Spis treści:
Coraz częściej spotykanym widokiem w Berlinie i innych niemieckich miastach są elektryczne rowery dostawcze sunące po ścieżkach niczym obładowane paczkami, programowane wehikuły. Niemiecki producent Schaeffler widzi w tym szansę: wprowadza nowy generator w sercu koncepcji inteligentnego układu napędowego oparty na CAN. Niektórzy obserwatorzy nazywają bicycle-by-wire, czyli wariacją na temat ride-by-wire. Dzisiaj ogólnie trochę o cudownościach tej wciąż wielu nieznanej magistrali.
Na pierwszy rzut oka to komplikowanie roweru, który jest raczej urządzeniem dość prostym. Gd jednak spojrzymy na nowatorskie rozwiązanie oparte o magistralę CAN, to korzysta na niej nawet przemysł lotniczy. Wróćmy na chwilę do korzeni.
Zalety klasycznego wykształcenia
W latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia po Polsce dumnie śmigały samochody benzynowe, w których wyposażenie elektryczne składało się z rozrusznika, układu zapłonowego, czujnika ciśnienia oleju, czujnika temperatury cieczy, kilku innych i obrotomierza.
Rozwój elektryki samochodowej jednak postępował bardzo szybko, podzespoły były coraz mniejsze, coraz tańsze i coraz bardziej wydajne, i gdyby wszystkie nowe urządzenia łączyć ze sobą przewodami elektrycznymi, to powstawałaby z tego wielka plątanina kabli.
Wówczas mało kto przewidywał aż taki wielki postęp w elektryce i elektronice, ale inżynierowie zdawali sobie sprawę, że będzie tego wszystkiego z pewnością coraz więcej i dzięki zaletom klasycznego wykształcenia z pewnością potrafili przewidzieć ogólne kierunki rozwoju. Nowinek technologicznych takich jak ABS czy elektroniczne blokady mogło tylko przybywać. Wraz z nimi musiała rosnąć liczba koniecznego okablowania. Wizjonerską gratkę sprawił światu niemiecki przedsiębiorca Robert Bosch i jego koncern.
Nowe standardy komunikacji
Prace nad magistralą CAN rozpoczęły się w 1983 roku w Robert Bosch GmbH. Protokół został oficjalnie przedstawiony w 1986 roku. Pierwsze chipy CAN zostały wprowadzone przez firmę Intel w 1987 roku, a wkrótce potem dołączył Philips.
Mercedes-Benz W140 z 1991 roku był pierwszym pojazdem produkcyjnym, w którym zastosowano multipleksowy system okablowania oparty na CAN. Bosch nadal aktywnie pracuje nad rozszerzeniem standardów CAN.
W 2012 roku opublikowała CAN FD 1.0, czyli CAN with Flexible Data-Rate. Specyfikacja wykorzystuje inny format ramki, który pozwala na różną długość danych, a także opcjonalne przełączanie na większą szybkość transmisji po podjęciu decyzji o arbitrażu. Zadbano o kompatybilnośc, gdyż CAN FD jest kompatybilny z istniejącymi sieciami CAN 2.0, więc nowe urządzenia CAN FD mogą współdziałać w tej samej sieci. Magistrala CAN jest także jednym z protokołów stosowanych w standardzie diagnostyki pokładowej OBD-II, a kwestie obligatoryjności dotyczą również krajów UE.
Co to jest magistrala CAN?
Główna dziedzina zastosowań magistrali CAN to elektronika samochodowa. CAN jest standardem magistrali szeregowej typu multi-master do łączenia elektronicznych jednostek sterujących (ECU) zwanych również węzłami. Do komunikacji w sieci CAN wymagane są dwa lub więcej węzłów. Węzeł może łączyć się z urządzeniami od prostej logiki cyfrowej, np. PLD (z ang. programmable logic device), poprzez FPGA (z ang. field-programmable gate array) aż po komputery wbudowane z szerokim oprogramowaniem. Taki komputer może być również bramą pozwalającą komputerowi ogólnego przeznaczenia (jak laptop) komunikować się przez port USB lub Ethernet z urządzeniami w sieci CAN.
Zastosowania magistrali CAN:
- Pojazdy osobowe, ciężarowe, autobusy (benzynowe i elektryczne).
- Sprzęt rolniczy.
- Sprzęt elektroniczny dla lotnictwa i nawigacji.
- Automatyka przemysłowa i sterowanie mechaniczne.
- Windy i schody ruchome.
- Automatyka budowlana.
- Przyrządy i sprzęt medyczny.
- Pedelec (rodzaj rowerów elektrycznych).
- Modele kolejowe.
- Statki wodne (zawężenie definicji).
- Systemy sterowania oświetleniem.
Z samochodów na motocykle
Zatrzymajmy się na zastosowaniach przyjaznych każdemu, kto posiada rower i potrafi na nim jeździć. CAN to odpowiedź na rozwój elementów elektronicznych w samochodach i ich wzrastającą liczbę. Skoro zapewnia komunikację między urządzeniami bez potrzeby stosowania metrów przewodów, to równie dobrze możemy dzięki tym magistralom zrezygnować z rowerowego łańcucha. Dlaczego? Bo na pokładzie pojazdu wyposażonego w magistralę CAN jako jednostkę sterującą wszystko wysyła sobie komunikaty, na przykład jedno urządzenie pyta drugiego, czy może już zacząć działać.
Pionierska technologia ride-by-wire zastosowana w modelu motocykla Yamaha YZF-R6 w 2006 roku była częścią znacznej modernizacji japońskiego producenta, która obejmowała również nową kontrolę zarządzania silnikiem. Eliminuje ona mechaniczne połączenia pomiędzy pedałem gazu a przepustnicą. Fizyczne połączenie jest zastąpione czujnikami połączonymi przewodami, które decydują o tym, jaka ilość mieszanki paliwowo-powietrznej powinna dostać się do silnika motocykla.
Technologia ride-by-wire była stosowana przez producentów w motocyklach o dużej pojemności, które były przeznaczone do jazdy po torach wyścigowych – z czasem jednym z atutów stosowania jej w motocyklach stała się pewność, że maszyna będzie odpowiadać coraz bardziej wyśrubowanym normom emisji spalin. Wreszcie skoro teraz technologię tę można znaleźć również w motocyklach drogowych o mniejszej pojemności, to ktoś musiał wpaść na pomysł, że powinna trafić do posiadaczy rowerów.
Ride-by-wire
Połączone w sieć, elastyczne, trwałe i przyjazne dla środowiska. Nowe trendy w mobilności stawiają wysokie wymagania produktom i technice. Niemiecki dostawca branży motoryzacyjnej i przemysłowej Schaeffler na targach Eurobike 2021 zaprezentował nowy system bike-by-wire Free Drive jako innowacyjne rozwiązanie dla rowerów. Swoją drogą warto zapamiętać nazwę Eurobike – to coroczny powiew świeżości w branży rowerowej organizowany w różnych miastach, w 2021 roku odbył się w niemieckim Friedrichshafen, zaś kolejna edycja ma odbyć się we Frankfurcie nad Menem.
“Bezłańcuchowy” system napędowy pozwala na zupełnie nowe konstrukcje rowerów oraz – przykładem samochodów – mniejsze zapotrzebowanie na części zużywalne. Rynek e-rowerów stale rośnie, a Schaeffler posiada już wieloletnie doświadczenie w segmencie e-bike i ostatnio w 2016 roku zaprezentował mechatroniczny system automatycznej zmiany biegów VELOMATIC – automatyczną manetkę przerzutki rowerowej. Wracamy do CAN.
Centralnym elementem systemu Free Drive jest generator Schaeffler, który aplikuje stały opór na pedale i jednocześnie przejmuje siłę pedałowania rowerzysty. Rozwiązanie regeneracyjne to szeregowy napęd hybrydowy, który przekształca energię mechaniczną wytworzoną podczas pedałowania w energię elektryczną. Ta z kolei jest ponownie zamieniana na energię mechaniczną w silniku w piaście koła. Nadmiar energii jest magazynowany w akumulatorze. Niby nic nowego, ale podobnie jak w samochodach wszystkie elementy systemu komunikują się ze sobą za pomocą połączenia CAN. Kompletny, optymalnie dopasowany system generuje ciągłą moc 250 W i składa się z generatora pedałów, silnika napędowego, akumulatora powerpack oraz tzw. interfejsu człowiek-maszyna (HMI).
Nowe szanse na przyszłość
W czym drzemie nowość? Niezależnie od tego, czy system jest używany w zastosowaniach dwu-, trzy- czy czterokołowych, brak mechanicznego połączenia pomiędzy generatorem a silnikiem oznacza, że Free Drive może zapewnić maksymalną elastyczność architektury roweru i dowolnie konfigurowalne odczucia podczas pedałowania, które są dostosowane do wymagań roweru i potrzeb rowerzysty. Jednocześnie zapewnia minimalne zużycie eksploatacyjne częśći. Kompaktowe wymiary systemu Free Drive pozwalają na zachowanie standardowej odległości milimetrów pomiędzy dwoma pedałami. Oprócz tego system Free Drive może być dostosowany do różnych zastosowań, niezależnie od producenta. Być może podobny boom na elektryczne i elektroniczne dodatki zdarzy się również w branży rowerowej tak, jak miało to miejsce w historii samochodowych osobowych i motocykli.
Wtedy na pewno ucieszymy się z magistrali CAN, bo nie będziemy musieli dbać o dziesiątki przewodów i martwić się, że o któryś zahaczymy i go zerwiemy. Nie czujemy się na siłach, aby omówić dziś zastosowania magistrali CAN w przemyśle lotniczym, ale tam korzyść z ograniczenia zastosowania przewodów musi być odczuwalna jeszcze bardziej – przykład to Airbus A380, gdzie sterownik jest integralną częścią panelu sterowania (ICP). Pamiętajmy też, że mniej przewodów oznacza mniej miedzi i mniej tworzyw sztucznych, a w ogóle to mniej kłopotów.
2 odpowiedzi
Dzięki połączeniu z magistralą CAN można naprawdę wiele osiągnąć, świetne efekty widać w automatyce i elektronice przemysłowej. Przykładowo zastosowanie przemysłowego konwertera CAN CP202-2CI daje łatwe połączenie między magistralą CAN i magistralą Ethernet, co zwiększa zasięg sieci CAN-bus. Może to być wykorzystywane w automatycznej kontroli budynków, systemach automatyki opieki zdrowotnej czy monitoringu środowiska, a także do sterowania i zarządzania PLC i wiele innych.
Od 2009 roku CAN jest używany w elektrycznych przerzutkach Shimano Di2.