Proč potřebujete sběrnici CAN v autě | Pikabu
Materiál připravil autor projektu AvtoburUm. Zdroj https://autoburum.com/blog/916-zachem-nuzhna-can-shina-v-avt. . Zájemcům o autoelektriku doporučuji přečíst si blog autora https://autoburum.com/user/stas90/blog/
V moderním autě je většina řídicích systémů automatizovaná. Každý řídicí systém, jako je motor, ABS, převodovka, karoserie, je ve své podstatě samostatný mikropočítač s mikroprocesorovým řízením. Pro organizaci interakce jednotlivých systémů a výměnu informací v automobilu existuje speciální síť nazývaná sběrnice CAN.
Historie vývoje
Koncem 70. let minulého století koncern BOSCH při sjednocení automatizačních procesů navrhl koncept výměny informací prostřednictvím „twisted pair“. Skládal se ze dvou kroucených vodičů, kterými se přenášely informace mezi výpočetními systémy v kódované podobě. Koncept se osvědčil natolik, že se stále používá v průmyslových řídicích zařízeních, systémech chytré domácnosti a dalších oblastech.
Ve strojírenství standard CAN předpokládá sběrnici, která je organizována pomocí páru kroucených izolovaných vodičů. Symetrické kanály přenášejí signály opačné polarity, což výrazně zvyšuje odolnost proti rušení. Tato norma je certifikována podle ISO 11898. Jeden informační paket je dlouhý 11 nebo 29 bitů.
V zásadě lze organizaci komunikace přes kanál CAN přebudovat na optický nebo rádiový kanál. Postupem času, zejména po rozšířeném používání bezpilotních prostředků, může sběrnice CAN sjednotit celý dopravní komplex a organizovat řízení přes mobilní kanál. Z místa jednoho operátora je pak možné sledovat technický stav a pohyb celého vozového parku.
Princip činnosti
Samotná CAN sběrnice většiny automobilů nepředstavuje nic zvlášť složitého. Na fyzické úrovni se jedná o dva propletené vodiče různých barev, kterými jsou přenášeny signály různých úrovní (H a L). Ovladač CAN je zodpovědný za generování signálů. Většina vozidel je vybavena CAN transceiverem, který je zodpovědný za:
zvýšení přenosové rychlosti;
zajištění ochrany proti rušení;
ochrana CAN ovladačů při zkratu v elektrickém vedení.
V autech se používají dva typy vysílačů: Fault Tolerant a High Speed. První typ má relativně nízkou rychlost (120 kbps), ale díky ztrátě rychlosti se zvyšuje spolehlivost připojení – je tolerantní k poruchám. Druhý typ má rychlost až 1 megabit/s, ale menší odolnost proti šumu.
Schémata sběrnice CAN
Obecné schéma zapojení:
Tento typ schématu připojení zařízení se nazývá schéma paralelního připojení. Pro dosažení maximální rychlosti je třeba přizpůsobit vlnové odpory bloků. Pokud jedna z jednotek (vysílačů) selže, tato jednotka může „zřítit“ celou sběrnici. Ke stejné poruše dochází v případě zkratu sběrnice.
Každé vozidlo reaguje na poruchu sběrnice CAN jinak. Obvykle auto přejde do nouzového režimu a stále se dá řídit. Automatická převodovka ale v tomto případě přejde i do nouzového režimu (funguje například jen do 2. stupně). Většina kontrolek na palubní desce začne signalizovat poruchu. Nejhorší je, když se motor zablokuje imobilizérem. Pak se neobejdete bez služeb odtahového vozu.
U některých vozů se pro zlepšení komunikace přes kanál CAN používá přídavná jednotka rozhraní.
Pokud selže, problémy se sběrnicí jsou nevyhnutelné.
Všechny zprávy přenášené po sběrnici mají specifický digitální kód. To umožňuje provádět diagnostiku počítače pomocí bloků dotazování přes sběrnici. Diagnostické zařízení převádí digitální kódy a signál na absolutní hodnoty nebo chybové kódy.
Režimy výměny informací o autobusech:
zapalování ON – aktivní;
zapalování vypnuto – „spánek“;
probuzení a usínání.
V režimu spánku není sběrnice CAN zcela nečinná. Většina automobilů používá sběrnici k organizaci sběru informací pro poplašný a bezpečnostní systém, sběr informací prostřednictvím sběrnice o senzorech narušení, kontaktních zařízeních.
Sběrnice CAN je připojena k diagnostickému konektoru vozidla. Tato skutečnost může být velkou pomocí při provádění oprav souvisejících se sběrnicí CAN. Nejprve se můžete podívat a sledovat barvu vodičů sběrnice. Za druhé je snadné zkontrolovat napětí na sběrnici, podívat se na signál na osciloskopu.
Výhody a nevýhody
Hlavní nevýhodou sběrnice CAN je obtížnost nalezení konkrétního místa přerušení nebo výpadku komunikace. Faktem je, že když je pneumatika vadná, auto zpravidla přestane být diagnostikováno nebo je diagnostikováno částečně. Přerušení komunikační linky, zejména v případech oprav souvisejících s dopravními nehodami, je nutné detekovat „dotykem“.
CAN sběrnice v moderním autě není bezesporu luxus, ale nezbytné zařízení. Někteří výrobci se svého času vydali cestou kombinace všech řídicích jednotek vozidla do jednoho „superbloku“. Tato jednotka přijímala informace ze všech senzorů a systémů vozu a ovládala všechna zařízení – od vstřikovačů až po osvětlení SPZ. V tomto případě není potřeba propojení jednotlivých řídicích jednotek (prostě neexistují) a odpadá potřeba CAN sběrnice. Pokus zavést taková auta do výroby ukázal nespolehlivost takových superbloků. Snad se časem k tomuto modelu vrátí.
jednoduchost kanálu pro přenos informací;
kompatibilita s diagnostickými zařízeními;
Zjednodušení schématu zapojení pro autoalarmy s řízením přes CAN sběrnici.
Známky poruchy sběrnice CAN
Hlavní příznaky poruchy pneumatiky:
současná náhlá indikace několika kontrolek na přístrojové desce (ABS, „CHECK ENGINE“ atd.);
zmizení rychlosti, hladiny paliva a dalších ukazatelů na přístrojové desce;
Nejprve byste měli provést počítačovou diagnostiku všech systémů vozidla. Pokud signalizuje poruchu pneumatiky, je třeba provést následující práce:
1. Najděte sběrnici CAN. Jednodušší je podívat se na barvy vodičů na diagnostickém konektoru (6 a 14, H a L).
2. Změřte napětí na svorkách L a H pomocí multimetru (obvykle blízko 4 V).
3. Pomocí osciloskopu se podívejte na průběh signálu na sběrnici při zapnutém zapalování.
4. Pokud signál chybí nebo odpovídá napětí palubní sítě, je nutné hledat přerušení nebo zkrat.
5. Je možné, že jedna z jednotek (často ABS) zkratuje sběrnici. V takovém případě se můžete pokusit vyjmout konektory z bloků jeden po druhém.
Problémy s připojením CAN jsou považovány za složitý případ, zejména pokud je uspořádán podle sériového schématu. Chcete-li je vyřešit, je lepší kontaktovat autoelektrikáře.
В předchozí článek hovořili jsme o problémech v datové sběrnici CAN, které vznikly v důsledku opotřebení baterie a poklesu napájecího napětí při spouštění pod provozní práh sběrnice. Dnes budeme pokračovat v rozhovoru o sběrnici CAN, ale v trochu jiném duchu: nejprve si připomeňme princip její činnosti a poté zvažte jeden z případů topologie sběrnice a analyzujte oscilogram závady.
Tato sběrnice se nejčastěji používá jako prostředek výměny dat v systémech, pro které je kritická rychlost a doba rozhodování. Jedná se například o systém řízení pohybu, který integruje řídicí jednotky pro motor, automatickou převodovku, protiblokovací brzdový systém, posilovač řízení atd.
Konstrukčně je autobus nestíněný kroucený pár. Vodiče sběrnice se nazývají CAN High a CAN Low.
Autobus může být ve dvou stavech:
- Recesivní stav nebo logická jednotka. Oba vodiče v této situaci mají téměř stejný potenciál: jak vodič CAN High, tak vodič CAN Low mají asi 2,5 V. Sběrnice může zůstat v recesivním stavu tak dlouho, jak je požadováno, i když ve skutečnosti se to nestane, protože recesivní stav je pouze pauza mezi relacemi přenosu informací.
- Dominantní stav, nebo logická nula. Sběrnice se do ní dostane, když jedna z řídicích jednotek zahrnutých v síti začne vysílat data. Potenciály na vodičích sběrnice se mění následovně: na vodiči CAN High se potenciál zvýší o jeden volt, na vodiči CAN Low se naopak sníží o jeden volt.
Podívejme se na tvar signálu sběrnice, abychom odůvodnili jeho odolnost proti šumu:
Obrázek ukazuje dominantní a recesivní úrovně sběrnice a také vliv elektromagnetického rušení na sběrnici. Charakteristickým rysem zpracování signálu sběrnice je, že se nebere v úvahu samotná úroveň signálu, ale rozdíl úrovní mezi vodiči CAN High a CAN Low. Na recesivní úrovni se tento rozdíl blíží nule, na dominantní úrovni je maximální.
V krouceném páru jsou vodiče umístěny velmi blízko sebe. Pokud se objeví vnější elektromagnetické rušení X, pak je ve fázi a indukuje stejný napěťový ráz v obou vodičích sběrnice. V důsledku toho se na obou vodičích objeví šumem indukovaný impuls, ale rozdíl potenciálů mezi vodiči se nezmění. To umožňuje efektivně potlačit vnější rušení, což je velká výhoda sběrnice CAN.
Kroucená dvoulinka je ve skutečnosti dlouho známá metoda řešení rušení. V lékařství, například v kardiostimulátorech, kde je vyžadována nejvyšší odolnost proti hluku, je velmi široce používán.
Signál sběrnice vstupuje do řídicí jednotky do diferenciálního zesilovače a je zpracován. Obrázek vysvětluje proces zpracování:
Většina automobilek dodržuje přenosovou rychlost 500 kBd, což znamená, že doba trvání jednoho bitu bude 2 μs.
Pojďme se bavit o topologii sběrnice CAN. Fyzicky sběrnice nemá začátek ani konec; Nejčastěji existují dva typy topologie: lineární topologie a pasivní hvězdicová topologie, stejně jako jejich kombinace.
U moderních automobilů je sběrnice CAN velmi rozsáhlá. Aby nedošlo k přetížení linky velkým množstvím přenášených dat, může se sběrnice skládat z několika větví spojených mezisíťovou bránou, jinak nazývanou Gateway. V důsledku toho se síť skládá z několika větví, včetně diagnostického konektoru, využívajících různé rychlosti a výměnné protokoly.
Proto je sběrnicová topologie pro diagnostika velmi aktuální a bohužel i poměrně složitá záležitost. Z elektrických schémat, která má diagnostik k dispozici, není vždy možné porozumět topologii. Dokumentace některých výrobců automobilů však poskytuje úplné a podrobné informace, v takovém případě je úkol značně zjednodušen.
Bez znalosti spletitosti organizace pneumatik může být docela obtížné v ní najít chybu. Pokud například dojde k oxidaci kontaktů v konektoru, dojde ke ztrátě komunikace s řadou řídicích jednotek. Mít po ruce topologii sběrnice usnadňuje nalezení takových problémů, ale nemít ji vede ke spoustě času.
No, trochu jsme oprášili teorii pneumatik, teď je čas přejít k praxi.
Před námi je Infinitit Q50, vybavený velmi vzácným přeplňovaným motorem VR30DDT o objemu 3.0 litru a výkonu 400 koní. Ale problém není v této úžasné jednotce, ale právě v CAN sběrnici: po připojení diagnostického skeneru není možné navázat komunikaci s dobrou polovinou řídicích jednotek.
Máme štěstí – Nissan patří do toho úzkého okruhu výrobců, kteří poskytují diagnostikům kvalitní a komplexní informace. Dokumentace také obsahuje podrobnou topologii palubní sběrnice pro výměnu dat. Otevřeme to a podívejme se:
Je třeba říci, že dané blokové schéma je poměrně obecné. Dokumentace obsahuje mnohem podrobnější elektrické schéma se všemi vodiči a čísly kontaktů v blocích, ale nyní je ještě nepotřebujeme, je pro nás důležité porozumět obecné topologii.
Takže první věc, kterou musíte vidět, je, že celá síť je rozdělena do tří velkých větví, vyznačených tečkovanými čarami:
- komunikační obvod CAN 1;
- komunikační obvod CAN 2;
- Komunikační obvod podvozku.
První dva okruhy jsou propojeny přes CAN bránu (najdete ji na obrázku). Okruh podvozku je připojen k obvodu CAN 2 prostřednictvím řídicí jednotky podvozku, která zároveň plní roli jakési brány.
Nyní se znovu vraťme ke skeneru a podívejme se, které z řídicích jednotek nekomunikují. Dealerský skener nám poskytuje velmi pohodlnou funkci: bloky každého z okruhů se zobrazují na obrazovce samostatně a barva označuje možnost (zelená) nebo nemožnost (červená) s nimi navázat spojení. Zde jsou bloky obvodu CAN 1:
A to jsou bloky obvodu CAN 2 Jak vidíte, není s nimi prostě žádné spojení:
Chybí také spojení s bloky obvodů podvozku, ale to je pochopitelné: tento obvod je podle blokového schématu zapojen do obvodu CAN 2.
No a problém je téměř vyřešen, zbývá jen lokalizovat závadu. A k tomu použijeme motor tester a pořídíme oscilogram na vodičích sběrnice, nejprve v CAN 1 a poté v CAN 2 a porovnáme je.
To je velmi snadné, protože obě sběrnice jsou vedeny přímo do diagnostického konektoru. Podle podrobnějšího schématu uvedeného výše jsou vodiče CAN 6 připojeny ke kontaktům diagnostického bloku 14 a 1 a vodiče CAN 12 jsou připojeny ke kontaktům 13 a 2.
Vezmeme oscilogram v obvodu CAN 1. Má přímo akademický vzhled:
Změřme to pomocí pravítek.
- Na vodiči CAN High v recesivním stavu byl potenciál 2,26 V, na vodiči CAN Low – 2,25 V.
- Na vodiči CAN High v dominantním stavu byl potenciál 3,58 V, na vodiči CAN Low – 1,41 V.
- Šířka impulsu odpovídající jedné jednotce přenášené informace je 2 μs (zakroužkováno červeně).
Prostě dokonalý soulad mezi teorií a praxí. Samozřejmě, že šířka pásma našeho zařízení zjevně nestačí ke správnému zobrazení signálu, jeho spektrum je příliš široké. Pokud však nad tím zavřete oči, je docela možné vyhodnotit kvalitu signálu a vyvodit potřebné závěry.
Nyní provedeme stejnou operaci na diagnostických blokových kontaktech 12 a 13, abychom získali oscilogram signálu CAN 2. Zde je:
Pro názornost je měřítko oscilogramů na obou obrázcích stejné.
To, co vidíte na této vlně, se nazývá „odpad“. Diagnostici často říkají toto: blok zasypává pneumatiku. Ale jak najdete blok, který to dělá? Technika je zde velmi jednoduchá a scvrkává se na vypínání bloků jeden po druhém a opětovné pozorování signálu sběrnice.
Kde přesně se ta či ona jednotka na voze nachází, je obvykle uvedeno v dokumentaci. Například v tomto „datu“ jsou bloky uspořádány takto:
Ale v našem případě je vše jednodušší. Mimochodem, malý životní hack, vezměte na vědomí. U vozů Nissan a Infiniti je nejčastější příčinou úlomků v sběrnici CAN jednotka ABS. Po odstranění konektoru z bloku okamžitě získáme normální výměnu a komunikaci skeneru se všemi bloky větve CAN 2:
Vezměte prosím na vědomí, že v obvodu CAN 2 probíhá komunikace se všemi jednotkami kromě jednotky ABS, protože je deaktivována.
Na závěr rozhovoru bych vás rád upozornil na jednu důležitou nuanci. Frekvence opakování pulzů na sběrnici CAN je 500 kHz. Při pořizování oscilogramu je proto nutné použít nejvyšší možnou vzorkovací frekvenci motortesteru, které je schopen.
Pokud nastavíte nízkou vzorkovací frekvenci, budou pulzy na oscilogramu značně zkreslené. Jako příklad se podívejte, jak vypadá oscilogram signálu sběrnice CAN při speciálně snížené vzorkovací frekvenci zařízení:
Červený obdélník ukazuje čas, do kterého se vejde jedno dělení mřížky. Je to 0,2 ms. A na oscilogramu, na který jsme se dívali dříve, byl tento čas rovný 5 μs, takže zobrazení pulsů bylo správnější. Mějte to na paměti a nedělejte chyby!