En modern bil kan ha så många som 70 elektroniska styrenheter (ecu, electronic control unit) för olika delsystem. Den kraftfullaste processorn sitter ofta i motorns styrenhet (engine control module, ecm). Mellan dem finns ett datornät som används för allt från transmission och krockkuddar till låsningsfria bromsar och backspeglar. Vissa funktioner är oberoende delsystem, men kommunikationen dem emellan är viktig.
Eftersom biltillverkarna inte gärna vill berätta hur deras produkter är kopplade inuti, tar vi ett snack med Hans Nyström i stället. Han arbetar på konsultbolaget Prevas i Göteborg, som utvecklingschef på den grupp som bygger test- och simulatormiljöer åt bland annat fordonsindustrin. Han vill börja med att prata om can-bussen, controller-area network.
– Det är den i särklass mest använda busstypen i bilar, säger Hans Nyström.
Ett visst delsystem kan till exempel behöva styra ställdon eller ta emot data från sensorer. Det var därför tyska Bosch utvecklade can-buss-standarden, numera kallad ISO 11898. Den är väldigt vanlig och används i både passagerarfordon, lastbilar och jordbruksmaskiner.
Med hårdare specifikationer och ett utvecklat protokoll används busstypen också i civila flygplan, då under namnet ARINC 825. Can är inte ip, men för icke-kritiska bussar överväger man att införa kommersiella standarder, som ip.
Can finns överallt
Ett can är det minsta datornätverk man kan tänka sig och används för att koppla samman flera ecu:er. Dessa kan normalt arbeta själva, men behöver utbyta information med övriga enheter. Bussen framförs som en multi-master seriell buss över en partvinnad ledning på vilken alla ecu:er är parallellkopplade. Ledningen är skärmad, vilket ger gott motstånd mot rfi.
En annan anledning till stör-immuniteten är att bussdrivarna är optiskt isolerade från ecu:erna och får sin drivspänning från två ledare som följer med databussen. Kapaciteten ligger i praktiken runt 500 kbps och bussen är konstruerad så att de mest högprioriterade meddelandena går fram först.
Säkra med flera nät
– Om ett nätverk skulle gå sönder i en bil kan resultatet bli allt från att bakljusen slocknar till att bromsarna slutar fungera, säger Hans Nyström.
– Så kan man inte ha det, och därför har de allra flesta bilar mellan tre och sex can-nät. Transmissionen har sitt eget nät för att säkerställa att nätet inte ska kunna störas av andra funktioner.
Vissa sensorer kan också ha ett eget nät. Jag har dock inte sett att man dragit redundanta nät. Visst, går kabeln av mellan motorn och växelådan har du problem, men det kan aldrig bli farligt. Du får förmodligen bara ringa en bärgare.
Men brukar man inte ha till exempel en gasvajer för redundans?
– Det kallas linked home-läget. Man vill definitivt inte att ett fordon ska bli stående på vägen. Andra linked home-lägen kan vara att man får reda på att abs inte fungerar, men att det fortfarande finns bromskraft, eller att man kan tvingas sänka hastigheten, berättar Hans Nyström.
Det här påminner om flygplanet Gripen, som både har fly-by-wire och en gasvajer, där gasvajern går till den mekaniska bränslekalkylatorn. Saabs avsikt är att piloten alltid ska kunna linka sig hem, om än med sämre prestanda.
– Om vi tittar specifikt på gaspedalen, så har den två sensorer som läses av samtidigt, till exempel en generator som matar ut en pulsbreddsmodulerad signal och en potentiometer. Värdena jämförs och får inte skilja sig åt, för då anser ecu:n att det är något fel på gaspedalen.
Bild: Jörgen Städje
I en bil finns flera oberoende can-nät, huvudsakligen av redundansskäl. Motorsystemen kommunicerar inbördes via egna can-bussar. Om till exempel telematiksystemet vill att bilen övergår från bensin- till elmotordrift måste kopplingen i transmissionen koppla bort växellåda och bensinmotor automatiskt. Can-nätet är mer att betrakta som flera punkt-till-punkt-förbindelser än ett bussnät. Det är av säkerhetsskäl – man gör på samma sätt inom flygindustrin.
Underhållningssystemet är helt fristående från bilens drift.
Ljud och video överförs på plastfibrer enligt most-protokollet. En mobiltelefon kan användas för att hålla kontakt med till exempel Spotify och tanka ned musik och mata in i systemet. Rundradiomottagaren sitter inte där man tror, utan nära antennen uppe under taket, och kommunicerar ofta med den centrala servern via en most-buss. I USA är det dessutom väldigt vanligt med satellitradio i bilar.
Som du ser är de flesta enheter numera datorstyrda med varsin nod, även om nodtänkandet skulle kunna drivas ännu längre, till exempel för belysningen. Dessutom ska varenda enhet ha kraft-matning, så kablage i bilar är fortfarande en snårig historia.
Skissen visar bara några exempel på it-systemen i en bil. Utöver det här finns många ytterligare delsystem, till exempel motorsystem för insprutning, avgasrening och lambdasond, säkerhetssystem (ir-kamera, radar mm), klimatkontroll, backkamera, diverse belysning såsom nummerplåt- och kupébelysning, vindrute- och strålkastartorkare och synthesizer för externt ljudsystem (eftersom hybridfordon är absolut tysta). Dessutom kan det finnas flera av varje nodtyp, såsom en bromsnod per hjul.
Detta schema representerar inte någon känd bil, utan är fiktivt. Biltillverkarna vill helst inte yppa hur deras bilar är kopplade inuti.
