Чтобы связно и гармонично управлять системами, обеспечить качество и функциональность передачи данных, многие автомобилестроительные компании применяют современную систему, известную как CAN-шина. Принцип ее организации заслуживает подробного рассмотрения.
Визуально CAN-шина выглядит как асинхронная последовательность. Ее информация передается по двум витым проводникам, радиоканалу или оптоволокну.
Управлять шиной способны несколько устройств одновременно. Их количество не ограничено, а скорость обмена информацией запрограммирована до 1 Мбит/с.
CAN-шина в современных автомобилях регламентируется спецификацией "CAN Sorcjfication version 2,0".
Он состоит из двух разделов. Протокол А описывает передачу информации с применением 11-битной системы передачи данных. Часть В выполняет эти функции при применении 29-битного варианта.
CAN имеет узлы персональных тактовых генераторов. Каждый из них посылает сигналы всем системам одновременно. Получающие устройства, присоединенные к шине, определяют, относится ли сигнал к их компетенции. Каждая система обладает аппаратной фильтрацией адресованных ей посланий.
Одной из самых известных на сегодняшний день является разработанная Робертом Бошем CAN-шина. CAN BUS (под таким названием известна система) бывает последовательная, где импульс подается за импульсом. Она называется Serial bus. Если же информация передается по нескольким проводам, то это параллельная шина Parallel bus.
I - узлы управления;
II - коммуникации системы.
Опираясь на разновидности идентификаторов КАН-шин, встречается маркировка двух типов.
В случае, когда узел поддерживает 11-битный формат обмена информацией и не обозначает ошибки на сигналы 29-битного идентификатора, его маркируют "CAN2,0A Active, CAN2,0B Passive".
Когда таковые генераторы используют оба типа идентификаторов, шина имеет маркировку "CAN2,0B Active".
Встречаются узлы, поддерживающие коммуникации в 11-битном формате, а увидев в системе 29-битный идентификатор, выдают сообщение об ошибке. В современных автомобилях подобные CAN-шины не используются, ведь система должна быть логичной и согласованной.
Система же функционирует при двух типах скоростей передачи сигналов - 125, 250 кбит/с. Первые предназначены для вспомогательных устройств (стеклоподъемники, освещение), а вторые обеспечивают главное управление (коробка-автомат, двигатель, ABS).
Физически проводник CAN-шины современного автомобиля выполнен из двух составляющих. Первый - черного цвета и называется CAN-High. Второй проводник, оранжево-коричневый, именуется CAN-Low. Благодаря представленной структуре коммуникаций из схемы автомобиля удалена масса проводников. При производстве транспортных средств это позволяет уменьшить вес изделия до 50 кг.
Общая сетевая нагрузка состоит из разрозненных сопротивлений блоков, которые входят в состав протокола, называемого КАН-шина.
Различны и скорости передачи-получения каждой системы. Поэтому обеспечивается обработка разнотипных сообщений. Согласно описанию шины-CAN, эту функцию выполняет преобразователь сигналов. Он называется межсетевым электронным интерфейсом.
Расположен этот прибор в конструкции управляющего блока, но бывает выполнен в виде обособленного прибора.
Представленный интерфейс применяют также для вывода и ввода сигналов диагностического характера. Для этого предусмотрено наличие унифицированной колодки OBD. Это особый разъем для диагностики системы.
Существуют разные типы представленного устройства.
При изучении вопроса, чем является CAN-шина, может показаться, что по количеству программ она похожа на систему самолета. Однако, дабы обеспечить качество, безопасность и комфорт при управлении автомобилем, никакие программы не будут лишними.
Все управляющие блоки присоединены к CAN-шине трансиверами. Они имеют приемники сообщений, представляющих собой избирательные усилители.
Описание шины CAN оговаривает поступление посланий по проводникам High и Low в усилитель дифференциальный, где он обрабатывается и направляется в блок управления.
Усилитель определяет этот выходной сигнал как разность напряжений проводов High и Low. Такой подход позволяет исключить влияние внешних помех.
Чтобы понять, что собой представляет КАН-шина и ее устройство, следует вспомнить ее облик. Это два проводника, скрученные между собой.
Так как сигнал помехи поступает сразу на оба провода, в процессе обработки значение напряжения Low отнимается от напряжения High.
Благодаря этому CAN-шина считается надежной системой.
Протоколом предусматривается использование при обмене информацией посредством шины CAN четырех типов команд.
I - CAN-шина;
II - резистор сопротивления;
III - интерфейс.
В процессе приема-передачи информации на проведение одной операции отводится определенное время. Если оно вышло, формируется фрейм ошибки. Error Frame также длится определенное количество времени. Неисправный блок автоматически отключается от шины при накоплении большого количества ошибок.
Чтобы понять, что такое CAN-шина, следует разобраться в ее функциональном назначении.
Она призвана передавать фреймы в реальном времени, которые содержат информацию о значении (например, перемена скорости) или о возникновении события от одного узла-передатчика к приемникам программы.
Команда состоит из 3 разделов: имени, значения события, времени наблюдения за переменной величиной.
Ключевое значение придается переменной показателя. Если в сообщении нет данных о времени, тогда это сообщение принимается системой по факту его получения.
Когда компьютер коммуникационной системы запрашивает показатель состояния параметра, он посылается в приоритетной очередности.
Когда сигналы, поступающие на шину, приходят на несколько контроллеров, система выбирает, в какой очередности будет обработан каждый. Два или более устройства могут начать работу практически одновременно. Чтобы при этом не возник конфликт, производится мониторинг. CAN-шина современного автомобиля производит эту операцию в процессе отправки сообщения.
Существует градация сообщений по приоритетной и рецессивной градации. Информация, имеющая самое низкое числительное выражение поля арбитража, выиграет при наступлении конфликтного положения на шине. Остальные передатчики постараются отослать свои фреймы позже, если ничего не изменится.
В процессе передачи информации время, указанное в нем, не теряется даже при наличии конфликтного положения системы.
Устройство шины состоит, помимо кабеля, из нескольких элементов.
Микросхемы приемопередатчика часто встречаются от компании Philips, а также Siliconix, Bosch, Infineon.
Чтобы понять, что такое КАН-шина, следует изучить ее компоненты. Максимальная длина проводника при скорости 1 Мбит/с достигает 40 м. Шина- CAN (известная еще как CAN-BUS) в конце наделена терминатором.
Для этого на конец проводников устанавливаются резисторы сопротивления по 120 Ом. Это необходимо, дабы устранить отражения сообщения на конце шины и убедиться, что она получает соответствующие уровни тока.
Сам проводник в зависимости от конструкции может быть экранированным или неэкранированным. Концевое сопротивление может отходить от классического и находиться в диапазоне от 108 до 132 Ом.
Рассматривая шины транспортного средства, следует уделить внимание программе блокировки работы двигателя.
Для этого разработан обмен данными посредством шины CAN, iCAN-модулем. Он подключается к цифровой шине и отвечает за соответствующую команду.
Имеет небольшие габариты и присоединяется к любому отделению шины. При старте движения автомобиля iCAN посылает команду соответствующим блокам, и мотор глохнет. Преимуществом данной программы является отсутствие разрыва сигнала. Существует инструктирование электронного блока, после этого сообщение отключает функционирование соответствующих исполнительных элементов.
Этот тип блокировки характеризуется наивысшей скрытностью, а потому и надежностью. При этом ошибки не записываются в память ЭБУ. CAN-шина предоставляет всю информацию о скорости, движении автомобиля данному модулю.
Модуль iCAN устанавливается в каком угодно узле, где расположены жгуты, в месте установки шины. Из-за минимальных габаритов и особого алгоритма действий выявить блокировку обычными методами при совершении угона практически нереально.
Внешне этот модуль маскируется под разные контролирующие датчики, что также делает невозможным его обнаружение. При желании возможно настроить работу прибора для автоматической защиты им стекол автомобиля, зеркал.
При наличии у транспортного средства автозапуска двигателя, iCAN не помешает его работе, так как срабатывает при старте движения.
Ознакомившись с устройством и принципами обмена данными, которой наделена CAN-шина, становится понятным, почему все современные автомобили применяют эти технологии при разработке управления транспортным средством.
Представленная технология по своему устройству довольно сложна. Однако все заложенные в нее функции обеспечат максимально эффенктивное, безопасное и комфортное управление автомобилем.
Существующие разработки помогут обеспечить защиту транспортного средства даже от угона. Благодаря этому, а также комплексу других фунций, шина-CAN популярна и востребована.
Это руководство служит для проверки распознавания правильности подачи сигнала высокого уровня CAN и низкого уровня CAN на соединение с шиной.
Шина CAN (Controller Area Network) является последовательной системой шин связи и отличается следующими признаками:
Задающее устройство: задающее устройство является активным партнером по связи, от которого исходит инициатива связи. Задающее устройство имеет приоритет и управляет связью. Оно может посылать пассивному абоненту шины (исполнительному устройству) сообщения по системе шин и после запроса принимать его сообщения.
Исполнительное устройство: исполнительное устройство является пассивным участником связи. Оно получает команду получать и передавать данные.
Система с задающим устройством: в системе с задающим устройством участники связи могут в определенный момент времени брать на себя роль задающего или исполнительного устройства.
Для большей ясности, работает ли шина CAN безупречно, необходимо понаблюдать связь по шине. При этом нет необходимости анализировать отдельные биты, а нужно лишь убедиться, что шина CAN работает. Осциллографирование показывает: ”шина CAN очевидно работает без нарушений”.
K‐CAN:
Низкий уровень CAN относительно массы: U мин = 1 В и U макс = 5 В
Высокий уровень CAN относительно массы: U мин = 0 В и U макс = 4 В
Настройки осциллографа для измерения на шине K-CAN:
Рис. 1: Измерение K-CAN: CH1 низкий уровень CAN, CH2 высокий уровень CAN
При измерении с помощью осциллографа напряжения между проводом низкого уровня CAN (или высокого CAN-High) и массой получают прямоугольный сигнал в пределах напряжения:
PT-CAN и F-CAN
Низкий уровень CAN относительно массы: U мин = 1,5 В и U макс = 2,5 В
Высокий уровень CAN относительно массы: U мин = 2,5 В и U макс = 3,5 В
Эти значения являются приблизительными и могут отличаться, в зависимости от нагрузки шины, на величину до 100 мВ.
Настройки осциллографа для измерения на шине PT-CAN (или F-CAN):
Рисунок 2: Измерение PT-CAN: CH1 низкий уровень CAN, CH2 высокий уровень CAN
На шине K-CAN нельзя провести отдельное измерение сопротивления, так как сопротивление изменяется в зависимости от логики включения ЭБУ!
Для предотвращения отражения сигнала два абонента шины CAN (с максимальным удалением в сети PT-CAN) нагружаются сопротивлением 120 Ом. Оба нагрузочных сопротивления включаются параллельно и образуют эквивалентное сопротивление 60 Ом. При отключенном напряжении питания это эквивалентное сопротивление можно измерить между линиями передачи данных. Кроме этого, можно по отдельности измерить отдельные сопротивления.
Указания по измерению с сопротивлением 60 Ом: Отсоединить от шины легкодоступный ЭБУ. Измерить сопротивление на разъеме между проводами CAN низкого и высокого уровней.
Не на всех автомобилях имеется согласующее сопротивление на шине CAN Наличие встроенного согласующего сопротивления на подключенном автомобиле можно проверить по соответствующей электрической схеме.
Если шина передачи данных K-CAN или PT-CAN не работает, то, возможно, имеется КЗ или обрыв провода CAN высокого или низкого уровней. Или неисправен ЭБУ.
Оставляем за собой право на опечатки, смысловые ошибки и технические изменения.
Диагностика и ремонт: CAN - шина
21.02.2006
Именно так выглядит (в основном) та самая "шина CAN", с которой в последнее время нам придется сталкиваться все чаще и чаще:
фото 1
Это обыкновенный двухпроводной кабель получивший название Twisted Pair.
На приведенном фото 1 показаны провода CAN High и CAN Low силового агрегата.
По этим проводам производится обмен данными между блоками управления, они могут нести информацию о скорости автомобиля, скорости вращения коленчатого вала, угле опережения зажигания и так далее.
Обратите внимание, что один из проводов дополнительно помечен черной полоской. Именно таким образом отмечается и визуально определяется провод
CAN High (оранжево-черный).
Цвет провода
CAN-Low - оранжево-коричневый.
За основной цвет шины
CAN принят оранжевый цвет.
На рисунках и чертежах принято изображать цвета проводов шины CAN другими цветами, а именно:
фото 2
CAN-High - желтым цветом
CAN-Low - зеленым цветом
Всего существует несколько разновидностей шин
CAN, определяемых выполняемыми ими функциями:
Шина CAN силового агрегата
(быстрый канал
).
Она позволяет
передавать информацию со скоростью)500 кбит/с и
служит для связи между блоками управления (двигатель - трансмиссия)
Шина CAN системы "Комфорт"
(медленный канал
).
Она позволяет
передавать информацию со скоростью100 кбит/с и
служит для связи между блоками управления, входящими в систему "Комфорт".
Шина данных CAN информационно-
командной системы
(медленный канал
), позволяющая передавать данные со скоростью 100 kBit/s. Обеспечивает связь
между различными обслуживающимисистемами ( например,телефонной и навигационной системами)
.
Новые модели автомобилей все более становятся похожими на самолеты - по количеству заявленных функций для безопасности, комфорта и экологичности. Блоков управления становится все больше и больше и "тянуть" от каждого грозди проводов - нереально.
Поэтому кроме шины
CAN уже существуют другие шины, получившие названия:
– шина LIN (однопроводная шина)
– шина MOST (оптоволоконная шина)
– беспроводная шина Bluetooth
Но не будем "расплываться мыслью по древу", заострим наше внимание пока что на одной конкретной шине: CAN (по взглядам корпорации BOSCH).
На примере шины CAN силового агрегата можно посмотреть форму сигнала:
Фото 3
Когда на
High шине
CAN доминантное состояние, то напряжение проводе повышается до 3.5 вольт.
В рецессивном состоянии напряжение на обоих проводах равняется 2.5 вольта.
Когда на проводе
Low доминантное состояние, то напряжение падает до 1.5 вольта.
("Доминанта" - явление, доминирующее, главенствующее или господствующее в какой-либо сфере,- из словарей).
Для повышения надежности передачи данных, в шине
CAN применяется дифференциальный способ передачи сигналов по двум проводам, имеющим название
Twisted Pair. А провода, которые образуют эту пару, называются
CAN High и
CAN Low.
В исходном состоянии шины на обоих проводах поддерживается постоянное напряжение на определенном (базовом) уровне. Для шины
CAN силового агрегата оно приблизительно равняется 2.5 вольта.
Такое исходное состояние называется "состоянием покоя" или "рецессивом".
Каким образом передаются и преобразуются сигналы по
CAN шине?
Каждый из блоков управления подсоединен к CAN шине посредством отдельного устройства под названием трансивер, в котором имеется приемник сигналов, представляющий собой дифференциальный усилитель, установленный на входе сигналов:
фото 4
Поступающие по проводам
High и
Low сигналы, поступают в дифференциальный усилитель, обрабатываются и поступают на вход блока управления.
Эти сигналы представляют собою напряжение на выходе дифференциального усилителя.
Дифференциальный усилитель формирует это выходное напряжение как разность между напряжениями на проводах High и Low шины CAN.
Таким образом исключается влияние величины базового напряжения (у шины CAN силового агрегата оно равно 2,5 В) или какого либо напряжения, вызванного, например, внешними помехами.
Кстати, насчет помех. Как говорят, "шина
CAN довольно устойчива к помехам, поэтому она нашла такое широкое применение".
Попробуем разобраться с этим.
Провода шины
CAN силового агрегата расположены в моторном отсеке и на них могут воздействовать помехи различного порядка, например, помехи от системы зажигания.
Так как шина CAN состоит из двух проводов, которые перекручены между собой, то помеха одновременно воздействует на два провода:
Из вышеприведенного рисунка видно, что происходит далее: в дифференциальном усилителе напряжение на проводе Low (1,5 В – "
Pp") вычитается из напряжения
на проводе High (3,5 В – "
Pp") и в обработанном сигнале помеха отсутствует ("
Pp" - помеха).
Примечание: По наличию времени статья может иметь продолжение - много еще остается "за кадром".
Кучер В.П.
© Легион-Автодата
Вас также может заинтересовать:
