Volante e bus CAN: architettura dei segnali elettronici

Storia dei bus nell'automotive

Prima dell'arrivo del CAN all'inizio degli anni '90, ogni funzione elettrica aveva il suo cablaggio dedicato. Il peso e la complessità dei cablaggi avevano raggiunto una soglia critica. Bosch ha sviluppato il Controller Area Network per consentire a più centraline di condividere lo stesso mezzo. Il protocollo è diventato uno standard internazionale, formalizzato nella famiglia ISO 11898.

Successivamente, altri protocolli hanno completato il CAN a seconda dell'uso: LIN per funzioni lente a basso costo, MOST per il multimedia, FlexRay per applicazioni con forti vincoli in tempo reale, e più recentemente Automotive Ethernet (IEEE 802.3bw e successivi) per lo streaming video, l'ADAS e le architetture cosiddette zonali.

CAN classico e CAN-FD: base della rete

Il CAN classico trasporta frame brevi (massimo 8 byte di dati utili) a una velocità che raggiunge 1 Mbit/s su brevi distanze. Il bus utilizza due fili intrecciati, CAN-H e CAN-L, con una terminazione di 120 ohm a ciascuna estremità.

CAN-FD: estensione naturale

Il CAN-FD (Flexible Data-rate), specificato in ISO 11898-1:2024, consente di aumentare il carico utile a 64 byte e di portare la velocità di trasmissione nella fase dati a diversi Mbit/s. Rimane compatibile con il CAN classico a livello fisico sulla maggior parte delle installazioni recenti. È diventato lo standard de facto sui veicoli progettati dopo il 2018-2020.

LIN: bus semplice per funzioni lente

Il bus LIN (Local Interconnect Network) è specificato nella norma ISO 17987. Funziona in modalità master-slave su un singolo filo con ritorno tramite la massa del veicolo. La velocità massima è di 19,2 kbit/s. È volutamente modesta: il LIN non è progettato per applicazioni critiche.

Gli usi tipici intorno al volante sono i pulsanti audio di base, l'illuminazione dei tasti, a volte il rilevamento della presenza delle mani sui modelli meno recenti. Il basso costo dell'elettronica LIN spiega la sua presenza duratura nei segmenti di ingresso e di fascia media, anche se il CAN sta guadagnando terreno progressivamente.

FlexRay e Automotive Ethernet: le alte velocità

FlexRay (norma ISO 17458) è stato sviluppato per applicazioni con elevati vincoli in tempo reale: controllo del telaio, frenata attiva, sterzo by-wire. La sua velocità raggiunge i 10 Mbit/s su due canali. Il protocollo è deterministico, il che garantisce un tempo di trasmissione delimitato. Ha equipaggiato le BMW Serie 7 a partire dal 2006, poi altri modelli premium.

Automotive Ethernet (1000BASE-T1, 10GBASE-T1) sta guadagnando importanza con l'ADAS e le architetture centralizzate. Le velocità raggiungono diversi Gbit/s su coppia intrecciata. Per il volante stesso, l'Ethernet rimane indiretto: i comandi passano ancora tramite CAN, ma i flussi video delle telecamere e le telemetrie del veicolo transitano tramite Ethernet verso le centraline di dominio.

Gateway e architettura orientata al dominio

Su un veicolo moderno, i diversi bus non sono tutti interconnessi direttamente. Un gateway centrale funge da router: riceve i messaggi da un bus, ne filtra alcuni, ne converte altri e li ritrasmette al segmento corretto. Questa suddivisione risponde a tre esigenze: isolare le funzioni critiche, gestire la cybersicurezza, ottimizzare la larghezza di banda.

Le architetture recenti si evolvono verso strutture cosiddette a zone, rese popolari in particolare da Tesla e poi adottate da altri costruttori. Le centraline locali sono raggruppate per posizione fisica nell'auto, più che per funzione. Il volante, in questo schema, si collega alla centralina di zona anteriore che aggrega i suoi segnali con quelli del cruscotto.

Come il volante si inserisce nella rete

Concretamente, sulla maggior parte dei veicoli, ecco la catena:

1. I tasti sono scansionati da un microcontrollore locale al volante.
2. Il microcontrollore codifica lo stato dei tasti in un frame, trasmesso tramite LIN o CAN al contatto rotante.
3. Il contatto rotante mantiene il collegamento elettrico nonostante la rotazione del volante.
4. Il segnale arriva a una centralina della colonna o direttamente al BCM tramite il gateway.
5. Il BCM o la centralina target esegue l'ordine (volume, velocità, modalità ACC, ecc.).

Una riprogettazione del volante in linea di principio non influisce sul gateway. Ma implica il microcontrollore del volante e il contatto rotante, due componenti che possono essere danneggiati o rimontati male. È qui che un'officina specializzata fa la differenza.

Raccomandazione pratica

Se si sta valutando una riprogettazione su un veicolo recente dotato di sistemi di assistenza alla guida avanzati, chiedere all'officina di identificare esplicitamente, sul preventivo, i bus coinvolti. Una scheda chiara che menzioni i protocolli interessati (LIN, CAN, ecc.) dimostra che il fornitore comprende ciò che sta manipolando.

Per i veicoli più vecchi (prima del 2010), la maggior parte delle funzioni del volante passa attraverso un cablaggio relativamente semplice e il rischio elettronico è minore. Per i veicoli recenti, richiedere un rapporto diagnostico completo prima e dopo l'intervento. Questa è l'unica garanzia oggettiva che nulla è andato perso lungo il percorso.