Le protocole CAN FD

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Description détaillée

Le nombre de calculateurs et de fonctions augmente constamment dans les véhicules depuis quelques années. De plus les évolutions des aides à la conduite demande des vitesses de transfert de plus en plus élevées pour permettre aux véhicules de réagir le plus rapidement possible.

Le protocole CAN High Speed ne suffit plus à gérer ces fonctions, cependant des protocoles plus rapides sont déjà utilisés dans les véhicules pour le remplacer (Flexray, Ethernet, ...). 

Ces réseaux sont bien différents du CAN High Speed par leurs caractéristiques physiques (Bus, calculateurs,...) et logiciel (structure des trames,...). Ils représentent donc un coût supplémentaire non négligeable pour les constructeurs automobiles.

Le protocole CAN FD (Flexible Datarate) pour "taux de données flexible" est une évolution du CAN qui augmente le débit de données et la longueur des messages pouvant être transmis. 

 

 

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Les points communs avec le CAN High Speed

 

Méthode d'accès :

Comme le réseau CAN High Speed, le protocole CAN FD est régis par la norme ISO 11898-1. 

Il fonctionne selon la méthode CSMA (Carrier Sense Multiple Access), c'est à dire qu'un calculateur peut émettre un message sur le réseau dès qu'un évènement se produit.

La problématique étant que si le réseau est en cours d'utilisation, il y a un risque de collision des messages et de destruction de ceux-ci. Pour éviter ces dysfonctionnements, les calculateurs vont "écouter" le réseau lors de l'envoi de l'information.

Il peut alors se produire deux situations :

• Le calculateur a attendu un "silence" sur le réseau pour émettre son information.
• Une notion de priorité est attribuée aux messages envoyés en même temps, cette priorité est définie par le bit d'arbitrage. ("0" dominant ou "1" récessif).

On dit alors que les calculateurs évitent les collisions ("Collision Avoidance").

Contrôle des messages :

Le contrôle de la conformité des données envoyées est réalisé par la méthode du CRC (Cycle Redundancy Check). 

Le principe est d'associer un message à transmettre et un code de sécurité selon un algorithme propre au protocole. Le CRC est envoyé en même temps que le message, il permet de valider le contenu des données et le cas échéant de corriger les erreurs.

 

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Les particularités

 

Pour une trame CAN HS, l'intégralité de la trame est envoyée à la même vitesse. La taille des données ne peut excéder 1 octet (8 bits).

Pour le CAN FD, on parle de taux de données flexible car il est capable de moduler sa vitesse de transfert dans une même trame. La vitesse de transfert est augmentée sur les champs "commande", "données" et contrôle".

De plus, la taille des données pouvant être transmises est multipliée par huit (8 octets ou 64 bits).

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Utilité du CAN FD

Capacité :

La possibilité de transmettre plusieurs lots de données dans un seul message simplifie l'administration des données. De plus, il est possible d'envoyer 8 fois plus de données dans le même temps qu'un message de CAN HS.

Cela permet de transmettre les messages prioritaire beaucoup plus rapidement et d'améliorer la capacité en temps réel. C'est particulièrement utile pour les calculateurs de gestion des aides à la conduite qui doivent permettre au véhicule de réagir le plus vite possible.

Sécurisation des données :

Les clés de contrôle CRC sont plus longues et avec des algorithmes adaptés à l'augmentation de la longueur des données. Le CAN répond aux mêmes exigences de sécurité que le CAN HS.

Adaptabilité :

Des réseaux plus rapides que le CAN HS existent déjà (Flexray, Ethernet, etc...), mais leurs intégrations dans un environnement CAN est complexe et nécessite une conversion complète des éléments présent sur le réseau.

L'utilisation du CAN FD permet une intégration plus facile. En effet, les calculateurs fonctionnant en CAN FD peuvent également fonctionner en CAN HS. Cela permet une conversion progressive des éléments présent sur le réseau du véhicule.

 

 

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Topologie et représentation constructeur

 

Le réseau CAN FD peut être utilisé en topologie libre ou bien en topologie série (Daisy chain). C'est le constructeur qui définira la structure adéquate en fonction des caractéristiques du véhicule.

Il est nécessaire de se conformer à la documentation du constructeur pour définir la topologie utilisée.

Exemple de représentation :

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Méthodes et pratiques

Il est possible de contrôler l'intégrité physique du faisceau (isolation et continuité) entre les différents éléments communiquant sur le réseau.

A l'aide des outils de mesures adéquats, le technicien intervenant sur le réseau pourra réaliser tout un panel de contrôle.

Les tensions de fonctionnement du réseau :

• Le fil CAN H doit être compris entre 2.5V et 5V.
• Le fil CAN L doit être compris entre 0V et 2.5V.

L'addition des deux tensions doit être égale à 5 Volts.

Les résistances de terminaison de ligne :

• Les calculateurs présent en bout de réseau possèdent une résistance d'une valeur de 120 Ohms.
• Il est possible de mesurer la valeur de résistance équivalentes du réseaux qui sera alors d'environ 60 Ohms.

La trame :

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Impact sur les compétences en atelier

Les techniciens intervenant sur des systèmes communiquant grâce à ce protocole vont devoir adapter leurs méthodes de diagnostic.

Ils devront maitriser l'utilisation de l'oscilloscope et de l'outil de diagnostic informatique.
En effet, seul l'oscilloscope permettra de distinguer une trame CAN HS d'un trame CAN FD. l'outil de diagnostic permettra de dialoguer avec les calculateurs présent sur le réseau.

Il leur sera également demandé de maitriser l'utilisation de la documentation technique et notamment des synoptiques pour distinguer les réseaux dialoguant en CAN FD des autres réseaux.