Qu'est-ce qu'un bus CAN et quel rôle joue-t-il dans les systèmes automobiles ?

Jul 20, 2023

Un véhicule moderne peut avoir plus de 70 ordinateurs à bord. C'est ainsi que ces systèmes se parlent.

Vous êtes monté dans votre voiture, avez appuyé sur le bouton de démarrage et le moteur a pris vie en un rien de temps, mais comment votre voiture a-t-elle décidé si elle devait démarrer ou non ?

Eh bien, pour faire démarrer la voiture, plusieurs antennes et unités de contrôle électronique ont communiqué avec le porte-clés. Le protocole CAN (Controller Area Network) garantit que la communication entre votre porte-clés, vos antennes et vos ECU se déroule correctement à l'intérieur de votre voiture.

Alors, qu'est-ce que le protocole CAN et comment aide-t-il les appareils des systèmes de votre véhicule à fonctionner ensemble ? Eh bien, découvrons.

À l'époque, les voitures n'avaient pas beaucoup d'électronique. En fait, si vous vouliez démarrer votre véhicule au début des années 1900, vous deviez sortir de votre véhicule et lancer le moteur à la main.

Les voitures d'aujourd'hui, au contraire, ont plusieurs capteurs électroniques, et les appareils électroniques surveillent tout, de la température de l'habitacle aux révolutions du vilebrequin.

Cela dit, les données reçues de ces capteurs n'ont aucune valeur tant qu'elles ne sont pas traitées. Ce traitement de données est effectué par des dispositifs informatiques connus sous le nom d'unités de contrôle électronique (ECU).

Contrairement à un ordinateur doté d'un seul processeur, une voiture possède plusieurs calculateurs, chacun étant chargé d'effectuer une tâche particulière. Bien que ces calculateurs puissent effectuer efficacement une seule tâche, ils doivent fonctionner ensemble pour garantir le bon fonctionnement de fonctionnalités telles que l'ABS et l'ESC.

Pour cette raison, tous les ECU d'une voiture doivent être connectés. On pourrait utiliser une topologie point à point pour établir ces connexions, où chaque ECU est connecté directement à tous les autres ECU. Cependant, cette architecture rendrait le système complexe. En fait, un véhicule moderne compte plus de 70 ECU, et les connecter de manière individuelle augmenterait le poids du câblage de manière exponentielle.

Pour résoudre ce problème, Bosch, avec Mercedes-Benz et Intel, a créé le protocole Controller Area Network en 1986. Ce protocole permettait aux calculateurs de communiquer entre eux à l'aide d'un bus de données partagé appelé bus CAN.

Le protocole CAN est une méthodologie de communication basée sur les messages qui repose sur un ensemble de câbles à paires torsadées pour la transmission de données. Ces fils sont appelés CAN high et CAN low.

Pour permettre la transmission de données sur ces fils, leurs niveaux de tension sont modifiés. Ces changements de niveaux de tension sont ensuite traduits en niveaux logiques permettant aux calculateurs d'une voiture de communiquer entre eux.

Pour transmettre la logique un sur le bus CAN, la tension des deux lignes est réglée sur 2,5 volts. Cet état est également connu sous le nom d'état récessif, ce qui signifie que le bus CAN est disponible pour une utilisation par n'importe quel ECU.

Au contraire, le 0 logique est transmis sur le bus CAN lorsque la ligne CAN high est à une tension de 3,5 volts et la ligne CAN low est à 1,5 volts. Cet état du bus est également connu sous le nom d'état dominant, qui indique à chaque ECU du système qu'un autre ECU transmet, ils doivent donc attendre la fin de la transmission avant de commencer à transmettre leur message.

Pour activer ces changements de tension, les ECU de la voiture sont connectés au bus CAN via un émetteur-récepteur CAN et un contrôleur CAN. L'émetteur-récepteur est responsable de la conversion des niveaux de tension sur le bus CAN en niveaux que l'ECU peut comprendre. Le contrôleur, quant à lui, est utilisé pour gérer les données reçues et s'assurer que les exigences du protocole sont remplies.

Tous ces calculateurs connectés au bus CAN peuvent transmettre des données sur le câble torsadé, mais il y a un hic, seul le message avec la priorité la plus élevée peut être transmis sur le bus CAN. Pour comprendre comment un calculateur transmet des données sur le bus CAN, nous devons comprendre la structure des messages du protocole CAN.

Chaque fois que deux calculateurs veulent communiquer, des messages avec la structure ci-dessous sont transmis sur le bus CAN.

Ces messages sont transférés en modifiant les niveaux de tension sur le bus CAN, et la conception à paire torsadée des fils CAN empêche la corruption des données pendant la transmission.

En plus des bits ci-dessus, le protocole CAN a quelques bits réservés pour une utilisation future.

Maintenant que nous avons une compréhension de base de ce à quoi ressemble un message sur le bus CAN, nous pouvons comprendre comment les données sont transmises entre différents calculateurs.

Pour simplifier, supposons que notre voiture dispose de 3 ECU : Node 1, Node 2 et Node 3. Sur les 3 ECU, Node 1 et Node 2 veulent communiquer avec Node 3.

Voyons comment le protocole CAN permet d'assurer la communication dans un tel scénario.

Bien que la structure de message utilisée par le protocole CAN reste la même, la vitesse de transmission des données et la taille des bits de données sont modifiées pour transférer des bandes passantes de données plus élevées.

En raison de ces différences, le protocole CAN a différentes versions, dont un aperçu est donné ci-dessous :

Le protocole CAN permet à plusieurs calculateurs de communiquer entre eux. Cette communication active des fonctionnalités de sécurité telles que le contrôle électronique de la stabilité et des systèmes avancés d'assistance à la conduite tels que la détection des angles morts et le régulateur de vitesse adaptatif.

Cela dit, avec l'avènement de fonctionnalités avancées telles que la conduite autonome, la quantité de données transmises par le bus CAN augmente de façon exponentielle. Pour activer ces fonctionnalités, de nouvelles versions du protocole CAN, comme le CAN FD, arrivent sur le marché.

Nischay est diplômé en génie électronique et communication avec un don pour simplifier la technologie au quotidien. Il rend la technologie facile à comprendre depuis 2020, en travaillant avec des publications telles que Candid.Technology, Technobyte, Digibaum et Inkxpert. De plus, Nischay aime la technologie automobile et travaille comme ingénieur chez Stellantis depuis deux ans. Il connaît parfaitement les caractéristiques qui rendent les voitures d'aujourd'hui plus sûres et plus faciles à conduire.