Tecnica
L'elettronica in una BMW: il CAN-BUS - Prima Parte
Scritto da Cippo4u - Pubblicato 03/12/2010 17:28
Da cosa è composta, come funziona l'elettronica applicata ai modelli della BMW MOTORRAD

Ecco il terzo articolo tecnico, anche questo rivolto al mondo BMW. Non è per far pubblicità, come molti penseranno, ma è solo per la mia curiosità e la voglia di capire come funzionano le cose.

Questa volta parliamo dei componenti elettronici utilizzati da BMW nei motocicli.
Non è stato semplice reperire le informazioni, visto che in rete non ci sono forum tecnici lato tecnologico ed elettronico che riescono a soddisfare ampiamente queste curiosità.
Di italiano poi, non c'è assolutamente nulla.

Lo scopo di questo articolo è cercare di dare una piccola infarinatura sull'argomento, con la speranza che molti curiosi come me, si avvicinino a questo articolo per apportare correzioni, opinioni e informazioni aggiuntive per completare in maniera esaurientemente il quadro.
Ma veniamo subito al dunque.

Dieci anni fa, l'elettronica alla moto era limitata a pochi fili. Pressione dell'olio, motorino d'avviamento collegato alla frizione, tutto era gestito da fili, interruttori relè e temporizzatori.
Ora, la situazione è ben diversa. La scelta di applicare l'alta tecnologia alle due ruote ha permesso di affinare la componentistica installata, migrata dal mondo delle auto.

Come sono composti oggi i moduli? Innanzitutto, i moduli elettronici sulle serie K e Boxer sono tre.

  • BMS-K (BMW Motor-steuerung Klopfregelung), gestione del motore e battito.
  • ZFE (Zentrale Fahrzeugelektronik) controller dell'elettronica legato alla telaistica.
  • I-Cluster, ovvero il quadro strumenti


La BMS-K, ha il compito di controllare gli ingressi, come il pulsante di start, il kill-switch (il tasto taglio alimentazione) et similia, e le uscite che alimentano il motore come ad esempio lo starter, l'interruttore frizione, l'indicatore della posizione del cambio e altri settori. Oltre a questo, controlla la pompa di benzina, gli iniettori, le bobine e altre spie.

La ZFE controlla le luci, l'accensione e il funzionamento delle manopole riscaldate, la presa accendisigari, la radio, il cruise control e le lampadine.

L'I-Cluster infine, mette in display le informazioni al guidatore tramite il cruscotto. Unico input fisico è il tasto di regolazione orario/menu scelte.

Queste, sono i tre moduli base.
In aggiunta a questi, ci sono ABS e DWA (Diebstahl Warnanlage), ovvero il sistema di allarme.
Con i nuovi modelli, ulteriori moduli sono stati aggiunti, RDC (Reifendruckkontrolle - Controllo pressione pneumatici) ESA (Electronic Suspension Adjustment), ASC (Automatic Stability Control)
Ma tutto ciò, come viene linkato? Come si compone il cross-link dei cablaggi?

Tutto avviene, tramite il CAN.
CAN è l'acrononimo di Controller Area Network, ed è considerando uno standard nel settore automobilistico, tant'è che non è proprietario di BMW.
Quindi, il cablaggio fisico utilizzato dal CAN, prende il nome di CAN-BUS.
Tutti i moduli di controllo, usano il CANBUS per dialogare tra loro.

Questi sono collegati in questo modo

  • una coppia di fili che è costituita dal CAN
  • cavi di alimentazione, gli switch power
  • la wake line che tiene in rete la ZFE l'I-Cluster e la DWA.

Questa tipologia di connessione, rispecchia la SWS (Single-Wire System).

In termini pratici, ogni singolo modulo trasmette pacchetti dati che possono coinvolgere anche altri moduli.
Quando il BMS-K individua il parametro di cambio in folle, indica la key "NEUTRAL" al CAN. Il pacchetto passa a tutti i moduli, ma solo quello dell'I-Cluster trattiene l'informazione grazie ad una select interna.

Bisogna dire che il quadro strumenti è la perfetta sintesi di un sistema CANBUS, perché le sue caratteristiche sono quelle di riceve tutti i pacchetti dati provenienti dalla rete CAN, senza riceverli direttamente dalla fonte.
La BMK-S fornisce le informazioni sulla velocità del motore, temperatura esterna, pressione dell'olio, la ZFE informazioni sugli indicatori di direzione, le luci, livello carburante e velocità del veicolo (per le moto senza ABS; per quelle con ABS, c'è l'apposito modulo che fornisce tale dato), e le informazioni di input che vengono dal blocchetto comandi (azzeramento parziali, ciclo di visualizzazione nel display).

Qui risiede la solidità del sistema: due cavi che trasmettono i pacchetti, e i singoli moduli che hanno una funzione di filtraggio autonomo e forwarding a determinati eventi.

La seconda parte, verterà sull'aggiornamento del firmware dei singoli moduli, realizzato tramite l'apposito MOSS-PC Diagnostic e le funzioni dedicate.

Cippo4u
 

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Commento di: RickTST il 03-12-2010 22:49
Complimenti, interessante.

Niente di nuovo, trattasi di una tecnologia di 30 anni fa... ovvero il sistema di trasmissione dati a "bus di campo", usato nell'industria e nel settore automobilistico (Bosch docet).

Ma la domanda è: a che serve su una moto?
Commento di: Cippo4u il 04-12-2010 08:10
Ciao RickTST,
Visto che sembra che tu conosca bene l'architettura CAN, ti rigiro la domanda: perchè non dovrebbe esser montato su una moto?

Commento di: RickTST il 04-12-2010 17:23
Costi elevati e pochi, se non futili, vantaggi...

Perchè l'adozione di questo sistema di controllo, per gadget elettronici di discutibile utilità, diventa solo un pretesto per giustificare il costo finale del mezzo.

Ok per l'abs ed il controllo iniezione, ma tutto il resto... de gustibus.
Commento di: Cippo4u il 04-12-2010 19:19
Costo elevato? Cosa intendi? Tu sei a conoscenza del costo singolo di installazione di un sistema CAM su auto/moto?
Parli di futili vantaggi, e di gadget elettronici di discutibile utilità, cosa intendi?

Discutiamo con i dati alla mano, altrimenti è tutta fuffa!
Commento di: RickTST il 04-12-2010 21:51
Il costo "singolo di installazione di un sistema CAM" è alla pari del costo di 2 fili di rame con una batteria da 12V...

Ripeto: d'accordo nell'uso di certi sistemi per il controllo ABS e iniezione.

Ma servirsi di un sistema analogo per monitorare lo stato della folle, di una lampadina e regolare una sospensione attraverso un attuatore... mi sembra un' esagerazione.

Il problema non è la tecnica, ma il marketing.

La moto non è un'auto... ripeto: de gustibus.

Non vorrei essere frainteso, non ce l'ho con BMW, anzi.

E' solo che ho la sensazione che i costruttori tentino di giustificare i listini con dei palliativi.
Commento di: Cippo4u il 04-12-2010 22:20
Dici che è inutile utilizzare un canbus su una moto, e che tutte le cose che ci attaccano sopra sono delle frocerie.
Questo, è il senso del tuo intervento (detto terra terra), giusto?
Commento di: RickTST il 04-12-2010 22:35
No, non ho detto questo.

"Tutte le cose che ci attaccano sopra" possono andar bene in un contesto tipo "automobile".

Visto che la tecnologia utilizzata non è aliena, vorrei che qualcuno mi dicesse che i miei soldi spesi per quel mezzo non servano esclusivamente per mantenere una branca di ricerca e sviluppo che non sa più come innovare invano un mezzo di trasporto come la moto.

Se poi questo qualcuno mi assicura che un sistema del genere non influisce per niente sul costo finale, allora me ne torno a letto.
Commento di: RickTST il 04-12-2010 22:39
Da motociclista tradizionalista e conservatore... preferisco vedere nuove innovazioni come il Piaggio MP3 e successivi, anzichè "dei copia e incolla" di soluzioni già viste e più adatte a contesti completamente diversi.
Commento di: Cippo4u il 04-12-2010 23:12
Che tu sia un tradizionalista e un conservatore, resta una stretta peculiarità. Qui non stiamo sul fattore personale.

Parliamo della tecnologia applicata alle moto.
Quindi, sempre a parer tuo, sono degne di nota solo le innovazioni telaistiche.
Per carità, è pur sempre un giudizio personale. E discutibile.
Perchè fin quando si parla di gusto estetico, il non disputandum può essere usato ad aiosa.

Qui però parliamo di realtà concrete.
Tu continui a ripetere, senza spiegando a pieno, che determinate tecnologie sono da destinarsi alle auto. Ma perchè?

L'ABS, ad esempio. Utilizzato in primis nelle auto. Tecnologia poi migrata nel settore moto. E' stato un feticcio? Forse si, il motociclista vero non ha bisogno dell'ABS.
L'ESP, migrato poi nelle moto con l'ASC. Pure qui, inutile?
Fari addattivi, migrati poi in ALC sulle moto. Che ci fai, usa la moto di giorno di notte restatene a casa?
L'ESA, a che serve, usa la manopola e inchinati ad ogni cambio di sterrato no?
L'RDC....ma per piacere, vai da gommista e misura la pressione delle gomme. Che te ne fai di un sistema che ti controlla realtime la pressione?

E di esempi potrei riempirti ancora la pagina...ma rischierei di rendere più inutile la sequenza di questi interventi.

Se tu sei un purista del pezzo di ferro, per carità possiamo convivere in pace e d'accordo.
Io adoro le Africone, e con essa tutte le moto ante-iniezione. Le apprezzo per il valore storico e genuito che conservano.

Stessa cosa dovresti far tu però. Accettare il progresso tecnologico e sforzarti nel vedere che queste tecnologie, sono introdotte non per spillarci i soldi vendendo della fuffa, ma dandoci dei dispositivi che concretamente aiutano in maniera attiva/passiva l'andare in moto.
Con più sicurezza.

E' normale che un'azienda ricerchi il profitto con i suoi investimenti. Mica stanno li a sviluppare i progetti per la gloria no? Tu che fai, vai in ufficio gratis per non far affaticare troppo il tuo capo?

Semmai, se proprio vogliamo intavolare una discussione razionale, seria e costruttiva, possiamo discutere sugli EFFETTI di queste tecnologie e le loro INFLUENZE sullo stile di guida.
Possiamo ragionare sulle scelte ritardate delle case motociclistiche a rendere determinati dispotitivi non più come optinal, ma di SERIE. Come l'ABS e l'ASC.
Possiamo analizzare su quali punti la ricerca è ancora carente, e trovare dei spunti di riflessione su cosa realmente ci serve, ed eventualmente cosa vogliamo sviluppato in maniera differente.
Su questi punti, hai la mia piena disponibilità di discussione.

Se invece, vogliamo ancora fare chiacchere da bar, perchè di questo livello sono gli interventi che leggo sopra, meglio sistemarsi il cuscino e scegliersi un buon film.



Commento di: RickTST il 04-12-2010 23:19
1. **canc** ho scritto ben 2 volte che l' ABS e l'iniezione sono gli unici degni di nota.

2. Che effetti ha un led che mi indica la riserva? Uno solo.

3. Basta un ingresso banale in corrente? Sì, ha funzionato per decenni.

4. Sono più figo se uso un pacchetto dati per trasmettere la stessa informazione? Forse.

5. Ma quanto mi costa? Dimmelo tu.

Non mi sembra di avere un approccio da bar... buona notte.
Commento di: RickTST il 04-12-2010 23:32
Comunque l' MP3 non ha solo un nuovo sistema di sospensioni... ma ora è dotato anche di motorizzazione ibrida. Questo è, per me, innovazione.
Commento di: Cippo4u il 04-12-2010 23:54
Rispondo subito

1. **canc** ho scritto ben 2 volte che l' ABS e l'iniezione sono gli unici degni di nota.
** Mi spieghi come riusciresti a disegnare l'architettura ABS ECU senza l'utilizzo di una CAN?
Mi spieghi come potresti fare dei test virtualizzando il processo? E per fare il safety loop?
Ti ricordo la tua domanda principale "a che serve il CAN BUS su una moto"?
Ora la risposta ce l'hai.

2. Che effetti ha un led che mi indica la riserva? Uno solo.
E chi ha parlato di Led? a cosa ti riferisci? cosa vuoi dire?

3. Basta un ingresso banale in corrente? Sì, ha funzionato per decenni.
Chi ha parlato di ingressi di corrente? a cosa ti riferisci? cosa vuoi dire?

4. Sono più figo se uso un pacchetto dati per trasmettere la stessa informazione? Forse.
Tu parli senza cognizione di causa, usando solo un superficiale nozionismo.
Hai delle reali competenze tecniche con cui affrontare certe tematiche?
Se affermativo, mi spieghi cosa vuol dire la frase sopra?
Non è un pacchetto dati che viene trasmesso, ma parliamo di colonne frame dominanti e recessivi che vengono poi collisionati e filtrati grazie all'arbitrario.
E ti ricordo che stiamo sempre parlando del fault-tolerant.

5. Ma quanto mi costa? Dimmelo tu.
Costa i soldi che sei disposto a spendere. Nulla di più, nulla meno.

E dell'RDC, dell'ESA, dell'ALC e di quanto altro scritto da me prima, cosa mi rispondi?

Non mi sembra di avere un approccio da bar... buona notte.
A me, purtroppo si.
Magari però, un aperitivo al bar ce lo possiamo pure andar a prendere.

Commento di: RickTST il 05-12-2010 14:32
L' ABS è nato negli anni '70... e per il feedback non aveva e non ha certo bisogno del CAN. Il resto è volgare idraulica.
Commento di: Cippo4u il 05-12-2010 16:45
L'ABS ha 30 anni, ma la tecnologia è avanzata e con essa anche le metodologie di analisi e sviluppo dei componenti stessi dell'ABS.
L'idraulica gioca un ruolo minore, in quanto è sempre considerata un secondo attore.
Il primo, è sempre l'impulso dato dalla rotazione della ruota fonica che trasmette continuamente i valori in maniera indipendente delle ruote. In caso di frenata d'emergenza, calcola la velocità di rotazione fornita dal singolo sensore posto sulla ruota fonica, ed in base a dei valori di riferimenti preimpostati, lancia il segnale al riduttore di pressione, che alla fine, fa scattare l'intervento idraulico.
A che serve il CAN sulla moto? A ridurre pesi ed ingombri, e garantire il corretto funzionamento del dispositivo elettronico senza rischi di fault.
Ti ricordo infatti il fattore peso. Con la semplificazione fisica del processo, in concerto con la specialistica software, ha permesso di contenerne il peso, in modo tale da poterlo installare facilmente su tutte le moto.

Risentitizzando il concetto, partendo dalla tua prima affermazione "a cosa serve il CAN sulla moto?" la tecnologia CAN-BUS è ormai indispensabile per far si che la complessità delle architetture elettroniche venga gestita utilizzando uno stardard de facto, con tutti i relativi controlli sul sistema di qualità e certificazione.
Questo standard, aggiungo, consente di eliminare molte delle distorsioni dei dati, dovuti ai disturbi elettromagnetici a cui la moto è soggetta.
Infine, cosa non trascurabile, permette una scalabilità dei moduli aggiuntivi. Tradotto, ad ogni modulo aggiunto, non occorre stravolgere la compentistica in esercizio, tant'è che verrà integrato con più facilità, senza creare problemi di compatibilità e rischi di fault.

E visto che spesso parlavi di costi, ti offro gratuitamente uno spunto di riflessione.
La standardizzazione di un processo, permette l'adeguamento dei singoli dispositivi destinati ad interfacciarci con esso. Questo vuol dire, una produzione seriale che consente di avere costi di vendita più bassi rispetto a dei prodotti sviluppati autonomamente dalle singole industrie, senza quindi convidere uno standard di realizzazione.
Oggi magari non sarà cosi economico, vista la reticenza di molte case a introdurre quota di tecnologia superiore ai propri modelli.
Ma quando questa ciclo diverrà più veloce, le dinamiche che si innescheranno saranno sicuramente queste.

Ad ogni modo, RickTST, io ho risposto compiutamente mostrandoti chiaramente le relative confutazioni, a TUTTE le tue frasi/affermazioni.
Prima di continuare con l'eventuale discussione, ti ricordo i punti aperti (da me) a cui tu però, non hai ancora risposto.
Commento di: RickTST il 05-12-2010 19:49
Ragazzo... ma tu hai mai lavorato su un encoder line-driver per applicazioni industriali con tratte di 300 mt di cavo con fronti dei segnali distorti per effetti capacitivi-induttivi in ambienti saturi di EMC generati da inverter da 500 kwatt? Non arrampichiamoci sugli specchi. Hai detto bene, standardizzazione di un processo produttivo... da automotive ad moto.

Ripeto, niente di nuovo. Niente di strettamente indispensabile.
Commento di: Davide il 05-12-2010 08:24
Ragazzi discutete pure tecnicamente ma evitate di scendere nel personale, grazie ;)
Commento di: Cippo4u il 05-12-2010 17:03
Davide, i miei interventi sono tutti volti a dare una spiegazione prettamente tecnica, con l'obiettivo di rispondere in maniera esaustiva ad ogni affermazione che mi si pone davanti.
Permettimi però, che mettere in discussione l'utilità di tale dispositivo, portando avanti determinate argomentazioni, fa emergere la non piena consapevolezza dell'oggetto su cui si sta discutendo.
Se leggi bene i miei interventi, ho offerto spunti di riflessione, nonchè suggerimenti su dove effettivamente una discussione costruttiva sull'utilità dei sistemi elettronici può vertere.
Ma mi si risponde in maniera a mio giudizio superficiale ed incompleto.
Io resto sempre aperto al dialogo, ammesso che il mio interlocutore abbia i corretti strumenti per intavolarlo.
In questo caso, ho fatto un errore di valutazione.

Parlando invece di cose più serie, tu come vedi il prossimo futuro della digitalizzazione dei processi?
Il CAN ha dato via alle facilities della moduli e i system integrator sono iperattivi sul lato della ricerca e innovazione.
Potremmo andare incontro a paure da echelon della motocicletta?
Magari, potremo dar vita a un nuovo dibattito...secondo me sarebbe ancora più frizzante.
Commento di: jorgos il 04-12-2010 00:52
Ottimo servizio Cippo, riesci a semplificare cose che ai più sono ostiche da mandar giù, complimenti.
Commento di: Cippo4u il 04-12-2010 08:10
Grazie Jo!
Commento di: PaoloG il 05-12-2010 23:39
Visto che hai fatto 'sta ricerca, quale è stata la prima moto ad avere la rete CAN? Di sicuro la 999 è stata la prima Ducati, ma BMW forse aveva già qualcosa a listino?

In ogni caso, l'uso di questa tecnologia ha senso su mezzi in cui si prospetta il proliferare di centraline (come le maxi BMW). Su moto più semplici, che potranno andare avanti con la semplice ECU motore continuerà a non essere strettamente necesseria...
Commento di: Cippo4u il 06-12-2010 09:00
Oltre alle BMW (serie GS-RT-ST-K) è stato adottato da Ducati (999), Aprilia (RSV1000) e Guzzi (Breva e Griso).

Concordo a pieno sulla "non" necessità di tale sistema su moto dove è richiesta una scarsa cablatura dovuta ad un impiego minimo di elettronica (vedi moto da cross, ad esempio).
In quel caso, tutti i sensori (dall'iniezione alla temperatura) sono analogici quando escono dal motore, e di certo non hanno bisogno di una catena scsi!

Dove "realmente" serve il CANBUS?
E' una scelta architetturale che coinvolge moto dove infatti è prevista un numero più alto di centraline (oltre alle classiche, motore/cruscotto/abs/antifurto).
Le potenzialità di questo sistema, le possiamo comprendere vedendo la ZFE.
Sulla RT, ad esempio, la mole di dati che passano sopra è impressionante: ci sono almeno 50 sensori collegati, dal sensore HALL del parabrezza fino al sensore sella riscaldata passeggero.
Pensiamo a cosa vorrebbe significare il cablaggio di questi 50 sensori (solo sulla ZFE) senza un sistema centralizzato.

Quali sono le migliorie che potrebbero essere apportate su questo sistema?
Ammettiamo subito che il CANBUS, non è un miracolo.
E' un buon sistema che consente la ridondanza delle informazioni, e che utilizzando i due fili in differenziale fa si che anche in caso di guasto di uno dei nodi, la linea continui sempre ad essere operativa.
Per queste sue peculiarità, sull'I-Cluster potrebbero essere veicolate un numero elevatissimo di informazioni, un pò come già succede con i bellissimi cruscotti delle nuove DUCATI.
Altra miglioria, che ho già in qualche modo avanzato pochi post sopra, è che la CAN è una linea aperta per cui, una centralina sviluppata per conto terzi, a patto di rispettare le specifiche elettriche e la codifica proprietaria, può essere aggiunta facilmente come modulo aggiuntivo.
Faccio l'esempio del DWA (modulo antifurto): in un futuro prossimo, potremo vedere in commercio moduli anche di altre aziende, magari con peculiarità tecniche migliori e a costi inferiori (rispetto a BMW). Utilizzando la tecnologia CAN, potremo acquistarlo e montarlo facilmente anche sulla nostra moto.

Commento di: PaoloG il 06-12-2010 22:08
Aggiungo anche Morini sul suo 1200 fra gli utilizzatori "pionieri" di questo sistema.

In ogni caso citi tutte peculiarità mutuate in blocco dal mondo automobilistico e... non poteva che essere così.

Altro vantaggio e sarebbe anche ora: una diagnostica standardizzata con prese di diagnosi unificate, come già è l'EOBD sulle auto, in vigore "solamente" da 10 anni...
Commento di: Ale990 il 09-12-2010 11:37
Bell'articolo!!! Alla fine i vantaggi sono molteplici a quanto pare:
1)maggiore modularità del sistema, integrabile più facilmente con nuovi dispositivi
2)capacità di sostenere facilmente un numero notevole di informazioni e ricollegarle tra loro
3)facilità di intervento per chi possiede i mezzi.

Io ho una Morini, ma suppongo che tutto ciò renda ancora più impossibile una qualunque forma di "fai da te".
Commento di: ispetur il 16-12-2010 13:13
Perchè pensi che sia impossibile una qualsiasi forma di "fai da te"?
Ho personalmete ricostruito un Multistrada super incidentato, non puoi nemmeno immaginare quale vantaggio abbia avuto nel momento in cui ho dato tensione, collegato il mio portatile alla presa della diagnostica utilizzando un cavo che mi è costato quanto la regolazione del CO fatta dal concessionario ed ho potuto constatare che che, prima ancora di avviare la moto, c'erano problemi con il cablaggio di 2 sensori (temperatura motore e numero giri).
Senza questa gestione avanzata, secondo te quanto tempo avrei dovuto perdere per individuare questi problemi?
Certamente una buona attrezzatura non è più sufficiente per sistemare una moto, ma tan'è che oggi le moto sono dotate di sistemi che ti offrono molti vantaggi e vengono gestiti da una elettronica che si gestisce con sistemi elettronici.

Secondo me è stupendo montare uno scarico aperto, decatalizzatore e filtro aperto e lavorare solo con il computer per adeguare la carburazione.
Ho corso in moto per anni, penso di avere speso milioni di lire in getti, ghigliottine, spilli ecc ecc per variare le carburazioni delle mie moto. Oggi faccio tutto con un pc.

Certamente un buon meccanico di oggi deve, per forza, essere anche un elettronico, una volta il compito più gravoso era quello individuare il cavo rotto (tra 30 e non tra i 10 di oggi) nella zona canotto di sterzo.

Non spaventatevi davanti ad una moto moderna, cercate di capire come funziona, grazie anche ad articoli come questo, e vedrete che i vari meccanici poco capaci o poco onesti non vi infinocchieranno più con mille cavolate sull'elettronica delle moto

Ciao