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Fiche N° 76

Multiplexage : le principe de fonctionnement des calculateurs

1 - Historique.

Depuis les années 1960, la longueur de câble utilisée dans les véhicules ne cesse d'augmenter pour atteindre les 2 Km à la fin dans les années 1990.

Les normes de pollution, le souhait d'abaisser la consommation, d'augmenter la sécurité et d'accroître le confort de conduite oblige les constructeurs à multiplier les capteurs et les actionneurs dans les véhicules. Le multiplexage s'impose aujourd'hui dans tous les véhicules, les matériels agricoles, les avions, les bateaux, les applications industrielles, la domotique…

En 1983, la société BOSCH lance un projet interne en partenariat avec l'université Karlsruhe pour développer une solution de multiplexage. Le bus CAN (Control Area Network).

En 1985, les premiers composants équipent la première voiture commercialisée (Mercedes classe S).

Depuis 1992, l'utilisation du bus CAN dans l'automobile s'accentue sur les véhicules haut de gamme et devient indispensable aujourd'hui.

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2 - Avantages du multiplexage :

  • Diminution du nombre de capteurs ( 1 même capteur peut être utilisé par plusieurs calculateurs.)
  • Diminution du nombre de câbles, de connexions.
  • Simplification du câblage.
  • Diminution des coûts de construction.
  • Maintenance facilitée : localisation des pannes à l'aide d'un logiciel de diagnostic.

3 - Le bus CAN

Le bus CAN

Calculateur :

  • ECU : Electronic Control Unit.
  • ECM : Electronic Control Module.

Les calculateurs sont connectés à 2 fils réseaux appelés BUS. Les calculateurs reçoivent et émettent des informations sur le BUS selon un protocole. C'est le protocole CAN (Controller Area Network) qui est utilisé dans l'automobile et les engins.

Il existe 3 types de transmission dans le CAN.

  CAN Low Speed CAN High Speed CAN FD
Débit 125 kb/s De 125 kb/s à 1Mb/s De 500 kb/s à 4Mb/s
Nombre de nœuds 2 à 20 2 à 30 2 à 30
Courant de sortie > 1mA sur 2,2 KΩ 25 à 50 mA sur 60 Ω 25 à 50 mA sur 60 Ω
Niveau dominant CAN H = 4V
CAN L = 1V		 CAN H = 3,5V
CAN L = 1,5V		 CAN H = 3,5V
CAN L = 1,5V
Niveau récessif  CAN H = 1,75V
CAN L = 3,25V		 CAN H = CAN L = 2,5V CAN H = 2,5V
CAN L = 1,5V
Caractéristiques du câble 30 pF entre CAN H & CAN L 2 * 120 Ω entre CAN H & CAN L 2 * 120 Ω entre CAN H & CAN L
Tensions d'alimentation 5V 5V 5V

 

  • CAN Low Speed ou CAN - LS. Ce bus affiche un débit maximum de 125 Kb/s et peut raccorder jusqu'à 20 calculateurs. Il est utilisé pour la radio, la climatisation, les sièges…
  • CAN High Speed ou CAN -HS. Ce bus affiche un débit maximum de 1 Mb/s et peut raccorder jusqu'à 30 calculateurs. Il est utilisé pour les équipements de sécurité, boite de vitesse, la suspension…
  • CAN FD (Flexible Data rate). Évolution du CAN avec un débit de données plus important jusqu'à 4 Mb/s.
Réseau CAN électrique

Sur un même véhicule (Fig. B) plusieurs types de transmission peuvent être utilisés.

4 - CAN Low Speed

CAN low speed

Le mode de transmission Low Speed est composé de 2 fils torsadés dans lesquels passent des informations codées (trame) envoyées et reçues par les calculateurs. Un des fils correspond au CAN L et l'autre est le CAN H.

 Le codage s'effectue en fonction d'une différence de tension. Le calculateur détecte un bit récessif ( = 1) si la différence de tension entre le CAN L et CAN H est de 1.5V.

Le calculateur détecte un bit dominant ( = 0) si la différence de tension entre le CAN L et CAN H est de 3V.

Chaque calculateur possède des résistances de terminaison dont la valeur peut varier d'un montage à l'autre.

5 - CAN High Speed

CAN high speed

Le mode de transmission High Speed est composé de 2 fils torsadés dans lesquels passent des informations codées (trame) envoyées et reçues par les calculateurs. Un des fils correspond au CAN L et l'autre est le CAN H.

Le codage s'effectue en fonction d'une différence de tension. Le calculateur détecte un bit récessif ( = 1) si la différence de tension entre le CAN L et CAN H est de 0 V.

Le calculateur détecte un bit dominant ( = 0) si la différence de tension entre le CAN L et CAN H est de 2V.

La ligne du bus possède des résistances de terminaison. (2 résistances de 120 Ohms)

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6 - Le réseau bus

CAN high speed perturbation

Les fils du réseau bus sont torsadés afin de supprimer les parasites électromagnétiques.

Les parasites se produisent simultanément sur les 2 fils torsadés. La différence de potentiel reste inchangée.

Les fils peuvent être blindés s' ils se trouvent à proximité des moteurs électriques.

Réseau bus CAN

Sur la Figure E, est représenté un réseau bus CAN High Speed.

On retrouve :

  • Les 2 résistances de terminaison de 120 Ω.
  • Le fil CAN H de couleur rouge.
  • Le fil CAN L de couleur vert.
  • La prise de diagnostic OBD (On Board Diagnostic).
  • 3 Calculateurs.

Les calculateurs sont reliés au réseau bus. Ils sont alimentés (+ batterie et + après contact) et reliés à la masse du véhicule.

Ils possèdent des entrées (contacts, capteurs, potentiomètres…) et des sorties. Elles peuvent être en TOR (Tout Ou Rien), proportionnelles analogiques, proportionnelles PWM.

Les calculateurs possèdent également une masse calculateur pour le bon fonctionnement de certaine entrée / sortie. C'est pour cela que pour toute modification électrique sur un circuit multiplexé ( ajout d'un relais, feu, gyrophare…), il est fortement conseillé de repartir d'un + batterie protégé par un fusible et de relier les récepteurs à la masse châssis.

Les calculateurs émettent et reçoivent des informations qui circulent dans le réseau bus. Chaque calculateur active ses sorties en fonction de toutes les informations reçues qui lui sont utiles. C'est-à-dire qu'un même capteur peut être utilisé par différents calculateurs.

7 - Les prises diagnostics

Prise dignostic OBD

Pour les VU (Véhicules Utilitaires), VL (Véhicules Légers), VI (Véhicules Industriels) la prise diagnostic est rectangulaire avec 16 broches.

Pour les machines agricoles et engins de TP, la prise diagnostic est cylindrique avec 12 broches.

Prise rectangulaire :

  • 1 : +12 Volts après contact.
  • 4 : Masse châssis.
  • 5 : Masse signal.
  • 6 : CAN H.
  • 14 : CAN L.
  • 16 : + 12V batterie.

Prise cylindrique :

  • A : + après contact.
  • B : Masse châssis.
  • C : + batterie.
  • H : CAN H.
  • G : CAN L.

8 - Test

Test résistances de terminaison calculateurs

Il est possible sur une transmission CAN High Speed de contrôler la continuité du réseau en mesurant la résistance entre CAN H et CAN L. Attention le contact du véhicule doit être coupé.

La résistance équivalente des 2 résistances de terminaison (120Ω) doit être de 60Ω.

  • Si R > 60Ω : rechercher une coupure de ligne.
  • Si R < 60Ω : rechercher un court-circuit entre les lignes.

Recommandations :

Avant toutes interventions électriques sur un engin multiplexé, il faut débrancher la batterie.

Rappel : il est conseillé de débrancher en premier la borne négative de la batterie afin d'éviter le risque de court-circuit entre la borne + et le châssis. Pour rebrancher la batterie, il faut d'abord connecter la borne positive pour éviter des surtensions.

Avant de réaliser des opérations de soudure, il faut débrancher les calculateurs.

Il faut attendre environ 2 minutes après la coupure du contact pour que les communications soient terminées avant de débrancher la batterie.

Il faut attendre environ 1 minute après le rebranchement de la batterie avant de démarrer le véhicule (anti scanning).

Multiplexage : Principe de fonctionnement du réseau CAN : tests et conseils

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