Что собой представляет CAN-шина в автомобиле

• 1 Что такое CAN шина в машине
• 2 Устройство шины и где располагается
• 3 Технические характеристики
• 4 Принцип работы
• 5 Преимущества и недостатки встроенных шин
• 6 Маркировка и разновидности
• 7 Потенциальные проблемы
• 8 Заключение

Обилием электроники в современных автомобилях уже никого не удивишь. Всё больше узлов и систем становятся «умными», так как подключаются к электронным устройствам, использующим для работы сложные алгоритмы.

Для коммуникаций между точками подключения и базой необходимо использовать какую-то разводку. Избавиться от чрезмерной паутины проводов помогают специальные шины. Кроме автомобильной отрасли их могут задействовать и для других целей.

Что такое CAN шина в машине

Тем автомобилистам, которые хотят узнать, что это такое, не стоит обращаться к каталогам зимней или летней резины. Рекомендуем углубить свои знания в электронике.

CAN шина автомобиля – это часть электронной системы автомобиля, предназначенная для быстрого мониторинга технического состояния транспортного средства в целом и отдельных его элементов и систем.

В машину CAN-шина монтируется для объединения датчиков и процессоров в единую информационную сеть, помогающую синхронизации команд и обработке информации. Благодаря ей происходит сбор данных и мгновенный обмен ими. За счет параллельного подключения обеспечивается возможность корректировки отправляемых сигналов для систем или узлов через датчики на лету.

CAN является аббревиатурой и расшифровывается как Controller Area Network, что может переводиться как «сеть из контроллеров». Фактически шина занимается приемом информации от расположенных вокруг устройств и отправкой данных на такие устройства. Разработка и первые внедрения стандарта проводились еще более трех десятилетий назад.

Устройство шины и где располагается

Визуально CAN является блоком из пластика, внутри которого располагаются печатные платы. С внешней стороны шины чаще всего находится универсальный разъем, предназначенный для подсоединения различных кабелей.

За цифровой интерфейс отвечают встроенные проводники, которые принято называть CAN. Подключение осуществляется через специальный кабель.

В разных марках автомобилей шины расположены могут быть в разных местах. Конкретную область, где вмонтирован блок, можно узнать из инструкции по эксплуатации автомобиля. Чаще всего такую электронику располагают в салоне транспортного средства, скрывая ее контрольным щитом. В некоторых брендах принято устанавливать электронный узел в подкапотной области.

Технические характеристики

От эксплуатационных параметров зависит скорость взаимодействия между элементами системы, а также качество связи между ними. Чаще всего характеристики большинства современных шин имеют следующие значения:

• информация по проводной бортовой сети передается со скоростью примерно 1 Мб/с;
• в процессе обмена данными между отдельными блоками управления показатель скорости снижается до 500 кб/c;
• информация передается в интерфейсах, аналогичных «Комфорт», с невысокой скоростью – близко к 100 кб/с.

Чем новей модель автомобиля, тем прогрессивней в ней стоит разводка. При возможных неполадках придется искать аналоги.

Принцип работы

У каждого элемента в системе предусмотрен специальный идентификатор, так как работает электроника по принципу передачи закодированных сообщений. Таким образом удается распознавать различного рода информацию, например, «авто движется со скоростью 60 км/ч» или «скорость вращения коленвала 2000 об/мин». Проверка осуществляется индикатором. Если информация в сообщении относится к сфере конкретного блока, то она проходит обработку, в противном случае данные игнорируются.

Стандартная длина идентификатора лимитирована 11 либо 29 битами. Конструкция каждого информационного передатчика рассчитана также на считывание параметров, отправляемых по интерфейсу. Для узлов, обладающих невысоким приоритетом, характерно освобождение потока данным от доминантных устройств. Таким образом последний тип не искажает процесс передачи.

Пакеты данных от приоритетных устройств курсируют с первоочередной срочностью, незатронутые искажением. Если произошла потеря связи сети с каким-либо передатчиком, то электроника автоматически проводит восстановление.

Интерфейс шины в автомобиле, подключенный к модулю автозапуска либо к сигнализации, способен запускаться и работать в разных режимах:

1. Фоновый режим. В некоторых источниках его называют спящим либо автономным. При его запуске остальные системы автомобиля отключаются. Хотя видимых явных признаков нет, как он работает, но питание от бортовой сети к цифровому интерфейсу отправляется. При этом значение напряжения будет минимальным, так как такая CAN шина быстро разрядит аккумулятор в автомобиле.
2. Запуск или пробуждение. Запуск осуществляется после того, как автомобилист вставляет в замочную скважину ключ и активирует подобным способом зажигание. Когда в автомобиле стоит кнопка «Пуск/стоп», то режим стартует после ее нажатия. Происходит стабилизация напряжения. На контроллеры и датчик поступает электропитание.
3. Активация. После перехода в данный режим исполнительное устройство начинает обмен данными с встроенными регуляторами. Заметно поднимается напряжение в цепи, так как интерфейс шины CAN работает с потреблением до 80-85 мА.
4. Деактивация. В режим засыпания система переходит после остановки двигателя. Также в это время перестают работать и обмениваться данными включенные в сеть к шине узлы и системы. Происходит их отключение от сети.

Выход в рабочий режим и прекращение работы занимает считанные доли секунды. Все случается без непосредственного вмешательства пользователя в автоматическом режиме.

Преимущества и недостатки встроенных шин

Как и у каждой системы у CAN-шины есть свои позитивные негативные характеристики. Основные плюсы заключаются в таких факторах:

• за счет высокого быстродействия устройства способны практически мгновенно связываться пакетными данными;
• кабельные установки выдерживают воздействие электромагнитых помех;
• электроника наделена системой контроля с несколькими уровнями, что способствует минимизации возникновения ошибок во время приема/передачи пакетов данных;
• за счет автоматики шина самостоятельно распределяет по CANалам скорость, оказывая позитивное влияние на работу электронных систем в целом;
• производители позаботились о достаточной степени безопасности цифрового интерфейса, поэтому внешние несанкционированные подключения будут мгновенно заблокированы;
• использование в конструкции цифрового интерфейса позволяет без проблем осуществлять монтаж сигнализации либо иных систем безопасности с минимальным взаимодействием с бортовой штатной системой.

Важно знать минусы установки шин:

• определенные модели интерфейсов рассчитаны на лимитированный объем пакетных данных, что является малоприемлемым для современных автомобилей, нашпигованным большим количеством электроники. Если добавлять к шине новых источников данных, то это негативно скажется на нагрузке, а также существенно повысит время отклика оборудования;
• передаваемые данные по каналам связи обладают исключительным назначением. Полезная информация отнимает минимум трафика;
• может случаться отключение стандартизации из-за внедрения протокола повышенного уровня.

Более стабильно работают интерфейсы последних поколений. Предпочтительней выбирать машины с такими шинами.

Маркировка и разновидности

Со своей задачей связи дополнительных устройств с ЭБУ большинство шин успешно справляется, работая в бесперебойном режиме. В такой ситуации используется протокол CAN ISO 15765-4.

Принято условно делить CAN на группы:

1. CAN2, 0В. Маркировка характерна для оборудования, используемого в 11-битном формате. При этом необходимо учитывать, что информация о потенциальных ошибках будет отправляться на микропроцессоры во время обнаружения 29-битных идентификаторов.
2. CAN2, 0А. Эта маркировки задействуется для устройств с 11-битными форматами обмена данными. У разновидности отсутствует потенциал выявления ошибок от 29-битных модулей.

Пользователи выделяют три категории интерфейсов:

1. Первая категория предназначена для автомобильного двигателя. После подключения подобных видов интерфейсов улучшиться коммуникация с управляющей системой по дополнительному каналу. За счет такой шины удается качественно синхронизировать работу ЭБУ с другими узлами.
2. Вторая категория является разновидностью «Комфорт». Интерфейс востребован для обеспечения коннекта с подогревом кресел, управлением зеркалами, комфортными регулировками и пр.
3. Третья категория относится к разряду командно-информационных разновидностей. Применяется для соединения с обслуживающими системами, например, для подключения навигации или смартфона.

Используются протоколы, согласно которым предусмотрены разные типы команд, отправляемые по CAN.

Потенциальные проблемы

Так как шина находится в связи с большим количеством элементов, то некорректная работа способна приводить к негативным результатам эксплуатации. Это может сказаться не только на работоспособности авто, но и на безопасности вождения.

Сообщать о неисправности система может косвенными признаками. Водителям стоит на нее обратить внимание, в следующих случаях:

• загорелся индикатор Check Engine;
• беспричинно практически одновременно бортовой щиток засветился несколькими иконками, например, стояночный тормоз, подушки безопасности, высокое давление смазки и пр.
• считывание информации на приборной доске стало невозможным, так как не выводится информация о температуре охлаждения, уровне топлива и пр.

Необходимо заняться обязательным более точным тестирование. Квалифицированно его смогут провести на станции техобслуживания, потому что автосервисы оснащены профессиональным оборудованием.

Заключение

Наличие электроники в автомобиле вынуждает производителей внедрять разные интерфейсы. Надёжная работа шин обеспечивает стабильную эксплуатацию транспортного средства.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Шина CAN в автомобиле

Шина CAN в автомобиле — это сеть контроллеров, предназначенных для обеспечения подключения электронных устройств, которые способны передавать и получать определенную информацию. Такая схема подключения позволила снизить негативное влияние внешних электромагнитных полей и существенно увеличить скорость передачи данных.

Классификация шинных систем автомобиля

Шина CAN была при­знана стандартом с момента своего появления в серийно выпускаемых автомобилях в 1991 году. Но она также часто используется и в автоматизации. Основные особенности:

• Передача сообщений с ранжированием при­оритетов и неразрушающим арбитражем;
• Снижение затрат благодаря использо­ванию недорогой витой пары и простого протокола с невысокими требованиями к вычислительной мощности;
• Скорость передачи данных до 1 Тбит/с у высокоскоростной шины CAN и до 125 Кбит/с у низкоскоростной шины CAN (бо­лее низкие расходы на аппаратную часть);
• Высокая надежность передачи данных за счет распознавания и сигнализации спора­дических и постоянных неисправностей и благодаря унифицированию сетевых про­цессов через acknowledge;
• Принцип много абонентской шины;
• Высокая степень готовности за счет обна­ружения неисправных станций;
• Стандартизация по ISO 11898.

Система передачи данных по шине CAN

Логические состояния шин и шифрование

Для обмена данными шина CAN использует два состояния «доминантное» и «рецессив­ное», с помощью которых передаются ин­формационные биты. Доминантное состояние соответствует «0», а рецессивное — «1». Для шифрования передачи используется процесс NRZ (без возврата на ноль), в котором нулевое состояние не всегда возвращается в промежу­ток между двумя одинаковыми состояниями передачи и, соответственно, необходимый для синхронизации временной интервал между двумя фронтами может оказаться слишком большим.

В основном используется двухпроводной кабель, в зависимости от окружающих усло­вий, с витой или не витой парой. Две шинные линии называются CAN-H и CAN-L (рис. «Уровень напряжения передачи по CAN» ).

Двухпроводный кабель обеспечивает сим­метричную передачу данных, при которой биты передаются через обе шинные линии с использованием разных напряжений. Это уменьшает чувствительность к синфазным помехам, поскольку помехи влияют на обе линии и могут быть отфильтрованы путем создания разности (рис. «Фильтрация помех по шине CAN» ).

Однопроводный кабель представляет со­бой способ сокращения производственных затрат за счет экономии на втором кабеле. Однако общее подключение к массе, выпол­няющей функцию второго кабеля, должно быть доступно для этой цели всем пользова­телям шины. Поэтому однопроводный вари­ант шины CAN возможен только для системы связи с ограниченным монтажным простран­ством. Передача данных по однопроводному кабелю более чувствительна к излучаемым помехам — он не позволяет фильтровать импульсы помех так, как в двухпроводном кабеле. В результате на шинной линии тре­буется сигнал более высокого уровня. Это, в свою очередь, отрицательно сказывается на излучении помех. Поэтому необходимо снизить крутизну фронта импульсов сигна­лов шины по сравнению с двухпроводным кабелем. Это связано с уменьшением скоро­сти передачи данных. По этой причине одно­проводной кабель используется только для низкоскоростной шины CAN в области кузова и электроники для функций комфорта. На­пример, низкоскоростная шина CAN с двух­проводным кабелем в случае обрыва кабеля должна продолжать работать как однопрово­дная система. Однопроводное решение не описывается в спецификации CAN.

Уровни напряжения шины CAN

Высокоскоростные и низкоскоростные шины CAN используют разные уровни напряжения для передачи доминантных и рецессивных состояний. Уровни напряжения низкоско­ростной шины CAN показаны на рис. а, «Уровень напряжения передачи по CAN», а высокоскоростной — на рис. Ь, «Уровень напряжения передачи по CAN».

Высокоскоростная шина CAN в рецессив­ном состоянии на обеих линиях использует номинальное напряжение 2,5 В. В доминант­ном состоянии на CAN-H и CAN-L подается номинальное напряжение 3,5 В и 1,5 В, со­ответственно. В низкоскоростной шине CAN в рецессивном состоянии на CAN-H подается напряжение 0 В (максимум 0,3 В), на CAN-L — 5 В (минимум 4,7 В). В доминантном состоя­нии на CAN-H напряжение составляет не ме­нее 3,6 В, а на CAN-L не более 1,4 В.

Предельные значения

Для арбитражного метода в случае CAN важно, чтобы все узлы в сети видели биты идентификатора фрейма одновременно, чтобы узел, передавая бит, видел, передают ли их другие узлы. Задержки возникают из-за распространения сигнала в шине данных и обработки в трансивере. Таким образом, максимально допустимая скорость передачи данных зависит от общей длины шины. Стан­дарт ISO предусматривает скорость 1 Мбит/с для 40 м. У более длинных проводов возмож­ная скорость передачи данных примерно об­ратно пропорциональна длине провода. Сети с дальностью 1 км могут работать со скоро­стью 40 кбит/с.

Протокол CAN

Конфигурация шины

CAN работает в соответствии с принципом многорежимного управления, при котором линейная структура шины подсоединяет не­сколько блоков управления равного приори­тета ранжирования.

Адресация по содержанию CAN использует адресацию по содержанию сообщений. Каждому сообщению присваива­ется метка-идентификатор, который класси­фицирует содержание сообщения (например, о частоте вращения коленчатого вала двига­теля). В каждой станции ведется обработка только тех сообщений, чьи идентификаторы накапливаются в приемочном списке сообщений. Это называется приемочной провер­кой (рис. «Адресация и проверка приемки» ). Таким образом, CAN не требует адресов станции для передачи данных. Это облегчает адаптацию к различным уровням оборудования.

Логические состояния шины CAN

Протокол CAN основывается на двух логиче­ских состояниях: биты информации являются или «рецессивными» (логическое состояние 1), или «доминантными» (логическое со­стояние 0). Когда, по крайней мере, одной из станций передается доминантный бит, тогда перезаписываются рецессивные биты, одновременно посылаемые ото всех других станций.

Назначение приоритетов

Идентификатор присваивает адреса данным как содержания, так и приоритета посылае­мых сообщений. Идентификаторы, соответ­ствующие низким бинарным числам, исполь­зуют высокий приоритет и наоборот.

Арбитраж шины CAN

Каждая станция может начать передачу со­общения только после освобождения шины. Когда несколько станций начинают переда­вать сообщения одновременно, для разреше­ния создаваемых конфликтов доступа к шине используется арбитраж «wired-and» (монтаж­ное И). Сообщению с высшим приоритетом (наименьшим двоичным значением иденти­фикатора) присваивается право первого до­ступа, без задержек и потерь битов (рис. «Побитовый арбитраж» ). Передатчики реагируют на невозможность получения доступа к шине путем автомати­ческого переключения в режим приема; за­тем ими повторяется попытка передачи, как только шина снова освобождается.

Фрейм данных и формат сообщения Шина CAN поддерживает два разных фор­мата сообщений, различающихся только длиной идентификаторов. Стандартный формат включает 11 битов, в то время как расширенная версия состоит из 29 битов. Таким образом, рамка передачи данных со­держит максимум 130 битов стандартного или 150 битов расширенного формата. Это обеспечивает минимальное время ожидания до последующей передачи, которая может быть срочной. Фрейм данных состоит из семи последо­вательных полей (рис. «Фрейм данных» ). «Начало фрейма» показывает начало сообщения и синхронизирует все узлы.

Поле «арбитра» состоит из идентифи­катора сообщения и дополнительного кон­трольного бита. Во время передачи этого поля передающее устройство сопровождает передачу каждого бита проверкой о том, что сообщение более высокого приоритета, кото­рое могло бы аннулировать санкционирован­ный доступ, не передается. Контрольный бит определяет, будет ли сообщение классифи­цироваться как «фрейм данных» или «дис­танционный фрейм».

Поле «контроля» содержит код, показываю­щий количество байтов данных в поле «данных».

Поле «данных» содержит от 0 до 8 байтов. Сообщение длиной 0 данных может быть ис­пользовано для синхронизации распредели­тельных процессов.

Поле «CRC» (периодический резервный контроль) содержит контрольную сумму для обнаружения возможных помех при пере­даче.

Поле «АСК» (уведомление) содержит сигналы подтверждения, с помощью которых получа­тели подтверждают доставку сообщений.

«Конец фрейма» обозначает конец со­общения.

Затем идет «межфреймовый промежу­ток», отделяющий фрейм от следующего фрейма.

Инициация передатчика

Передатчик обычно инициирует передачу данных посредством отправки фрейма дан­ных. Однако приемник также может запро­сить данные от передатчика, отправив дис­танционный фрейм. Этот дистанционный фрейм имеет тот же идентификатор, что и со­ответствующий фрейм данных. Они различа­ются битом, стоящим после идентификатора.

Обнаружение ошибок

Контролирующими отличительными призна­ками ошибок являются:

• 15-битовый CRC: (каждый приемник срав­нивает получаемую им последователь­ность CRC с вычисляемой последовательностью);
• Контроль: каждый передатчик считывает с шины собственное переданное сообщение и сравнивает каждый переданный и отска­нированный бит;
• Заполнение битами: (между началом фрейма и концом поля CRC каждого фрейма данных или дистанционного фрейма могут находиться максимум пять последовательных битов одной полярно­сти); передатчик реализует пять последовательных битов одной полярности путем вставки в поток битов бита противополож­ной полярности. После доставки сообще­ний получатели снова удаляют эти биты;
• Проверка фреймов: (протокол CAN со­держит несколько битовых полей со сме­шанным форматом для проверки всех станций).

Обработка ошибок

При обнаружении ошибки контроллер CAN прерывает текущую передачу отправкой сигнала ошибки, состоящего из шести доминантных битов; при этом происходит со­знательное нарушение условия наполнения битами и форматов.

Локализация неисправностей

Так как неисправные станции могут значи­тельно ухудшать нагрузочный режим шины, бортовые контроллеры связи могут включать механизмы, которые позволяют различать промежуточную и постоянную ошибки из-за неисправности местной станции. Этот про­цесс базируется на статистической оценке условий возникновения ошибок.

Варианты исполнения

Изготовители полупроводников предлагают различные варианты исполнения контрол­леров CAN, различающиеся в основном воз­можностями хранения и обработки сообще­ний. Таким образом, главный компьютер может быть освобожден от операций, свя­занных с протоколом.

Стандартизация

Шина CAN стандартизирована для обмена данными в автомобилях; для низкоскорост­ной передачи (до 125 кбит/с) — ISO 11898-3, для высокоскоростной передачи (более 125 кбит/с) — ISO 11898-2 и SAE J 1939 (грузовики и автобусы).

CAN с таймерным управлением

Расширенный протокол CAN с возможностью работы в режиме таймерного управления на­зывается «CAN с таймерным управлением» (TTCAN). В нем можно произвольно выбрать соотношение компонентов с таймерным управлением и компонентов с управлением событиями, поэтому он полностью совме­стим с сетями CAN. TTCAN стандартизируется в ISO 11898-4.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий Отменить ответ

Главы

• Энциклопедия техники (19)
• История автомобиля (20)
• Полезные советы (3)
• Действующие единицы (1)
• Законы физики в автомобиле (15)
• Математическое моделирование в автомобилестроении (3)
• Материалы для автомобилестроения (10)
• Рабочие жидкости (5)
• Детали машин (6)
• Способы соединения деталей (8)
• Физика автомобиля (10)
• Двигатели внутреннего сгорания (24)
• Диагностика двигателя (8)
• Нормы контроля и диагностики токсичности отработавших газов (17)
• Системы управления бензиновыми двигателями (11)
• Работа двигателя на альтернативных видах топлива (2)
• Системы управления дизельными двигателями (9)
• Альтернативные виды приводов (3)
• Трансмиссия (47)
• Системы шасси (18)
• Управление шасси и активная безопасность (6)
• Кузова автомобилей (10)
• Пассивная безопасность (1)
• Системы охраны автомобилей (1)
• Охранные автомобильные системы (1)
• Электрооборудование автомобилей (11)
• Свечи зажигания автомобилей (6)
• Автомобильная электроника (21)
• Системы комфорта и удобства (2)
• Пользовательские интерфейсы (3)
• Системы повышения безопасности дорожного движения (7)

О справочнике

За последние время автомобилестроение превратилось в чрезвычайно сложную отрасль. Все труднее и труднее становится представить всю отрасль в целом, и еще сложнее постоянно следить за направлениями, которые важны для автомобилестроения. Многие из этих направлений подробно описаны в специальной литературе. Тем не менее, для тех, кто впервые сталкивается с данными темами, имеющаяся специальная литература не представляется легкой и тяжело усваивается в ограниченные сроки. В этой связи этот «Автомобильный справочник» будет очень кстати. Он структурирован таким образом, чтобы быть понятным даже для тех читателей, которые впервые встречаются с каким-либо разделом. Наиболее важные темы, относящиеся к автомобилестроению, собраны в компактном, простом для понимания и удобном с практической точки зрения виде.

https://drivertip.ru/osnovy/chto-takoe-can-shina-v-avtomobile.html
https://press.ocenin.ru/shiny-can-v-avtomobilyah/