extrêmes du réseau.
Le Muxmètre CVX200 contrôle la valeur de ces résistances dans le mode "Test Statique", ce contrôle permet outre le test des résistances de ligne, d'examiner l'état physique du bus (bus coupé, fil en court circuit ...).
Si le test est correct, l'appareil allume la LED verte (12).
Si un défaut physique est constaté l'appareil allume les voyants correspondants aux erreurs physiques :

Mode "CAN HS Dynamique"
Manipulations :
Commuter l'appareil en mode Test Dynamique CAN HS ou LS en appuyant successivement sur le bouton (9) jusqu'à ce que le voyant (1) soit allumé
Si aucun défaut n'est constaté, l'appareil allume la LED verte (12)
Erreurs possibles sur un bus CAN en dynamique :
Avertissement de surcharge du bus : un ou plusieurs calculateurs monopolisent la communication réseau.
Erreurs de protocole : détection d'une trame de format invalide sur le réseau, cette trame n'a pas été acquittée par les autres calculateurs présents.
Les causes peuvent être les suivantes :
- Un calculateur seul est présent sur le réseau.
- Un ou plusieurs calculateurs fonctionnent à un mauvais débit (problème d'horloge hors tolérance, calculateur pas adapté au réseau ...).
- Problème de parasitage intempestif du réseau.

Mode "CAN LS FT"
But du test : Contrôler l'intégrité du réseau CAN LS FT.
Manipulations :
Commuter l'appareil en mode Test CAN LS en appuyant plusieurs fois sur le bouton (9) jusqu'à ce que le voyant (3) soit allumé.
Si une communication est détectée, l'appareil allume la LED verte (12).
Cependant, la détection d'une communication correcte n'est pas suffisante pour statuer sur un bon état du réseau CAN LS. En effet, ce réseau supporte certaines pannes physiques (d'où son appellation Fault Tolérant - Tolère la faute). La communication peut être satisfaisante malgré des défauts physiques de lignes.


Avertissement de surcharge du bus : un ou plusieurs calculateurs monopolisent la communication réseau.
Erreurs de protocole : détection d'une trame de format invalide sur le réseau, cette trame n'a pas été acquittée par les autres calculateurs présents

Les causes peuvent être les suivantes :
- Un calculateur seul est présent sur le réseau
- Un ou plusieurs calculateurs fonctionnent à un mauvais débit (problème d'horloge hors tolérance, calculateur pas adapté au réseau ...).
- Problème de parasitage intempestif du réseau

Utilisation du testeur de polarité TX12
Le TX12 effectue le contrôle d'une tension par rapport à la batterie du véhicule.
Raccordement :


Effectuer les opérations dans l'ordre suivant :
1. Connecter les pinces d'alimentation du Muxmètre CVX200 aux bornes de la batterie du véhicule.
2. Brancher le TX12 à la borne (9) du Muxmètre CVX200 et mettre en contact la pointe de touche avec la connexion, le fil ou la cosse à contrôler.
Interprétation des voyants du TX12 :

Etat des voyantsInterprétation des LED
Vert : la mesure est reliée à la masse batterie
Rouge : la mesure est reliée au plus batterie
Rouge et vert (impulsions) : commande fréquentielle (injecteurs, primaire bobine, bus multiplexé...)
Eteinte : aucune tension, ni plus, ni masse ; liaison coupée

Particularités :
Mieux qu'un multimètre, le TX12 fait la différence entre un point relié à la masse et un point "en l'air" (ni à la masse. ni au plus batterie).



Interprétation des "Codes Equipements" CAN
Le CVX200 permet de repérer les calculateurs présents ou absents sur le bus. Ce repérage s'effectue grâce à des voyants situés au dos de l'appareil.


Légende des voyants :
1A - Allumé vert : fait référence à une trame qui est destinée à un équipement (code 1A).
1B - Allumé rouge : fait référence à une trame qui est destinée à un équipement (code 38 = 1 B + 20)
12 - Clignotant vert/ rouge : fait référence à deux trames qui sont destinées à des équipements (code 12 et 32 = 12 + 20)
0A - Eteint : Pas de trame destinée à l'équipement (OA).
Interprétation des "Codes Equipements" VAN


Légende des voyants :
1A - Allumé vert : fait référence à un équipement (1A) qui est présent sur le bus et qui reçoit des trames qu'il acquitte..
12 - Allumé rouge : fait référence à un équipement (12) qui n'acquitte pas les trames qui lui sont destinées (l'équipement est endommagé ou absent).
0A - Eteint : Pas de trame destinée à l'équipement (OA).

Correspondance des Codes Equipements VAN PSA

EquipementsUCCode
Hexa
EquipementsUCCode
Hexa
Equipements I/O 16 (BSM...)-00 Additivation Gazole (FAP)128210
Ecran multifonctions721502Unité Centralexx12
Airbag657004Aide au Stationnement700514
Télécommande au volant850306Changeur de CDs841516
Navigation850007Mémorisation Siège Conducteur903117
COM 2000CV0008Toit Ouvrant Rang 1681118
Module Auto Ecole200609Porte Latérale Coulissante623919
Autoradio84100AToit Ouvrant Rang 268121C
Allumage Automatique des Feux90050CPlatine Porte Passager90501D
Alarme86000DCombiné00041E
Climatisation80600EToit Ouvrant Rang 368131F

Correspondance des Codes Equipements CAN Inter-Systèmes PSA

EquipementsUCCode
Hexa
EquipementsUCCode
Hexa
Amplificateur de freinage01 Suspension / AMVAR771511
Contrôle Centrale Alterno-Démarreur190002Unité Centralexx12
Régulateur de Vitesses731004Direction Assistée712715
Capteur d'Angle Volant770005Capteur Accélération780416
Contrôle Machine Alterno-Démarreur190206Testeur Embarqué-18
Contrôle Moteur132008Capteur AccélérationLatérale-19
Boîte de vitesse automatique
ou embrayage
163009Chargeur-1A
Calculateur GPL18000CTesteur Débarqué-1C
ABS ou ASR78000DCorrecteur Dynamique de Site de Phares66051F
Climatisation80250E



Note : dans ces pages, informatives essentiellement (mon site n'a aucun connexion commerciale et ne me rapporte rien, financièrement), je parle du xx, d'où ce courrier :

Bonjour
Je fais suite à une publication sur votre site concernant le xx.
Le xx, intégré par le groupe PSA sur sa gamme de véhicule Peugeot Citroën et de bien d'autres constructeurs sous diverses appellation est une invention de xx protégé par 3 brevets européens, la marque xx enregistré à l'Inpi et par le copyright valable sur 162 pays.
Un clic sur la bannière du mail vous permettra de remonter aux sources de cette innovation.
A titre anecdotique tout était géré par un seul calculateur doté d'une mémoire flash en 1986 et le "diagnostic contrôle" par minitel était entièrement gratuit. Plusieurs milliers de voitures en sont toujours équipés (voir la revue de presse et les clips vidéo). Depuis 1999, le groupe Siemens, partenaire de PSA, a repris la fabrication de ce système.
En conclusion je vous demanderai de bien vouloir me citer en tant qu'auteur de cette invention tant sur le plan matériel que logiciel.
xx

Donc, je ne parle plus que de "l'unité centrale", à moins que quelqu'un n'en ait également les droits...