Что собой представляет CAN-шина в автомобиле

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.

CAN-шина

CAN – стандарт обмена информации промышленной автоматики, призванный объединить в единое сообщество все многообразие электронного оборудования.

Протокол разработан на основе стандартов ISO передачи данных.

В середине 80-х годов прошлого столетия компании Intel и Robert Bosch GmbH разработали цифровое устройство для обмена данных, которое стало стандартом автомобильной

электроники.

Подобно тому, как собираются в единую сеть несколько компьютеров, CAN собирает в цепь все электронные блоки автомобиля. Это делает управление более надежным, быстрым и эффективным. Кроме того, через кабель CAN происходит обмен данными между ЭБУ и сторонними электроприборами, что делает диагностику автомобиля максимально точной и быстрой.

Особенности устройства CAN-шины

Передаются данные, со скоростью 1Мбит/сек, по радиоканалам или на оптоволоконном уровне. Биты данных одномоментно превращаются в кадры (подобие ограниченных порций). Есть сложная схема разделения кадров на доминантные и рецессивные и приоритетов формирования очереди передачи, с применением арбитража. Однако в эти области высоких технологий, простому автолюбителю заглядывать нет никакой нужды.

На физическом уровне CAN-сеть – это непрерывная «шина» дифференциальной пары, в роли проводника информации, прописанной стандартом ISO. Доступ к ней осуществляется посредством драйвера CAN-шины.

Во всех системах современного автомобиля применяется протокол CAN для взаимодействия электронного блока управления с контрольными блоками систем, исполнительными устройствами, датчиками, и в целом всей совокупности периферийного оборудования. Устройство столь умного прибора, на удивление, очень простое (можно сказать примитивное) – два провода и чип. Вот и все!

Первые поколения прибора были снабжены множеством выходов, по каждому их которых передавался лишь один сигнал. Сейчас, по каждому проводу проходят сотни импульсов.

В последних выпусках есть функции подключения к смартфонам.

Есть заложенная функция предвидения и устранения некоторых неполадок электрооборудования автомобиля. Даже электробрелки зажигания, подключаясь через CAN, получают необходимые данные от ЭБУ автомобиля.

CAN – шина, практически, абсолютно нечувствительна к радиопомехам, с высокой степени изолированными контактами.

Передача данных по Кан-шине

Сигналы с электронных приборов, параллельно соединенных в цепь Кан-шины, по двум сплетенным проводам (витой паре), поступает на полосы шины. При этом, на каждом проводе будет свое напряжение, отличное от напряжения во втором проводе.

Другие участники считывают эту информацию. Путем проставления фильтров и идентификаторов, зашифрованных в самом послании, определяется адресат сообщения.

Тот, получив наказ на какое-либо действие, спешит его выполнить.

В покое, напряжение в проводах витой пары одинаковое и составляет 2,5В. Это, так называемое, рецессивное положение. Во время начала сеанса, провода приводятся в возбуждение участником, посылающим сообщение. Напряжение на одном из проводов (CAN High) начинает возрастать, достигая 3,5В. На другом (CAN low) – убывать, до достижения отметки 1В.

Каждое звено общей цепи подключается к CAN кабелю посредством трансивера, в котором разность двух напряжений преобразуется в одно, выходное (2В). Его и получают участники процесса. Таким образом, исключается влияние на обмен информации, непостоянство напряжения электрической сети автомобиля.

Обзор возможностей протокола CAN

1. Продукты — микросхема, инструменты разработки, модули, инструменты проектирования;
2. Распределение посланий — каждый участник будет иметь возможность выбирать к просмотру сообщения, касающиеся только его. Для этого предусмотрены фильтры;
3. Широковещательный характер – если участник не выбрал только свои сообщения, то он имеет возможность просмотра всего потока информации;
4. Контентная адресация – нет явного адресата. Выбираются адреса контента по идентификатору в самом сообщении;
5. Виды сообщений – кадр данных, удаленный, ошибки, перезагрузки;
6. СтандартныйCANи его расширенная версия – отличаются длиной установленного идентификатора. Если в станд. варианте он равен 11битам, то в его «толстом» собрате – 29 бит;
7. Конфликтное разрешение и определение приоритета – чтобы избежать одновременной передачи данных несколькими участниками, выработан арбитражный механизм. Все пакеты поделены на доминантный и рецессивный. Не вдаваясь в подробности, отметим только, что всегда приоритет на стороне доминантного сообщения.
8. Физические уровни:

— сигнальная сбалансированная двухпроводная схема high–speed CAN представляет вторую часть стандарта ISO 11898;

— третья часть ISO 11898 составляет следующий уровень вышеназванной схемы;

— однопроводной уровень, описываемый стандартом SAE J2411. Шины этого уровня установлены, например, на автомобилях линейки Дженерал Моторс.

1. Прерывание конца – CAN-шина должна содержать на конце резисторное сопротивление (120ОМ), для гашения отражения сигнала, создания уровня постоянного тока.
2. Кабель – сопротивление должно укладываться в интервал 108 – 132ОМ.
3. Разъем – нет стандартов для разъемов CAN. Каждый протокол описывает свои предпочтения. Однако есть фактический стандарт для автопромышленности.
4. Ошибка – контролер найдет ее и отметит флажком, разрушая передачу. Эти флажки станут знаком для всех участников цепи на ее сброс.
5. Сбои в передачи – при различных сбоях дается возможность дальнейшего функционирования. Сбои могут быть разного характера: прерывание, короткое замыкание в разных частях, разъединение с оконечным сопротивлением.

Скорость передачи данных CAN-шины

Все составляющие сети CAN должны иметь единую скорость передачи информации. Однако данный стандарт не задает одного определенного параметра, ограничиваясь лишь максимальным пределом – 1Мбит/с. Изменения объема передаваемого кадра должно успеть распространиться по всей длине сети, что ставит в обратную зависимость скорости от протяженности – чем длиннее провод, тем ниже скорость. Для передачи 1Мбита за 1секунду нужная длина должна составлять не менее 40 метров. Добавьте к этому объективные факторы, снижающие скорость – защита от помех и разветвленная сеть, где происходят множественные отражения сигнала.

В угоду ускорения процесса, разработчики уменьшают протяженность проводов, одновременно увеличивая число цепей, с возможностью подключения большего количества приборов. Например, общая длина шины, составляющая 10 метров, способна пропускать через себя кадры, со скоростью 2 Мбит/c, с 64 подключенными приборами. Если автомобиль снабжен большим числом электрооборудования, то добавляется одна, две, и т. д. цепи.

Протоколы высокого уровня

CAN всего лишь решает проблему доставки информации из одного пункта в другой, малыми пакетами (всего 8 байт). Многие аспекты обмена данных, остаются вне его компетенции. Ввиду большого спроса на рынке, незамедлительно, появились разработки усовершенствованных протоколов – так называемые, протоколы высокого уровня. Они взялись оказывать более расширенный пакет услуг. Ими пользуются, когда нужно:

• Задать стандарты запуска, в т.ч. скорости обмена;
• Распределение, предварительно распознанных, адресов взаимодействующих элементов и видов сообщений;
• Точная разметка послания;
• Порядок разбора ошибок.

Достоинства и недостатки протокола CAN

Протокол CAN вошел в состав стандартного протокола OBD-II.

К несомненным преимуществам CAN относятся:

1. Передача информации в реальном времени;
2. Простота и дешевизна использования;
3. Помехоустойчивость;
4. Обеспечение доступа, путем арбитража, без снижения пропускных характеристик сети;
5. Контроль всех ошибок обмена данных;
6. Большой интервал рабочих скоростей;
7. Широкое его применение, большое разнообразие ассортимента от разных поставщиков.

К недостаткам относятся:

1. Маленький объем одного пакета данных, который составляет не более 8 байт;
2. Служебные данные занимают больше объема, чем передаваемые, что значительно влияет на скорость (разработчикам есть куда расширяться);
3. Нет общего стандарта на протоколы повышенного уровня. В CAN можно прописать любой протокол, если его исполнение помещается в рамках пропускной способности CAN.

Применяется этот протокол не только в автомобильной промышленности. В некоторых отраслях промышленности, дорожного строительства, при строительстве высокотехнологичных объектов (так называемые, умные дома), в велосипедном производстве.

Источник https://drivertip.ru/osnovy/chto-takoe-can-shina-v-avtomobile.html

Источник https://elm327.club/diagnostika-avto/can-shina.html

Источник

Источник