Поддержка can шины что это
Как работает CAN-шина и для чего она нужна в автомобиле?
Сегодня автомобиль, представляет из себя, не просто средство на колесах с двигателем и аналоговыми релюхами, которые было при поломке с легкостью заменить не только специалиста, но и мало-мальски грамотному человеку. Автомобиль сегодня представляет из себя целый компьютер да и еще в добавок, передвигающийся на колесах.
И даже грамотный человек в сегодняшнем авто уже не сможет сам разобраться с этими системами электроники и программаторами работающими во благо передвижения автомобиля, а все работы по ремонту и исправностей каких-либо деталей, должны выполнять профессионалы и именно они, а не кто-то другой. И если вам понадобилось до оснастить свой автомобиль каким-либо дополнительным оборудованием, то доверить своего железно-электронного коня рекомендуем спецам и людям любящим свое дело.
Что такое автомобильная CAN-shina и для чего она нужна?
Очень частенько, при обсуждении с клиентами вопросов дополнительного оборудования и систем охраны в автомобили приходится проводить целые лекции на предмет почему той или иной монтаж дополнительного оборудования будет проводиться по времени больше суток, а иногда и несколько, конечно не обходится, при разговоре и без умных узконаправленных значений каких либо элементов автомобильной электроники типа CAN шина, RGB сигналы и пр… интересные штучки, что вводит незнающего человека в ступор, да я и сам когда-то, так же слушал про это все.))
Что такое автомобильная CAN-shina и для чего она нужна?
За последнее время, число различных опций в автомобиле выросло в разы. Увеличение опций произошло благодаря гонке за улучшения качества и пожеланиям клиентов и их потребностям не просто передвигаться, а передвигаться с комфортом, также еще законодательство увеличило требования безопасности окружающей среды. И при всех дополнительных оснащений потребление электроэнергии автомобиля увеличилось в двое.
Но можно было-бы оставить все без изменений и если раньше вопрос стоял о надежности, то сегодня еще к этому всему прибавилась масса различных опций электронного характера. И перед инженерами встает вопрос о приспособлении автомобиля к научно-техническому прогрессу не внося колоссальных изменений в конструкции но при этом учитывая все тонкости безопасности и эксплуатации.
Учитывая и стандартно применяющаяся схема однопроводного подключения к массе аккумулятора «GND (минус)», а вторым подключение является подключение массы к кузову, а плюсовой провод тянется по всему автомобилю и питается напрямую от генератора, и когда общая длина проводки в автомобиле достигла с километр и весом более центнера, выяснилось, что однопроводная схема хороша, но не во всем, как думали об этом прежде.
В Детройте на конференции в 1983 году компанией «Bosch» было официально анонсировано устройство под названием CAN (от англ. Controller Area Network) Сеть пространства датчиков.
Для уменьшения проводов в автомобиле и увеличения скорости передачи данных появилась CAN-шина (от англ. Controller Area Network) «сеть пространства датчиков», которую применяют с сохранением минуса на кузове автомобиля и для уменьшения огромных килограммовых жгутов в автомобиле. Эта разработка велась крупной компанией BOSCH с 1970 года, пройдя международную сертификацию «ISO» в 1993 году вышла на массовое производство примерно с 2011 года.
Для чего все таки нужна CAN-шина, принципы ее работы?
Современный автомобиль обладает современной бортовой электроникой с огромным количеством управляюще-исполнительных модулей, к ним можно отнести всевозможные контроллеры, датчики и пр…, а для обмена информацией требовалась надежная и быстрая передача данных, для общения между приборами.
Современная CAN-шина обеспечивает дуплексную систему для одновременной приемо-передачи цифровой информации, обрабатывая ее одним блоком, где скорость передачи данных играет немаловажную роль. Реализация кан шины представляет с собой витую пару и позволила в разы уменьшить электромагнитные поля, которые возникают при работе генератора и других немаловажных систем автомобиля.
Обычно проводка CAN-шины оранжевых цветов, отличаясь друг от друга различными цветными полосками (CAN-Higt – черная, а CAN-Low – оранжево-серая).
С приходом CAN шины и началом ее применения, схема автомобильных проводников высвободилась от определенного количества проводников, которые обеспечивали связь контроллера управления между диагностическим разъемом, двигателем, мультимедией (навигационные системы на ОС Android), системой защиты автомобиля и пр…, по протоколу KWP 2000.
Протокол управления автомобилем при помощи CAN шины KWP 2000
Скорость обработки данных по CAN-шине может быть до 1 Мбит/с, а скорость обработки информации между жизненно важными системами в автомобиле, например – система безопасности торможения ABS, трансмиссия двигателя составляет 500 кбит/с. Помимо основных систем в автомобиле присутствует система комплектации в которую входят – подушки безопасности, мультимедия для автомобиля, блоки управления в дверях авто и пр.. может составить 100 кбит/с.
При обмене информацией между какими-либо блоками управления, и при помощи трансивера сигналы приемо-передачи информации усиливаются до необходимого уровня.
Топология и формы сигналов CAN-шины
Каждый блок подключенный к CAN-шине обладает определенным входным сопротивлением, в следствии чего, образуется нагрузка СAN модуля. Нагрузка на центральную CAN шине зависит от одновременного подключения и использования исполнительных механизмов и электронных блоков управления автомобилем и различными датчиками, например – сопротивление силового агрегата подключенного к CAN-шине составляет в среднем 68 Ом, информационно-командные системы «комплектации КОМФОРТ» от 2,0 до 3,5 кОм. В момент обесточивания всей системы отключается и нагрузочное сопротивление модулей работающих по CAN-шине.
Фрагмент CAN-шины с распределением нагрузки в проводах: CAN High CAN Low.
Системные, автомобильные блоки управления, обладают помимо различных нагрузочных сопротивлений еще и скоростью передачи данных, что может привести к препятствию в момент обработки разнохарактерных импульсов.
Для решения технической проблемы разнохарактерных импульсов применяется для связи между шинами межсетевой преобразователь.
Преобразователь – это, так называемый межсетевой-интерфейс, в автомобиле применяется в блоке управления или отдельно стоящим блоком и пр… Преобразовывающий интерфейс применяется для различного ввода / вывода информации диагностического разъема OBD, по определенному проводу выведенному к диагностическому разъему и соединяющий центральный блок управления OBD разъемом при помощи CAN-шины.
OBD – это унифицированный диагностический разъем с массой удобств и преимуществ для сканирования автомобиля на предмет ошибок и диагностики.
Блок-схема межсетевого CAN интерфейса.
Как показано на картинке, общение в автомобиле электронных блоков CAN шины происходят при помощи разных блоков, но делающие одно дело, силовой агрегат CAN-шины, информационной-командной системы и системы Комфорт, в зависимости от марки автомобиля и по своему составу, блоки могут отличаться, но суть идее остается неизменной.
Диагностика автомобиля на предмет неисправностей производится посредством подключения специализированного диагностического оборудования с необходимым программным обеспечением, так называемого анализатора CAN-шины или при помощи осциллографа (с анализатором шины CHN) и мультиметра (цифрового).
Проверку на предмет работы CAN – шины начинаются с измерения между проводами CAN сопротивления. Но необходимо помнить о том, что CAN-блок шины информационно-командной системы и системой «КОМФОРТ» постоянно находятся под напряжением, что не скажешь про силовой агрегат. Для этого в момент проверки рекомендуется отсоединить аккумулятор, можно обойтись одной из 2 клемм (плюсом или минусом).
В основном все неисправности CAN-шины заключаются в обрыве или замыкании линий, нагрузочных резисторов, нарушением логики работы или понижением уровня сигналов. В случае с нарушением логики поиск и обнаружение проблемы можно только при помощи анализатора CAN – шины.
Принцип работы и диагностика CAN-шины в автомобиле
Появление цифровых шин в автомобилях произошло позднее, чем в них начали широко внедряться электронные блоки. В то время цифровой «выход» им был нужен только для «общения» с диагностическим оборудованием – для этого хватало низкоскоростных последовательных интерфейсов наподобие ISO 9141-2 (K-Line). Однако кажущееся усложнение бортовой электроники с переходом на CAN-архитектуру стало ее упрощением.
Действительно, зачем иметь отдельный датчик скорости, если блок АБС уже имеет информацию о скорости вращения каждого колеса? Достаточно передавать эту информацию на приборную панель и в блок управления двигателем. Для систем безопасности это ещё важнее: так, контроллер подушек безопасности уже становится способен самостоятельно заглушить мотор при столкновении, послав соответствующую команду на ЭБУ двигателя, и обесточить максимум бортовых цепей, передав команду на блок управления питанием. Раньше же приходилось для безопасности применять не надежные меры вроде инерционных выключателей и пиропатронов на клемме аккумулятора (владельцы BMW с его «глюками» уже хорошо знакомы).
Однако на старых принципах реализовать полноценное «общение» блоков управления было невозможно. На порядок выросли объем данных и их важность, то есть потребовалась шина, которая не только способна работать с высокой скоростью и защищена от помех, но и обеспечивает минимальные задержки при передаче. Для движущейся на высокой скорости машины даже миллисекунды уже могут играть критичную роль. Решение, удовлетворяющее таким запросам, уже существовало в промышленности – речь идет о CAN BUS (Controller Area Network).
Суть CAN-шины
Цифровая CAN-шина – это не конкретный физический протокол. Принцип работы CAN-шины, разработанный Bosch еще в восьмидесятых годах, позволяет реализовать ее с любым типом передачи – хоть по проводам, хоть по оптоволокну, хоть по радиоканалу. КАН-шина работает с аппаратной поддержкой приоритетов блоков и возможностью «более важному» перебивать передачу «менее важного».
Для этого введено понятие доминантного и рецессивного битов: упрощенно говоря, протокол CAN позволит любому блоку в нужный момент выйти на связь, остановив передачу данных от менее важных систем простой передачей доминантного бита во время наличия на шине рецессивного. Это происходит чисто физически – например, если «плюс» на проводе означает «единицу» (доминантный бит), а отсутствие сигнала – «ноль» (рецессивный бит), то передача «единицы» однозначно подавит «ноль».
Представьте себе класс в начале урока. Ученики (контроллеры низкого приоритета) спокойно переговариваются между собой. Но, стоит учителю (контроллеру высокого приоритета) громко дать команду «Тишина в классе!», перекрывая шум в классе (доминантный бит подавил рецессивный), как передача данных между контроллерами-учениками прекращается. В отличие от школьного класса, в CAN-шине это правило работает на постоянной основе.
Для чего это нужно? Чтобы важные данные были переданы с минимумом задержек даже ценой того, что маловажные данные не будут переданы на шину (это отличает CAN шину от знакомого всем по компьютерам Ethernet). В случае аварии возможность ЭБУ впрыска получить информацию об этом от контроллера SRS несоизмеримо важнее, чем приборной панели получить очередной пакет данных о скорости движения.
В современных автомобилях уже стало нормой физическое разграничение низкого и высокого приоритетов. В них используются две и даже более физические шины низкой и высокой скорости – обычно это «моторная» CAN-шина и «кузовная», потоки данных между ними не пересекаются. К всем сразу подключен только контроллер CAN-шины, который дает возможность диагностическому сканеру «общаться» со всеми блоками через один разъем.
Например, техническая документация Volkswagen определяет три типа применяемых CAN-шин:
Интересный факт: на Renault Logan второго поколения и его «соплатформенниках» также физически две шины, но вторая соединяет исключительно мультимедийную систему с CAN-контроллером, на второй одновременно присутствуют и ЭБУ двигателя, и контроллер ABS, и подушки безопасности, и ЦЭКБС.
Физически же автомобили с CAN-шиной используют ее в виде витой дифференциальной пары: в ней оба провода служат для передачи единственного сигнала, который определяется как разница напряжений на обоих проводах. Это нужно для простой и надежной помехозащиты. Неэкранированный провод работает, как антенна, то есть источник радиопомех способен навести в нем электродвижущую силу, достаточную для того, чтобы помеха воспринялась контроллерами как реально переданный бит информации.
Но в витой паре на обоих проводах значение ЭДС помехи будет одинаковым, так что разница напряжений останется неизменной. Поэтому, чтобы найти CAN-шину в автомобиле, ищите витую пару проводов – главное не перепутать ее с проводкой датчиков ABS, которые так же для защиты от помех прокладываются внутри машины витой парой.
Диагностический разъем CAN-шины не стали придумывать заново: провода вывели на свободные пины уже стандартизированной в OBD-II колодки, в ней CAN-шина находится на контактах 6 (CAN-H) и 14 (CAN-L).
Поскольку CAN-шин на автомобиле может быть несколько, часто практикуется использование на каждой разных физических уровней сигналов. Вновь для примера обратимся к документации Volkswagen. Так выглядит передача данных в моторной шине:
Когда на шине не передаются данные или передается рецессивный бит, на обоих проводах витой пары вольтметр покажет по 2,5 В относительно «массы» (разница сигналов равна нулю). В момент передачи доминантного бита на проводе CAN-High напряжение поднимается до 3,5 В, в то время как на CAN-Low опускается до полутора. Разница в 2 вольта и означает «единицу».
На шине «Комфорт» все выглядит иначе:
Здесь «ноль» — это, наоборот, 5 вольт разницы, причем напряжение на проводе Low выше, чем на проводе High. «Единица» же – это изменение разности напряжений до 2,2 В.
Проверка CAN-шины на физическом уровне ведется с помощью осциллографа, позволяющего увидеть реальное прохождение сигналов по витой паре: обычным тестером, естественно, «разглядеть» чередование импульсов такой длины невозможно.
«Расшифровка» CAN-шины автомобиля также ведется специализированным прибором – анализатором. Он позволяет выводить пакеты данных с шины в том виде, как они передаются.
Сами понимаете, что диагностика шины CAN на «любительском» уровне без соответствующего оборудования и знаний не имеет смысла, да и банально невозможна. Максимум, что можно сделать «подручными» средствами, чтобы проверить кан-шину – это измерить напряжения и сопротивление на проводах, сравнив их с эталонными для конкретного автомобиля и конкретной шины. Это важно – выше мы специально привели пример того, что даже на одном автомобиле между шинами может быть серьезная разница.
Неисправности
Хотя интерфейс CAN и хорошо защищен от помех, электрические неисправности стали для него серьезной проблемой. Объединение блоков в единую сеть сделало ее уязвимой. КАН-интерфейс на автомобилях стал настоящим кошмаром малоквалифицированных автоэлектриков уже по одной своей особенности: сильные скачки напряжения (например, зимний запуск на сильно разряженном аккумуляторе) способны не только «повесить» ошибку CAN-шины, обнаруживаемую при диагностике, но и заполнить память контроллеров спорадическими ошибками, случайного характера.
В результате на приборной панели загорается целая «гирлянда» индикаторов. И, пока новичок в шоке будет чесать голову: «да что же это такое?», грамотный диагност первым делом поставит нормальный аккумулятор.
Чисто электрические проблемы – это обрывы проводов шины, их замыкания на «массу» или «плюс». Принцип дифференциальной передачи при обрыве любого из проводов или «неправильном» сигнале на нем становится нереализуем. Страшнее всего замыкание провода, поскольку оно «парализует» всю шину.
Представьте себе простую моторную шину в виде провода, на котором «сидят в ряд» несколько блоков – контроллер двигателя, контроллер АБС, приборная панель и диагностический разъем. Обрыв у разъема автомобилю не страшен – все блоки продолжат передавать информацию друг другу в штатном режиме, невозможной станет только диагностика. Если оборвать провод между контроллером АБС и панелью, мы сможем увидеть сканером на шине только ее, ни скорость, ни обороты двигателя она показывать не будет.
А вот при обрыве между ЭБУ двигателя и АБС машина, скорее всего, уже не заведется: блок, не «видя» нужный ему контроллер (информация о скорости учитывается при расчете времени впрыска и угла опережения зажигания), уйдет в аварийный режим.
Если не резать провода, а просто постоянно подать на один из них «плюс» или «массу», автомобиль «уйдет в нокаут», поскольку ни один из блоков не сможет передавать данные другому. Поэтому золотое правило автоэлектрика в переводе на русский цензурный звучит как «не лезь кривыми руками в шину», а ряд автопроизводителей запрещает подключать к CAN-шине несертифицированные дополнительные устройства стороннего производства (например, сигнализации).
Благо подключение CAN-шины сигнализации не разъем в разъем, а врезаясь непосредственно в шину автомобиля, дают «криворукому» установщику возможность перепутать провода местами. Автомобиль после этого не то что откажется заводиться – при наличии контроллера управления бортовыми цепями, распределяющего питание, даже зажигание не факт что включится.
Что такое CAN-шина в автомобиле (устройство и схема подключения)
Автомобили давно уже стали не просто компьютерами на колёсах, а скорее компьютерными сетями. Передача механических, гидравлических или пневматических усилий между узлами и механизмами со временем превратилась в обмен электрическими сигналами, а сейчас и в информационное взаимодействие.
Наряду с массовым внедрением дешёвых электронных комплектующих, потребовалось разработать достаточно сложное и надёжное сетевое физическое и программное обеспечение.
Зачем нужна в машине CAN-шина
По мере усложнения автомобильной электроники, производители столкнулись с некоторыми проблемами, которые всё больше проявлялись с ростом рыночной конкурентоспособности новых моделей.
Далее наращивать объём оборудования простым добавлением управляющих и исполнительных устройств стало невозможно:
Решение должно было быть радикальным, и этот качественный скачок в развитии автомобильной электроники произошёл.
Электросхемы машин стали делать по принципам, заложенным в основах вычислительной техники и к тому времени уже достаточно устоявшимся и понятным.
Автомобиль стал представлять собой сеть из микрокомпьютеров, каждый из которых обслуживал свою систему или отдельный узел.
Например, двигатель, коробку передач, узлы трансмиссии, блок климата и даже отдельные фонари наружного освещения или стеклоподъёмники. Уже не надо было тянуть к каждому устройству медные провода в огромном количестве через весь автомобиль.
Причём до появления единой информационной шины некоторые узлы были обвешаны сразу несколькими однотипными датчиками, электронными блоками и жгутами проводки.
CAN-шина обходится единственной витой парой, то есть скрученными между собой двумя тонкими проводками, которые обходят все устройства, имея ответвления на каждое из них.
По схеме получается, что все блоки соединены параллельно через данную шину. Последовательный способ передачи информации делает это возможным, отдельных проводов данных, адресов, синхронизации и назначения приоритета не требуется.
Более того, системе не нужен единый обрабатывающий и управляющий сервер, все ресурсы распределены по микроконтроллерам.
Схема и место расположения КАН-интерфейса
Сеть имеет выход наружу через диагностический OBD разъём, где на этот счёт стандартом чётко определена пара контактов.
Точнее, две пары, из дальнейшего рассмотрения станет понятно, что через диагностику можно подключаться к двум CAN-шинам различного вида и назначения.
Обеспечивающий совместную работу шлюз в разных автомобилях может быть выполнен в виде отдельного блока, входить в состав контроллера управления двигателем, но чаще – приборной панели.
Принцип работы
Работа CAN-шины определяется физическим и логическим протоколами, которые достаточно чётко стандартизованы, хотя и имеют целый ряд исполнений.
Физически это витая пара, каждый из проводов которой является сигнальным. Работают они в противофазе, один поэтому называется CAN-High, второй – CAN-Low.
Сделано так с целью обеспечить максимальную помехоустойчивость при большой скорости передачи данных. Сигнал с пары снимается по дифференциальному принципу, то есть парой встречно включённых компараторов.
На концах витой пары имеется волновое согласование двумя терминальными резисторами по 120 Ом. Хотя встречаются и другие номиналы, но редко.
Активным уровнем считается низкий, он же логический ноль. Это общий принцип в работе устройств с открытым коллектором, разве что тут не применяется инвертирование уровней. Отсюда и логический принцип работы – инициируется линия любым устройством, открывшим свой выходной транзистор и сформировавшим первый нулевой бит.
Далее идёт идентификация приоритетного устройства, которое должно передать свою информацию первым в случае конфликта во времени. Протокол стандартный, каждый бит посылки расписан в даташитах ISO.
Все устройства одновременно передают и считывают информацию чётко соблюдая протокол, зашитый в памяти их контроллеров. Ненужные или ошибочные данные определяются и игнорируются.
Виды CAN-шин
Обычно используют две шины – высокоскоростную и низкоскоростную (не желая использовать этот компрометирующий термин, некоторые производители говорят о среднескоростных устройствах).
Первая применена для связи наиболее важных устройств, агрегатов двигателя, трансмиссии, тормозов, подвесок, систем безопасности. Вторая обслуживает второстепенные функции комфорта и сервиса.
Это не значит, что системы автономны. Они связаны между собой через шлюз, обычно находящийся в приборной панели. Низкоскоростная линия также имеет свои контакты в диагностическом разъёме, записанные в стандарт.
Сделано так, чтобы системы низшего уровня важности не мешали максимально быстрому обмену приоритетных устройств. А большое быстродействие, например, регулировке сидений ни к чему.
На низшем уровне могут работать ещё более простые шины, однопроводные и низкоскоростные. Они подключаются к общей CAN через свой контроллер.
Например, в двери могут стоять стеклоподъёмники, блок кнопок управления, различные датчики, всё это нет необходимости выводить на общую шину. Но и плодить множество проводов тоже. Используются простейшие контроллеры и однопроводная сеть.
Как подключиться и сделать диагностику автомобиля
Сканеры могут внедряться в протокол шины и анализировать её состояние, а также проходящую информацию. Можно использовать виртуальные устройства, эмулирующие отдельные блоки, а также создавать и передавать тестовые команды отдельным участникам сети.
Для связи используются специальные адаптеры USB-CAN, более сложные устройства и программное обеспечение.
До появления профессиональных CAN-анализаторов и тестеров пользовались скоростным запоминающим осциллографом и логическим анализатором.
Эти приборы тоже способны сохранять и предоставлять для изучения отдельные фреймы CAN, но в работе неудобны, требуют больших затрат времени.
Неисправности
Отказы шины обычно сводятся к нескольким типовым случаям:
Базой всей сетевой периферии является современная микроэлектроника и большие интегральные контроллеры серийного производства, поэтому надёжность оборудования в целом достаточно высока. Но поиски проблемного блока иногда бывают долгими из-за параллельного их подключения и размещения по всему автомобилю.
Плюсы и минусы встроенных шин
Сейчас уже трудно представить себе автомобиль с достойным набором современных опций без информационной шины, а конкурентоспособность требует ещё и высокого быстродействия.
CAN-шина всё это обеспечивает:
Но со временем усугубляются и недостатки. Так, усложнение автомобилей привело к тому, что быстродействия даже самых последних версий уже не хватает.
Поэтому в настоящее время эту самую распространённую автомобильную шину уже можно считать устаревшей, новые проекты обладают значительно более высоким быстродействием.