Al giorno d'oggi la vita degli amanti del DIY (Do It Yourself, fai da te) dell'auto si fa sempre più difficile, vuoi perchè i progettisiti sono portati a ridurre i costi di assemblaggio, il che però di solito va in direzione opposta alla facilità di intervento, vuoi perchè oggettivamente i dispositivi ausiliari all'interno dell'auto sono aumentati rendendo sempre più affollato il vano motore, ed infine perchè la parte elettronica ha acquisito un'importanza preponderante, rendendo però impossibile l'intervento su di essa senza disporre di strumentazioni di costo non accessibile ai privati.
Questo però non toglie che l'appassionato di auto (e normalmente chi compra una MINI lo è...) sia curioso di conoscere il funzionamento del proprio veicolo negli aspetti normalmente sconosciuti ai più, ed è in quest'ottica che sono nate le pagine che si propongono di spiegare in maniera dettagliata la struttura ed il funzionamento dei componenti elettronici presenti sulle MINI.
Tradizionalmente, per azionare un qualunque dispositivo elettrico di un’automobile (ad es. luci, tergicristallo, avviamento motore), i costruttori hanno sempre usato il ben noto sistema di far partire un filo da una sorgente di energia (batteria), attraversare un fusibile, un interruttore fino al dispositivo in oggetto e quindi utilizzare la massa del veicolo per il ritorno. In questo modo, azionando lo specifico interruttore o pulsante si attivava il dispositivo corrispondente. Con la crescente complessità delle auto moderne, ovvero con il proliferare di accessori elettrici ed elettronici, questo sistema è diventato ben presto troppo oneroso, vista la gran quantità di fili richiesti e la conseguente fonte di possibili guasti. I progressi fatti dall’industria informatica hanno reso disponibili ai progettisiti di automobili nuove tecnologie, e così i sistemi di indirizzamento basati su reti locali hanno fatto la loro comparsa anche sull’auto.
Tutti i sistemi elettrici della MINI sono interconnessi attraverso un sistema di canlaggio (wiring harness), ovvero un fascio di cavi che viaggia all’interno dell’auto e che viene assemblato specificamente per la singola auto in funzione degli optional che sono stati richiesti al momento dell’ordine e quindi installati in fabbrica. Inoltre, ci sono altri cablaggi specifici dentro ad ogni portiera ed alla plancia, ancora una volta in funzione degli optional installati. Tutto ciò descrive il sistema di cablaggio all’interno dell’auto da un punto di vista fisico, ma di natura ben più complessa è l’architettura dei segnali logici, che supervisionano a tutti i sistemi e alle funzioni vitali dell’auto. I singoli segnali logici viaggiano su conduttori all’interno del sistema di cablaggio e sono in formato digitale. La loro funzione è quella di trasportare informazioni tra i sensori, gli attuatori (relays, motori) e i dispositivi di controllo (control unit) presenti sull’auto e contribuiscono al funzionamento dei sistemi di bordo, per lo più in background, ovvero in modalità “silenziosa“ rispetto al guidatore. Questi segnali, raggruppati e convogliati su due o più conduttori, sono identificati come “bus” – un termine mutuato dall’industria informatica che identifica con bus un insieme di segnali che interconnette le varie parti di un computer o il computer alle periferiche. Ogni bus, utilizzando segnali elettrici, trasporta dei messaggi (pacchetti), ognuno dei quali è composto da una parte “indirizzo”, una parte “comandi” e una parte “dati”. Quando sul bus è inviato un comando, tutti i dispositivi collegati al bus il cui indirizzo è diverso da quello indicato nel pacchetto lo ignorano, mentre quando il pacchetto raggiunge il dispositivo specificato nell’indirizzo, questo esegue il comando a lui pertinente. Il bus può gestire anche un traffico bidirezionale, nel senso che il dispositivo remoto può a sua volta inviare informazioni di ritorno al “controller“.
La MINI ha in totale cinque cosiddetti “data bus system”: il K-bus, l’I-bus, il CAN-bus, il D-bus e il DS2-bus.
Il K-bus (dal tedesco Karosserie – abitacolo) è il bus che permette lo scambio di messaggi tra i vari componenti dell’auto ed è anche definito “event driven bus”. Su questo bus ad eventi diversi vengono assegnate priorità diverse, quindi a certi messaggi verrà riservato un trattamento prioritario rispetto ad altri. Il K-bus è costituito da una tripletta di coduttori bianco-rosso-giallo, ed è un bus relativamente lento – i dati viaggiano a pochi kbit al secondo – e connette dispositivi come il modulo di comando del tetto apribile, i sensori di pioggia (quando sono installati i tergicristalli ad azionamento automatico), il modulo di comando dei tergicristalli, il modulo di regolazione dei fari (per i fari allo Xenon), i comandi presenti sul volante, il sistema immobilizzatore (quindi la chiave di accensione e l’antifurto), sistema di monitoraggio della pressione dei pneumatici, il sistema di gestione degli airbag (MRS) e il “Body Control Module” (BCM o BC-1), la centralina che supervisiona al funzionamento di tutti i dispositivi/accessori interni o esterni dell'auto, nota anche come General Module. Anche il climatizzatore condivide questo bus, così come altri dispositivi di illuminazione o di servizio generico dentro all’abitacolo. Tutti questi dispositivi possono colloquiare con il Body Control Module appoggiandosi a questo bus, dove ovviamente priorità più alta sarà asseganata a quei dispositivi attinenti alla sicurezza rispetto a quelli relativi, ad esempio, all’intrattenimento. Il Body Control Module comunica anche con il cluster della strumentazione per fornire informazioni visive al guidatore. Il Body Control Module ha la priorità più alta su questo bus, e i suoi messaggi “scavalcano” qualunque altro messaggio. Tutti i dispositivi su questo bus ricevono tutti i messaggi, ma visto che ogni messaggio ha un indirizzo nella testata (header), solo il dispositivo specificamente indirizzato risponderà. Questo bus è progettato con una struttura “ad albero”, dove ogni modulo possiede il suo specifico ramo. In questo modo anche un guasto sui transceiver di uno specifico modulo non impedisce ai messagi di raggiungere regolarmente gli altri moduli.
L’I-bus è un subset del K-bus, ovvero un K-bus secondario, e connette dispositivi quali il controllo di parcheggio, la radio, il caricatore di CD, il Digital Signal Processor (DSP – elaboratore digitale del segnale audio) e il navigatore satellitare al Body Control Module. Questi bus soddisfano le raccomandazioni standard ISO 9141, in modo che quualunque fornitore esterno di componenti possa produrre dispositivi compatibili per i costruttori di automobili, utilizzando appunto questi bus per l’interconnessione.
Il D-bue e il DS2-bus sono due bus seriali adibiti alla diagnostica interna ed esterna. Il D-bus permette ai dispositivi attinenti alle emissioni di comunicare con i sistemi di diagnostica di bordo (OBD). Questi includono quindi la centralina di gestione del motore (ECU), il sistema di gestione del servosterzo elettro-idraulico, e i sistemi ABS (antibloccaggio dei freini), ASC e DSC (stabilità del veicolo). Il DS2-bus collega invece i dispositivi non attinenti alle emissioni, quali il sensore di angolo di sterzata e il cluster degli strumenti. Entrambi i bus diagnostici sono collegati alla presa OBD-II presentte sotto al piantone dello sterzo, che permette al servizio di assistenza di effettuare test diagnostici sull’auto, controllare gli eventuali codici di errore loggati, scaricare i dati dal cluster degli strumenti ed eventualmente effettuare la riprogrammazione della centraline ECU e BCM. Attualmente, l’OBD-II è definito dallo standard ISO 9141, e permette alle apparecchiature diagnostiche di essere utilizzate su auto di diversi produttori.
Il CAN o Controller Area Network bus è il bus più veloce presente sull’auto, e gestisce funzioni come l’elettronica del motore, i sistemi di stabilità ASC e DSC e, quando presente, il cambio automatico. E’ un bus seriale e utilizza due coppie di fili “twisted pair”, giallo-nero e giallo-marrone. L’alta velocità richiesta da queste applicazioni ha determinato la specifiche del cablaggio, con “termination” presenti sia lato ECU che sul cluster degli strumenti, e tratte finali di lughezza inferiore ad un metro. L’uso di cavi twistati è fondamentale per eliminare le interferenze elettromagnetiche. Il CAN-bus di fatto gira direttamente tra il cluster degli strumenti e l’Engine Control Unit (ECM o ECU), e tre corte diramazioni che vanno rispettivamente al sensore dell’angolo di sterzata, ai modulo dell’ABS/ASC/DSC e, se presente, al modulo di controllo del cambio automatico. Il CAN-bus è un bus seriale molto versatile, con capacità “multi-master”, ovvero tutti i nodi CAN possono trasmettere sul bus e diversi nodi CAN possono fare richiesta del bus simultaneamente. Questo è un sistema “fault tolerant”, ed è garantito per lavorare senza problemi in un ambiente elettricamente ostile, quale appunto l’interno dell’auto. Il sistema CAN-bus usato sulla MINI è stato sviluppato specificamente dalla BOSCH, ed è sicuramente un esempio interessante di tecnologia delle reti applicata all’auto.
Nella figura qui sotto si può vedere uno schema di massima dell’architettura dei bus della MINI, con gli acronimi dei vari sistemi di controllo (cliccare sull'immagine per ingrandirla).
Così, sulla MINI sono stati impiegati non uno ma ben cinque bus. Non bisogna infine dimenticare che buona parte della tecnologia dei bus presenti sulla MINI è stata ereditata dalla BMW serie 3 modello E-46 (2000-2005).
Continua...
