Les bus multiplexés dans nos Jaguar

[Invité §ste077GV]

Bonjour, comme le sujet avait été abordé dans un précédent post et que je suis en train d'étudier l'architecture de ma X358 pour faire d'éventuelles modifications du système multimédia, je suis amené à me pencher sur les bus multiplexés qui l'équipent. Du coup j'en profite pour vous faire un petit résumé du fonctionnement des bus multiplexés dans nos Jaguar.

A toutes fins utiles.

 

 

 

1. Qu'est-ce qu'un bus multiplexé

 

C'est une liaison entre deux ou plusieurs boitiers électroniques appelés aussi des noeuds, des calculateurs ou Electronic Control Unit en anglais (ECU). Ces liaisons peuvent être en cuivre sur un ou plusieurs fils, en fibre optique ou encore radiofréquence.

 

L'intérêt de multiplexer les informations est d'éviter la redondance de capteurs avec des fils dédiés pour chaque fonction en partageant les données sur un réseau, d'ajouter des possibilités de diagnostique, de créer des fonctions complexes sur la base de plusieurs calculateurs, réduire le poids/coût, déployer des améliorations en après vente et d'augmenter la fiabilité du véhicule (moins de câbles = meilleure fiabilité et stratégies de modes dégradés).

 

Un véhicule moderne peut comporter plusieurs dizaines de calculateurs interconnectés par plusieurs bus. Ci dessous les différents calculateurs d'une XJ X350 :

 

 

Un bus est composé de deux parties : une couche physique définie par le support (cable, fil, paire torsadée, fibre, onde radio, ..) et par un protocole : J1850, J1939, KWP2000, ...

L'idée est de pouvoir transporter beaucoup d'informations dans un bus pour échanger entre les calculateurs. Dans nos véhicules, il peut y avoir plus de 30 calculateurs interconnectés sur plusieurs bus.

 

Il y a différents types de bus. On peut avoir des bus monomaitre (master) et plusieurs esclaves (slaves), ou multimaitres/multislaves, etc...

 

Dans les voitures, il y a plusieurs bus couramment utilisés : couches physique : CAN, ISO9141, RS485, fibre et avec plusieurs protocoles : J1939, J1850, KWP2000, ... Sur un véhicule moderne on trouve généralement au moins 4 à 5 bus. Le découpage est fonctionnel :

 

a) bus groupe motopropulseur (powertrain) : généralement un bus CAN (Controller Area Network) à 250 ou 500 kbits/s : C'est sur ce bus sur lesquels sont connectés les éléments influant généralement sur la chaine cinématique ou faisant partie des stratégies de sécurité et/ou normatives (pollution). On retrouve généralement le calculateur moteur, la boite, suspensions, ABS, ESP, Climatisation, compteurs/afficheur, ...

 

b) bus carrosserie (body) : bus à bas débit qui peut être un CAN à 125 kbits/s ou bus PWM/VPM (J1850) ou RS485. Sont connectés toutes les fonctions "confort" : radio, assistance parking, calculateurs de porte, navigation, ... Ce bus transporte également des informations de diagnostique (OBD)

 

c) bus diagnostique : à bas débit pour les premières versions d'OBD, il reste encore utilisé mais tends à disparaitre au profit de l'OBD sur CAN avec le bus carrosserie directement

 

d) bus multimédia : D2B, MOST par exemple mais aussi plus récemment sur X250 et X351 du GVIF pour la vidéo.

 

e) bus locaux : pour les liaisons entre actionneurs et organes de contrôle. Typiquement bus LIN (Local Interconnect Network). Ces bus servent essentiellement à réduire la quantité de câbles et on les retrouve typiquement dans les portières où un calculateur est reliés au bus carrosserie, qui lui fait la passerelle avec les actionneurs via un LIN (commandes rétro, vitres, dégivrage, verrouillage, mémoires, ...)

 

 

A noter qu'il y a généralement une ou plusieurs passerelles entre les bus... Ce sont ces passerelles qui permettent de récupérer par exemple des informations moteur sur le bus de diagnostique, etc. Sur nos Jaguar, ces passerelles sont l'afficheur qui fait la passerelle entre le CAN et le SCP, et le Audio Unit qui fait la passerelle entre le SCP et le D2B

 

 

 

2. Les bus multiplexés chez Jaguar

 

A) Le bus groupe motopropulseur (powertrain)

 

C'est sur nos Jaguar un bus CAN 500 kbits/s appelé aussi HSCAN (High Speed CAN). Sur une X350 par exemple sont connectés les calculateurs suivants : moteur, transmission, J-gate, ASC, DSC, suspensions, climatisation et l'afficheur. L'afficheur sert de passerelle vers le bus carrosserie (SCP). L'information électrique est transportée par une paire torsadée. Le fait de torsader deux fils en électronique permet de limiter différents type d'interférences (couplage entre les fils et susceptibilité électromagnétique et conduite). Le bus CAN peut être tolérant à certains défaut comme des circuits ouverts ou des courts-circuits, essentiellement sur le fil CAN Low. On parle également d'une paire différentielle. C'est à dire que les signaux électriques ne sont pas référencés sur la masse du véhicule (qui est généralement électriquement parlant salement perturbée). Le signal est la différence entre les deux fils (CAN high et CAN low).

 

Côté protocole, chaque message commence par un entête avec l'adresse de départ et l'adresse d'arrivée, le contenu du message et des données de controle (CRC). Les messages sont pour la plupart cycliques avec une période allant de 10ms à plusieurs secondes. La plupart étant inférieurs à 50ms. Il peut y avoir des messages sur évènements uniquement. le CAN est un bus robuste et c'est la raison pour laquelle on y trouve les organes de sécurité.

 

Chaque calculateur peut émettre plusieurs dizaines de messages différents afin de diffuser l'ensemble des données qu'il doit diffuser. Ainsi à l'échelle d'un véhicule entier, cela peut rapidement représenter plusieurs centaines voire milliers de messages différents. Ainsi chaque constructeur édite une "messagerie" qui est un annuaire de tous les messages avec leur identifiant et le format des données (qui permet de savoir que le bit 13 peut prendre deux valeurs correspondant à l'activation d'une option par exemple ou qui indique l'état d'un système)

 

B) Le bus carrosserie (body)

 

Essentiellement SCP à 41,6 kbits/s (qui vient de Ford) avec un protocole J1850PWM. Protocole typiquement américain déployé essentiellement par Ford, Chrysler et GM. Il est remplacé depuis l'ère TATA (X150, X250, X351) par un CAN 125 kbits/s appelé MSCAN (Medium Speed CAN). Moins couteux qu'un CAN et plus simple à mettre en oeuvre, il permet d'interfacer les calculateurs dit "confort". Ces bus servent également au diagnostique (OBD).

 

Sur une X350 on y retrouve donc l'afficheur (qui sert de passerelle avec le CAN), l'Audio Unit, la colonne de direction, la navigation, le frein de park, les calculateur de porte, de siège et deux boitiers fourre-tout : le front le rear electronic module. Ces deux derniers calculateurs permettent d'embarquer des stratégies propriétaires que l'on ne retrouve pas dans les calculateurs standard achetés chez différents fournisseurs.

 

Le protocole employé est le J1850PWM (Pulse Width Modulation) qui signifie que l'information est codée en durée. Un état dominant "1" est plus long qu'un état passif "0". Le signal électrique est véhiculé sur une paire différentielle comme l'est le CAN. Les messages contiennent un début de trame, un en-tête définissant l'adresse et la priorité, les données et un CRC.

Ce bus sert également au diagnostique (OBD) et dans un soucis de standardisation des différents protocoles de diagnostiques, depuis 2008 ces bus sont remplacés chez la plupart des fabricants par un CAN bas débit 125 kbits/s (ISO-15765) que l'on retrouve sur les X150, 250 et 351.

 

C) Le bus diagnostique

 

Appelé chez Jaguar Serial Data Link. C'est en fait un classique ISO9141 appelé aussi K-line, qui disparait petit à petit au profit du CAN bas débit. A 10.4 kbits/s, il s'approche du protocole RS232 que l'on connait dans nos PC. Il est véhiculé sur un fil et référencé à la masse, lui conférant une faible robustesse aux perturbations radio-électriques. Il y a plusieurs protocoles possibles, mais le plus utilisé est le KWP2000 avec une initialisation 5 bauds... c'est assez archaique de nos jours mais encore largement utilisé car très faible coût d'une part et permet d'écouler les anciens designs.

Il n'y a pas de communication entre les calculateurs sur ce protocole, mais uniquement avec un outil externe.

D) Le bus multimedia.

 

ACP (Audio Controle Protocole) à 9.6 kbits/s sur les modèles jusqu'à 2003 environ, puis D2B à 5.6 Mbits/s puis plus récemment MOST (Media Oriented System Transport) à 24 Mbit/s et GVIF (Gigabit Video InterFace) à 1.6 Gbits/s

 

l'ACP qui était utilisé sur les Jaguar jusqu'en 2003 environ vient de Ford. Sur une couche physique J1708. Ce bus à 9.6 kbit/s ne permet de véhicule que des messages de control. L'audio est transportée en analogique encore. sa faible robustesse aux perturbations et interférence et la numérisation massive de l'audio ont conduit les fabricants automobile à utiliser des bus multimédia où le son est numérisé et transporté sur le bus.

 

le D2B chez Jaguar voit le jour en 2003 sur les S-type X202, les XJ X350 et les X-type X400. Il sera remplacé par le MOST par Tata à partir de 2007 sur les X150, X250 et X351 mais apparait déjà comme sur la X358 avec le récepteur de radio par satellite.

Le D2B (Domestic Digital Bus) est transporté par fibre optique et est câblé sous forme de boucle (ring). L'audio Unit (comprenez la console radio) est le maître et les autres boitiers sont esclaves. Chaque calculateur a donc deux fibres connectées. La fibre d'arrivée et celle qui repart vers le prochain calculateur.

Sur une X350, on retrouve les calculateurs suivant : Audio Unit, Chargeur CD, le téléphone cellulaire (qui disparait au profit du blutooth sur X356 et X358), le Jaguar Voice, la console multimédia arrière, le système de navigation et l'amplificateur.

Le MOST et le GVIF permettent de transporter les données avec un débit plus important

 

E) les bus locaux

Typiquement le bus LIN (Local interconnect Network) permet de supprimer beaucoup de câblage entre un boitier électronique et des actionneurs/capteurs. basé sur un UART, certains petits microcontrolleurs à moins de 1€ ont un périphérique LIN permettant avec un coût réduit d'implémenter des noeuds LIN dans des petits systèmes, actionneurs, capteurs.

Ci dessous un exemple que j'avais fais dans une présentation qui date de l'arrivée du LIN en automobile pour illustrer dans une portière l'intérêt de passer d'une configuration câblée à une configuration multiplexée avec un LIN.

Ainsi, il n'y a pas un bus LIN mais plusieurs bus LIN :

 

 

 

 

 

Pour revenir à nos Jaguar, voici une vue des différents calculateurs et bus implémentés dans une XJ X350 :

 

 

 

 

 

3. le diagnostique (OBD : On-Board Diagnosis)

 

Alors c'est là que commencent les angoisses... Si certains bus sont standardisés, d'autres restent propriétaires. Et même sur un bus standard, la messagerie peut s'avérer propriétaire (rarement à 100% mais quelques messages sont ajoutés par chaque fabricant pour traiter leur spécificités : fonctions particulières, calculateurs 'maison', etc...

Pour le diagnostique il est important d'avoir des outils qui causent le même langage. Initialement le bus le plus employé pour le diagnostique était l'ISO9141 (K-line) et le protocole le plus employé était le KWP2000 (KeyWord Protocol). Sauf qu'il est devenu rapidement techniquement limité et comme je l'indiquais précédemment, les constructeurs ont commencé à ajouter du diagnostique OBD sur le bus carrosserie (SCP ou CAN dans le cas Jaguar)... Et c'est vite devenu complexe. Nous en sommes à trois types de bus différents, rien que pour nos seules Jaguar... Si maintenant on rajoute d'autre protocoles utilisés comme le J1850VPM (et non PWM), l'ISO 15765 (CAN) on arrive à 5 types de bus !

A la fin des années 90, les américains ont créé un standard appelé ODB II qui spéficie non seulement les bus et protocoles employés, mais également le type de connecteur et le pinout de celui-ci. C'est décrit par la norme SAE J1962 pour les curieux.

 

Avec tout cela, comment faire le diagnostique ? Et bien les interfaces usuelles permettent de traiter les 5 bus. Certaines n'en traitent que 2 ou 3. Plus elle est capable de traiter des bus différents, plus elle fonctionnera sur différentes marques. Ces interfaces ne sont ni plus ni moins que des convertisseurs de niveau électrique. En électronique on appelle cela un driver de ligne. Ils coutent généralement pas grand chose et le coût d'une telle interface produite en faible quantités est généralement moins de 10 euros. Reste l'aspect logiciel et que certains malins ont bien compris, si on peut verrouiller un logiciel avec une interface d'un seul fabricant, on oblige les clients à acheter celle-ci et on peut alors pratiquer les prix que l'on veut ! C'est ainsi qu'une interface ELM327 coûte moins de 10€ sur Amazon ou Ebay, et que l'interface Mangoose coute plus de 400€ pour exactement la même fonction.... Reste à creuser un peu pour voir si le logiciel IDS-SDD est verrouillé avec ces interfaces ou non. Ce sera l'objet de l'une de mes prochaines investigations.

 

 

 

 

Voilà, cette petite présentation est terminée là. Il y a de nombreuses parties où je suis allé très vite. C'est donc évidemment très incomplet. S'il est nécessaire de détailler certains points n'hésitez pas à me demander.

 

Quelques références qui m'ont aidé à rédiger cet article :

- 688-JAG : Advanced Electrical Systems and Diagnostics

- The Jaguar XJ 2004 model year Electrical guide

- Jaguar multiplexing systems (Student Guide T684, septembre 2003)

 

 

 

Cordialement

Stéphane

[Invité §sav362PU]

Yeah!

Merci!

Ca manquait.

[bisserier]

Ouf !!!

 

Je viens de dire a mon épouse que j'allais devoir relire ce post au moins deux fois avant d'aller a la plage.

 

Desolé, je suis en vacances.

 

Cordialement