Komunikasi antar-kendaraan: CAN, FlexRay, dan MOST
CAN, FlexRay, dan MOST semuanya adalah protokol komunikasi otomotif yang digunakan untuk menghubungkan electronic control units (ECU), transmission control units (TCU), dan body control modules (BCM) dalam kendaraan:
CAN Sebuah protokol berbasis pesan yang awalnya dirancang untuk menghemat kabel tembaga dengan melakukan multiplexing pada kabel listrik di mobil. CAN memiliki bandwidth sekitar 125 kbps.
FlexRay Sebuah protokol komunikasi serial berkecepatan tinggi, toleran terhadap kegagalan, dan deterministik yang dapat mentransfer data pada kecepatan hingga 10 Mbit per detik melalui dua kabel terpilin. FlexRay sering digunakan pada aplikasi kritis keselamatan, seperti modul powertrain. Muatan FlexRay, atau frame data, dapat berukuran hingga 127 kata (254 byte), yang lebih dari 30 kali lebih panjang daripada muatan CAN.
MOST Sebuah standar bus untuk jaringan multimedia kendaraan yang memungkinkan transfer audio, video, dan data berkualitas tinggi. MOST tersedia dalam tiga kecepatan transmisi: MOST25, MOST50, dan MOST150.
CAN (Controller Area Network) saat ini adalah jaringan dalam-kendaraan yang paling banyak digunakan. Namun, dengan perkembangan berkelanjutan pada kendaraan otonom dan teknologi terkait, terdapat permintaan tinggi akan bandwidth dan konektivitas yang lebih besar. Dalam dokumen ini, kami menjelaskan secara singkat CAN dan opsi konektivitas kendaraan lainnya, termasuk wireless CAN, MOST, FlexRay, dan Automotive Ethernet.
CAN bus: beberapa prinsip dasar
Dalam pengertian luas, CAN-bus (Controller Area Network-bus) sebenarnya adalah sekumpulan standar yang memungkinkan berbagai perangkat berkomunikasi satu sama lain. Ini adalah sistem bus serial asinkron (bergeser waktu), dikembangkan pada 1983 oleh Robert Bosch GmbH dengan tujuan menghubungkan electronic control units (ECU) dalam kendaraan bermotor.
CAN dibagi menjadi berbagai lapisan, mengikuti model ISO/OSI untuk mencapai fleksibilitas dan transparansi desain. Untuk komunikasi dalam praktik, CAN bus menggunakan dua kabel khusus: CAN low dan CAN high, melalui mana pengendali CAN terhubung ke semua komponen jaringan. CAN memungkinkan penggantian kabel yang cukup kompleks dengan bus dua kabel. CAN menggunakan sinyal diferensial, yang membuatnya lebih tahan terhadap gangguan, dengan dua status logika: recessive dan dominant. Saat ini CAN bus digunakan hampir di segala hal mulai dari mesin kopi hingga operasi dan aplikasi luar angkasa. Kami menjelaskan secara singkat prinsip kerja CAN bus lebih lanjut.
Protokol komunikasi CAN ISO-11898:2003 menjelaskan bagaimana informasi dilewatkan antara perangkat pada sebuah jaringan berdasarkan model Open Systems Interconnection (OSI) yang disajikan sebagai sekumpulan lapisan pada gambar di bawah. Dua lapisan terendah dari tujuh lapisan model OSI/ISO adalah lapisan fisik dan data link. Lapisan fisik mendefinisikan komunikasi antara perangkat yang terhubung oleh medium fisik.
Lapisan Data-Link antara lain juga mengatur pengorganisasian bit menjadi frame dan mencakup dua protokol: classical CAN (penggunaan pertama kembali ke 1988) dan CAN FD (diluncurkan pada 2012).
Lapisan aplikasi pada dasarnya adalah lapisan pengguna akhir dan menyediakan akses ke sumber daya jaringan. Ada dua jenis format pesan/frame: standar dan ekstended. Mereka berbeda satu sama lain hanya pada panjang identifier – yang standar adalah 11 bit, sedangkan yang ekstended adalah 29 bit.
Struktur pesan standar dapat dibagi menjadi 8 bagian seperti ditunjukkan pada gambar di bawah. Bagian-bagian tersebut adalah: Start of Frame (SOF - awal transmisi frame), CAN-ID (identifier frame, identifikasi prioritas pesan), Remote Transmission Request (RTR, menunjukkan apakah sebuah node meminta data dari node lain atau mengirim data), Control (menginformasikan panjang data dalam byte), Data (nilai data aktual yang kemudian perlu diskalakan/dikonversi), The Cyclic Redundancy Check (CRC, memastikan integritas data), ACK (acknowledge, menunjukkan apakah data diterima dengan benar) dan EOF (End of Frame) yang menandai akhir pesan/frame CAN.
CAN bus memanfaatkan bentuk logika terbalik dengan dua status: dominant dan recessive. Gambar di atas memperlihatkan diagram input-output sederhana dari sebuah transceiver CAN: aliran bit menuju/dari pengendali CAN dan/atau mikrokontroler. Ketika pengendali mengirim aliran bit, bit-bit tersebut dikomplementasikan dan ditempatkan pada jalur CANH.
Jalur CANL selalu merupakan komplemen dari CANH. CAN harus memantau baik apa yang sedang berada di bus maupun apa yang sedang dikirimkannya. Untuk aplikasi, kedua ujung CAN bus harus diterminasi karena node manapun di bus dapat mentransmisikan data.
Setiap ujung sambungan memiliki resistor terminasi yang nilainya sama dengan impedansi karakteristik kabel. Biasanya nilai yang dianjurkan untuk resistor terminasi adalah 120 Ω (dalam rentang 100 Ω - 130 Ω). Tidak boleh lebih dari dua resistor terminasi dalam jaringan, karena terminasi tambahan menempatkan beban ekstra pada driver.
Gambar di bawah menunjukkan sebuah CAN test bus. Node-node pada gambar pada prinsipnya bisa mengirim pesan dari teknologi sensor pintar dan pengendali motor. Aplikasi tipikal bisa berupa misalnya sebuah sensor suhu.
Gambar di bawah menunjukkan sebuah CAN test bus. Node-node pada gambar pada prinsipnya bisa mengirim pesan dari teknologi sensor pintar dan pengendali motor. Aplikasi tipikal bisa berupa misalnya sebuah sensor suhu.
Jika node sensor lain perlu mengirim pesan secara bersamaan, arbitrasi memastikan bahwa pesan dikirim. Misalnya, node A menyelesaikan pengiriman pesannya sementara node B dan C mengakui bahwa pesan diterima dengan benar. Node B dan C kemudian memulai arbitrasi dan jika node C memenangkan arbitrasi maka ia mengirim pesan. Node A dan B mengakui pesan dari node C, dan node B kemudian melanjutkan dengan pesannya.
Polarisasi input dan output driver yang berlawanan pada bus harus diingat. CAN bus kini banyak tersebar di mobil. Itu ada di hampir semua kendaraan yang dibuat. Mobil di dunia modern pada dasarnya adalah produk pasar global, sehingga semua kendaraan cenderung memiliki CAN bus. CAN bus diakses melalui port OBD, yang ditunjukkan pada gambar di bawah bersama dengan contoh resistor terminasi 120Ω, disolder pada konektor DB9 bersama dengan kabel CAN, yang terletak di housing DB9 shell.
Untuk mengkabelkan port OBD ke perangkat CAN DB9 diperlukan kabel yang dapat dibeli atau dibuat sendiri. Untuk membuat sendiri, dibutuhkan soket D-sub 9-pin (perempuan) dan colokan OBD (laki-laki). Soket DB9 harus cocok dengan colokan untuk perangkat CAN.
Contoh pengkabelan colokan OBD ke DB9 CAN termasuk resistor terminasi opsional juga ditunjukkan pada skema di bawah.
Untuk membangun jaringan sensor, antarmuka ke CAN bus, dan melihat sinyal CAN dari kendaraan ada banyak pilihan. Berbagai mikrokontroler saat ini memiliki dukungan protokol CAN dan dapat dihubungkan ke CAN melalui chip transceiver CAN.
Juga solusi seperti Raspberry Pi, Texas Instruments Launchpad dan Arduino tersedia dan dapat berinterfasi ke CAN dengan beberapa add-on. Jaringan komunikasi CAN di kendaraan modern dapat menyediakan volume data besar yang dapat dimanfaatkan dalam operasi untuk meningkatkan keselamatan pengemudi, mengurangi biaya keseluruhan, memperbaiki proses pemeliharaan dan mendukung tanggung jawab lingkungan.
Mengaktifkan data CAN bus memberikan pemilik armada berbagai peluang untuk mengakses berbagai informasi termasuk konsumsi bahan bakar, pembacaan odometer, putaran per menit, posisi throttle, beban/ torsi mesin, suhu mesin dan level bahan bakar.
CAN saat ini adalah jaringan dalam-kendaraan yang paling banyak digunakan. Namun, dengan perkembangan berkelanjutan pada kendaraan otonom dan teknologi terkait, terdapat permintaan tinggi akan bandwidth dan konektivitas yang lebih besar. Selanjutnya kami secara singkat menjelaskan beberapa opsi konektivitas kendaraan lainnya, termasuk wireless CAN, MOST, FlexRay dan Automotive Ethernet.
Wireless CAN
CAN pada sepasang kabel tembaga terpilin menjadi standar ISO pada 1994. Permintaan yang berkembang terhadap peningkatan konektivitas mendorong pengembangan teknologi alternatif dan pelengkap. Misalnya, beberapa opsi untuk transmisi CAN nirkabel bergantung pada standar radio berbasis protokol seperti WLAN atau Bluetooth.
Dalam skenario seperti itu, data CAN di pemancar harus dikonversi ke protokol nirkabel dan di-reset di penerima. Transmisi transparan dan real-time dalam pengertian jaringan CAN tidak mungkin dilakukan dengan cara ini. Koneksi radio dengan demikian berfungsi sebagai gateway antara dua jaringan CAN.
Wireless CAN yang berbasis radio dual-mode memungkinkan partisipan CAN diintegrasikan secara nirkabel ke dalam jaringan CAN, meningkatkan keamanan dan kegunaan. Namun, sistem semacam itu memerlukan antena khusus yang membutuhkan ruang dan penyelarasan tertentu yang membatasi radiasi omnidirectional.
MOST, FlexRay dan Automotive Ethernet secara singkat
Alternatif yang menjanjikan untuk CAN adalah automotive ethernet. Beberapa perkiraan mengharapkan pasar automotive ethernet tumbuh lebih dari 21,6% selama periode perkiraan 2019-2026.
Manfaat utama ethernet untuk konektivitas kendaraan adalah bandwidth tinggi dan efisiensi biaya. Ethernet menerapkan strategi Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). Tabrakan dapat diabaikan melalui pembagian dalam jaringan dalam-kendaraan. Beberapa tantangan automotive ethernet adalah jumlah gangguan RF yang signifikan, ketidakmampuan menyediakan latensi hingga ke kisaran mikrodetik rendah dan kurangnya cara untuk menyinkronkan waktu antar perangkat.
MOST (Media Oriented System Transport) adalah sistem komunikasi serial untuk mentransmisikan data kontrol, video dan audio melalui serat optik http://cables.It menyediakan pertukaran informasi suara dan video titik-ke-titik dengan kecepatan 24,8 Mbps. MOST dibuat oleh MOST association dan mendefinisikan protokol, perangkat lunak dan lapisan perangkat keras yang diperlukan untuk memungkinkan transportasi kontrol, data real-time dan paket secara efisien dan berbiaya rendah menggunakan satu media / lapisan fisik. Jaringan MOST dapat disajikan secara skematis dalam bentuk cincin yang dapat mencakup hingga 64 perangkat MOST. Berkat fungsionalitas plug&play-nya, menambah atau menghapus perangkat MOST seharusnya cukup mudah.
FlexRay pada gilirannya pada dasarnya adalah standar jaringan otomotif yang berbasis pada sistem bus deterministik berkecepatan tinggi, toleran terhadap kegagalan, dan berkecepatan tinggi yang fleksibel. Ia digunakan sebagai bagian dari topologi bintang atau garis dengan kabel tembaga atau serat optik. FlexRay yang memiliki konfigurasi saluran ganda menawarkan toleransi kegagalan yang ditingkatkan dan/atau peningkatan bandwidth. Fitur jaringan komunikasi FlexRay membuatnya menguntungkan bagi industri otomotif generasi berikutnya.
Kebanyakan jaringan FlexRay generasi pertama biasanya menggunakan satu saluran untuk memangkas biaya pengkabelan, tetapi perkembangan aplikasi lebih lanjut dan persyaratan keamanan yang menyertainya akan mengarah pada peningkatan penggunaan dua saluran. Faktor pembatas untuk penggunaan luas FlexRay adalah harga, level tegangan operasi yang lebih rendah dan asimetri tepi, yang menyebabkan tantangan dalam memperpanjang panjang jaringan. Beberapa fitur kunci dari protokol yang tercantum dibandingkan dengan karakteristik CAN disajikan pada tabel di bawah.
Perbandingan langsung protokol konektivitas yang tercantum menunjukkan bahwa ada kompromi yang jelas antara bandwidth dan toleransi kegagalan versus biaya rata-rata dan kompleksitas sistem. Sementara CAN dan MOST tetap menjadi semacam protokol dasar, FlexRay dan Ethernet adalah solusi yang lebih menjanjikan untuk memenuhi permintaan pasar yang berkembang dan aplikasi dengan beban tinggi. Dalam kendaraan modern, protokol-protokol tersebut sering digunakan sebagai solusi pelengkap.
Tujuan protokol komunikasi dalam-kendaraan
CAN bus memang merupakan standar konektivitas kendaraan yang terkenal dan mapan. Ia digunakan untuk powertrain, chassis, backbone network dan sistem bodi. Ethernet pada gilirannya umumnya digunakan sebagai protokol diagnostik untuk unit kontrol koneksi elektronik engine, chassis, dan body yang digunakan untuk koneksi jaringan.
FlexRay saat ini menjadi dasar pengembangan teknologi aktif di seluruh dunia, dan banyak aplikasinya mencakup sistem X-by-Wire generasi berikutnya dan sistem backbone. MOST adalah standar bus untuk jaringan multimedia kendaraan yang dirancang untuk memungkinkan transfer audio, video, dan data berkualitas tinggi. Ini memungkinkan interkoneksi berbagai komponen multimedia kendaraan dengan mudah.
Semua protokol dan teknologi yang disebutkan di atas memenuhi sebagian besar persyaratan diagnostik dan komunikasi multimedia untuk komunikasi dalam-kendaraan dan vehicle-to-vehicle modern, dan dapat digunakan untuk sistem mengemudi otonom tingkat lanjut, namun integrasi akurat dari semua teknologi tersebut sambil memenuhi batasan real-time masih tetap menjadi bagian yang menantang.
Last updated
Was this helpful?