Automatische adressering voor autotoegang vergelijken

Autotoegangssystemen die Bluetooth Low Energy gebruiken, hebben doorgaans een centrale module en meerdere satellietmodules/-knooppunten, die communiceren via een CAN-bus (Controller Area Network) of LIN-bussen (Local Interconnect Network). De satellietmodules zijn fysiek over de auto verdeeld om het Bluetooth-communicatiebereik te verbeteren.

Systeemontwerpers willen de produceerbaarheid van satellietmodules verbeteren door één PCB te ontwerpen met identieke software, zodat de installatie in de auto onafhankelijk is van de positie van het Bluetooth-knooppunt. Omdat de hardware en software van elk satellietknooppunt op het moment van installatie identiek zijn, is een schema nodig om de centrale module in staat te stellen een uniek CAN- of LIN-adres toe te wijzen aan elk satellietknooppunt nadat de modules in het voertuig zijn geïnstalleerd.

Een optie is om een ​​speciaal LIN-daisy-chain-netwerk te gebruiken om CAN-ID's tijdens de productie met de modules te delen. In dit scenario gebruikt de centrale module de LIN-interface om elke satellietmodule te adresseren, maar de LIN-interface zal gedurende de levensduur van het voertuig niet opnieuw worden gebruikt. Een andere optie vervangt de speciale LIN-bus door een discrete implementatie die de stuklijstkosten (BOM) verlaagt. Om de systeemkosten verder te verlagen, wordt een echte draadloze optie die alleen Bluetooth gebruikt, en geen extra hardware, de Bluetooth-infrastructuur die al beschikbaar is op de knooppunten hergebruikt om de modules te adresseren.

Uiteindelijk vermindert de draadloze methode de stuklijst, de systeembedrading en de kosten voor het opslaan, beheren en monteren van de nu onnodige componenten. Dit artikel geeft een overzicht van bekabelde auto-adresseringsmethoden voordat we dieper ingaan op de draadloze methode.

Autotoegangssystemen voor auto's zijn in de richting van het gebruik van Bluetooth Low Energy voor telefoon-als-een-sleutel of andere digitale-sleutelmogelijkheden. Deze systemen werken op dezelfde manier als passieve startsystemen met passieve start, maar voegen de mogelijkheid toe om de smartphone van de bestuurder als sleutel te gebruiken en vervangen zo de traditionele sleutelhangers. Phone-as-a-key-compatibele voertuigen implementeren een centrale module of smart key-module en meerdere satellietmodules, die elk een Bluetooth-signaal kunnen ontvangen van een smartphone of sleutelhanger. Een typisch systeem kan zes tot twaalf satellietmodules hebben, naast de centrale module (Figuur 1).

Figuur 1. Dit diagram laat zien waar Bluetooth-satellietmodules in de auto kunnen worden verdeeld.

Consumenten hebben het phone-as-a-key-systeem nodig om te kunnen bepalen wanneer de telefoon of sleutelhanger zich binnen de ontgrendelingszone van het voertuig bevindt. Om de locatie van de smartphone of afstandsbediening te benaderen, trianguleert het systeem de signalen die worden ontvangen door verschillende satellietmodules, die door de auto worden verdeeld op plaatsen zoals de passagierszijde, het tuimelpaneel, de kofferbak of bumpers.

De centrale module van het voertuig communiceert met de satellietmodules via een communicatie-interface zoals een CAN-bus of LIN-bus. De centrale module gebruikt de gegevens die van elke satellietmodule worden ontvangen om de locatie van de smartphone of sleutelhanger te trianguleren en bepaalt vervolgens of toegang tot de auto moet worden verleend. Afbeelding 2 illustreert hoe een CAN-bus kan worden gebruikt als het belangrijkste communicatienetwerk tussen de centrale en satellietmodules.

Figuur 2. Een CAN-bus kan worden aangenomen als het belangrijkste communicatienetwerk tussen de centrale en satellietmodules in een Bluetooth-autotoegangssysteemnetwerk.

Het CAN-busadres van de satellietmodules stelt de centrale module in staat te bepalen van welke satellietmodule hij gegevens ontvangt. De centrale module koppelt de unieke CAN-ID of het unieke adres aan de locatie van elke specifieke satellietmodule, bepaald door het algehele systeemontwerp. In plaats van een unieke PCB te hebben voor elke satellietmodule, met het busadres vast of hard gecodeerd, zou het voordelig zijn om een ​​enkel PCB-ontwerp te hebben met een enkele firmwareversie voor alle satellietmodules. Dit vermijdt de extra kosten en logistieke problemen die gepaard gaan met productie en voorraadbeheer van zes, acht of meer bijna identieke eenheden. Een enkel ontwerp vereenvoudigt ook de productie door de installatie van dezelfde satellietmodule overal in het voertuig mogelijk te maken.

Aangezien de hardware en software van de satellietknooppunten allemaal identiek en ongeadresseerd zijn op het moment van installatie, is een schema vereist waarmee de centrale module een uniek CAN-ID of adres kan toewijzen aan elke satellietmodule na installatie in de auto.

Automatische adressering via kabel:LIN-doorlusmethode

Momenteel wordt het toewijzen van CAN-busadressen aan satellietmodules in auto's bereikt met behulp van een afzonderlijk communicatienetwerk (zoals LIN) waarbij de satellieten in serie op de bus zijn geschakeld (Figuur 3). De centrale module stuurt via de LIN-bus een CAN-bus-netwerkadres naar het eerste satellietknooppunt. Eenmaal voltooid, stuurt het eerste satellietknooppunt het volgende adres dat van de centrale module is ontvangen naar de tweede satelliet met behulp van de LIN-bus. Dit proces gaat door totdat alle satellieten hun unieke CAN-adressen hebben ontvangen.

Afbeelding 3. Deze architectuur voor automatisch adresseren gebruikt een LIN-daisy-chain voor het verzenden van de unieke CAN-ID's naar de satellieten.

Dit schema vereist twee fysieke LIN-lagen (PHY's) per module, één voor het ontvangen van gegevens en een andere voor het verzenden van gegevens. De LIN PHY's worden alleen gebruikt tijdens de auto-adressering. Zodra de satellieten zijn geprogrammeerd, vindt alle standaard datacommunicatie plaats via de CAN-bus voor toegang tot de auto. Een typische auto kan zes tot twaalf satellietmodules hebben, wat betekent dat er tussen de 14 en 26 LIN PHY's nodig zijn om de eenmalige automatische adressering te ondersteunen, wat aanzienlijk bijdraagt ​​aan de PCB-stuklijst, de systeemkosten en de complexiteit van het voertuig.

Automatische adressering via kabel:methode met één draad

Texas Instruments heeft een alternatieve methode ontwikkeld om de stuklijstkosten van elke module te verlagen door de speciale auto-adresserende LIN PHY's te vervangen door een MOSFET en een paar weerstanden. Het belangrijkste verschil in de auto-adresseringssoftware van dit schema is dat alle satellietmodules zijn geprogrammeerd voor het Bluetooth-systeem van de chip (SoC) om de CAN-bus te negeren totdat een wake-signaal wordt ontvangen op de P_IN-lijn. Afbeelding 4 toont het blokschema.

klik voor grotere afbeelding
Figuur 4. De auto-adresseringsmethode met één draad vervangt de LIN PHY's door een MOSFET en een paar weerstanden.

De centrale module start het auto-adresseringsproces door een pulsbreedtemodulatie (PWM)-signaal op de P_IN1-lijn te verzenden met behulp van veldeffecttransistor Q1. Via een spanningsdeler ontvangt de eerste satellietmodule het weksignaal op batterijniveau, P_IN1, waarmee de Bluetooth MCU wordt gesignaleerd om naar de CAN-bus te "luisteren". Tegelijkertijd begint de centrale module constant de eerste CAN-ID van de satellietmodule op de CAN-bus te verzenden. Zodra de eerste satellietmodule het CAN ID-bericht ontvangt, stuurt deze een bevestigingsbericht terug naar de centrale module om de juiste ontvangst van het adres te bevestigen. Nadat het bevestigingsbericht is verzonden, stuurt de eerste satellietmodule het PWM-ontwaaksignaal naar de tweede satellietmodule, waarmee deze module aangeeft naar de CAN-bus te gaan luisteren en zijn nieuwe CAN-ID te ontvangen. Nadat de centrale module het bevestigingsbericht van de eerste satellietmodule heeft ontvangen, zal de CAN-bus constant het CAN ID-bericht van de tweede satellietmodule verzenden totdat het een bevestigingsbericht van de tweede satellietmodule ontvangt.

Samengevat, elke satellietmodule, één voor één, wekt de volgende om de CAN-ID van de CAN-bus te ontvangen. De centrale module verhoogt de volgende CAN-ID die wordt verzonden na ontvangst van een bevestigingsbericht van de geadresseerde satellietmodule totdat alle modules zijn geadresseerd*.

Hoewel het een verbetering is, vereist deze implementatie nog steeds bedrading tussen de centrale module en elk van de satellietmodules, zoals weergegeven in figuur 5.

Figuur 5. De architectuur voor auto-adressering met één draad vereist nog steeds bedrading tussen de centrale en satellietmodules.

Draadloze automatische adressering/kabelvervanging

Texas Instruments heeft ook een methode voor automatische adressering ontwikkeld die gebruikmaakt van Bluetooth-lokalisatietechnieken. Met deze technieken kunnen de Bluetooth-satellietmodules een CAN-adres krijgen vanaf de centrale module tijdens de fabricage en nadat een module is vervangen. Het moduleadresseringsproces begint met de module waarvan is vastgesteld dat deze zich het dichtst bij de centrale module bevindt en gaat verder in de volgorde van de dichtst bij de verste afstand totdat de verste module is geadresseerd. De daadwerkelijke locatie is niet nodig, aangezien de plaatsing van de modules, de meettechniek en de omgeving van de module de gemeten afstand bepalen. Afstand dn vertegenwoordigt de gemeten afstand (van de Bluetooth-signaalsterkte-indicatie [RSSI]), idealiter:

d1