Все о can шине в автомобиле: Can-шина: как она выглядит и работает| Использование кан шины для контроля транспорта в интеграции с ТМ: Корпоративные поездки

Содержание

Шина CAN зачем и для чего нужна в машине

 Area Network Controller ( CAN шина ) Является на настоящий момент принятой системой согласования между собой всевозможных блоков, узлов автомобиля с возможностью передачи данных от одного узла к другому, даже без главного компьютера, так называемого ЭБУ. Все это сделано не для того, чтобы заморочить голову пользователю или сервисмену, это уже по пути, а прежде всего из-за удобства определения рода работы узла или сигнала от него. Также переход на CAN шину был связан с тем, что сегодня микроконтроллеры стали дешевле куска меди, то есть обычной связки — косы проводов. И дабы сэкономить и на этом,  были внедрены CAN шины, заменяющие нам нервную систему машины состоящей из десятка проводов на пару проводов.

История появления CAN шины

  Разработка CAN-шины началась в 1983 году в компании Robert Bosch GmbH . Протокол был официально опубликован в 1986 году на конференции Ассоциации автомобильных инженеров (SAE) в Детройте , штат Мичиган . Первые чипы CAN-контроллеров, выпускаемые Intel и Philips , вышли на рынок в 1987 году.

Выпущенный в 1991 году Mercedes-Benz W140 был первым серийным автомобилем с системой мультиплексирования на базе CAN.
  Bosch опубликовала несколько версий спецификации CAN, и последняя от этой компании — CAN 2.0, вышла в 1991 году.
В 1993 году Международная организация по стандартизации (ISO) выпустила стандарт CAN стандарта ISO 11898, который позднее был реорганизован на две части; ISO 11898-1, который охватывает уровень канала передачи данных , и ISO 11898-2, который охватывает физический уровень CAN для высокоскоростной CAN. ISO 11898-3 был выпущен позднее и охватывает физический уровень CAN для низкоскоростной отказоустойчивой CAN. Стандарты физического уровня ISO 11898-2 и ISO 11898-3 не являются частью спецификации Bosch CAN 2.0.
Однако Bosch все еще не отступил от стандарта CAN. В 2012 году Bosch выпустила CAN FD 1.0 или CAN с гибкой скоростью передачи данных. Эта спецификация использует другой формат, который позволяет различную длину данных, а также, при необходимости, переключиться на более быструю скорость передач. CAN FD совместим с существующими сетями CAN 2.0, поэтому новые устройства CAN FD могут сосуществовать в одной сети с существующими CAN-устройствами.

 CAN-шина является одним из пяти протоколов, используемых в стандарте диагностики автомобиля бортовой диагностики (OBD)-II. Стандарт OBD-II был обязательным для всех легковых и легких грузовиков, продаваемых в Соединенных Штатах с 1996 года. Стандарт EOBD был обязательным для всех автомобилей, проданных в Европейском союзе с 2001 года, и всех дизельных транспортных средств с 2004 года.

Применение CAN шины а автомобиле

  Современный автомобиль оснащается большим количеством электронных блоков управления. Самым сложным и значимым ECU (ЭБУ) является блок управления двигателем . Другие блоки используются для работы трансмиссии, подушек безопасности, антиблокировочная система тормозов (ABS) , круиз-контроль, электроусилитель руля, аудиосистема, стеклоподъемники, двери, регулировка зеркал, батареи и системы подзарядки для гибридных / электрических автомобилей и многое другое. Некоторые из этих блоков образуют независимые подсистемы, даже без обращения в ЭБУ двигателя. Всей это «нервной системе» CAN требуется управлять приводами или отправлять и получать данные от датчиков. Одним из ключевых преимуществ является то, что взаимосвязь между различными системами позволяет обеспечить обширный объем различных функций. Все это направлено на безопасность, экономию и удобство, так как используя программное система получается значительна более гибкой, нежели это было бы реализовано на непосредственном традиционном физическом соединении, через косу проводов.

Можно привести несколько примеров:

— Система старт-стоп двигателя определяет усилие на рулевом колесе, скорость и т.д., при этом глушит двигатель при остановке в пробке или на перекрестке.

— Тормоза с электронными приводами отключаются только после того, как были застегнуты ремни безопасности,
— В случае езды задом включаются датчики парковки, могут изменять угол зеркала заднего вида настроенные на определенное положение, может включаться задний дворник, если идет дождь.
— Некоторые модели Ауди и БМВ оснащены чуть заметным притормаживанием во время дождя или повышенной влажности, дабы колодки и диски всегда были сухие, эффективность тормозов была «на высоте».
При этом не надо путать CAN (шиной LIN) она была введена в дополнение к CAN для периферийных систем, таких как кондиционирование воздуха и информационно-развлекательная система, где скорость передачи данных и столь критична.

Продолжим о стандартах шины…

Сама по себе шина из двух проводов представляет витую пару с номинальным импедансом 120 Ом. Существуют следующие принятые стандарты.

ISO 11898-2
Высокоскоростной CAN с передачей данных (512 кбит/с), использует шину, с резисторами по 120 Ом на каждом конце.


Передача логических значений 0 и 1 по такой CAN происходит так. Если есть 5 В между CAN H и CAN L, то это (0) и если нет сигнала то (1). Доминирующее дифференциальное напряжение составляет номинальное напряжение 2-2,5 В. А вот резисторы 120 Ом обрамляющие связку систем пассивно возвращает два провода к номинальному дифференциальному напряжению 0 В. Доминирующее синфазное напряжение должно быть в пределах от 1,5 до 3,5 В от общего, а рецессивное синфазное напряжение должно быть в пределах +/- 12 обычных.

 


ISO 11898-3
Это так называемый низкоскоростная шина с передачей данных (128 Кбит/с) или отказоустойчивым CAN, использует линейную шину, по принципу подключение звездой или даже несколько таких «звездных шин», соединенных между собой одной линейной шиной. Общее сопротивление на выходе должно составлять около 100 Ом не менее.

 

Низкоскоростная / отказоустойчивая CAN-сигнализация работает по принципу диаграммы ниже. Конечные резисторы пассивно возвращают низкочастотный провод CAN в RTH, где RTH составляет минимум 4,7 В (Vcc — 0,3 В, где Vcc имеет номинальное напряжение 5 В) и высоковольтный провод CAN к RTL, где RTL составляет максимум 0,3 В. Оба провода должны иметь возможность работать от -27 до 40 В без повреждений.

 Собственно это лишь самые азы по CAN шине, что интересно было бы знать любителю. Еще стоит заметить, что до сих пор не смотря на то, что технология во многом поменялось, по сравнению с первоначальным протоколом, Bosch, однако производители CAN-совместимых микропроцессоров платят лицензионные сборы компании Bosch за использование товарного знака CAN и любых новых патентов, связанных с CAN FD.

CAN шина автомобиля — Угона.нет

Бортовая электроника современного автомобиля в своем составе имеет большое количество исполнительных и управляющих устройств. К ним относятся всевозможные датчики, контроллеры и т.д.

Для обмена информацией между ними требовалась надежная коммуникационная сеть.
В середине 80-х годов прошлого столетия компанией BOSCH была предложена новая концепция сетевого интерфейса CAN (Controller Area Network).

CAN-шина обеспечивает подключение любых устройств, которые могут одновременно принимать и передавать цифровую информацию (дуплексная система). Собственно шины представляет собой витую пару. Данная реализация шина позволила снизить влияние внешних электромагнитных полей, возникающих при работе двигателя и других систем автомобиля. По такой шине обеспечивается достаточно высокая скорость передачи данных.

Как правило, провода CAN-шины оранжевого цвета, иногда они отличаются различными цветными полосами (CAN-High — черная, CAN-Low — оранжево-коричневая).

Благодаря применению данной системы из состава электрической схемы автомобиля высвободилось определенное количество проводников,которые обеспечивали связь, например, по протоколу KWP 2000 между контроллером системы управления двигателем и штатной сигнализацией, диагностическим оборудованием и т.д.

Скорость передачи данных по CAN-шине может достигать до 1 Мбит/с, при этом скорость передачи информации между блоками управления (двигатель — трансмиссия, ABS — система безопасности) составляет 500 кбит/с (быстрый канал), а скорость передачи информации системы «Комфорт» (блок управления подушками безопасности, блоками управления в дверях автомобиля и т.д.), информационно-командной системы составляет 100 кбит/с (медленный канал).

На рис. 1 показана топология и форма сигналов CAN-шины легкового автомобиля.

При передаче информации какого-либо из блоков управления сигналы усиливаются приемо-передатчиком (трансивером) до необходимого уровня.

Каждый подключенный к CAN-шине блок имеет определенное входное сопротивление, в результате образуется общая нагрузка шины CAN. Общее сопротивление нагрузки зависит от числа подключенных к шине электронных блоков управления и исполнительных механизмов. Так, например, сопротивление блоков управления, подключенных к CAN-шине силового агрегата, в среднем составляет 68 Ом, а системы «Комфорт» и информационно-командной системы — от 2,0 до 3,5 кОм.

Следует учесть, что при выключении питания происходит отключение нагрузочных сопротивлений модулей, подключенных к CAN-шине.

На рис. 2 показан фрагмент CAN-шин с распределением нагрузки в линиях CAN-High, CAN-Low.

Системы и блоки управления автомобиля имеют не только различные нагрузочные сопротивления, но и скорости передачи данных, все это может препятствовать обработке разнотипных сигналов.

Для решения данной технической проблемы используется преобразователь для связи между шинами.

Такой преобразователь принято называть межсетевым интерфейсом, это устройство в автомобиле чаще всего встроено в конструкцию блока управления, комбинацию приборов, а также может быть выполнено в виде отдельного блока.

Также интерфейс используется для ввода и вывода диагностической информации, запрос которой реализуется по проводу «К», подключенному к интерфейсу или к специальному диагностическому кабелю CAN-шины.

В данном случае большим плюсом в проведении диагностических работ является наличие единого унифицированного диагностического разъема (колодка OBD).

На рис. 3 показана блок-схема межсетевого интерфейса.

Следует учесть, что на некоторых марках автомобилей, например, на Volkswagen Golf V, CAN-шины системы «Комфорт» и информационно-командная система не соединены межсетевым интерфейсом.

В таблице представлены электронные блоки и элементы, относящиеся к CAN-шинам силового агрегата, системы «Комфорт» и информационно-командной системы. Приведенные в таблице элементы и блоки по своему составу могут отличаться в зависимости от марки автомобиля.

Диагностика неисправностей CAN-шины производится с помощью специализированной диагностической аппаратуры (анализаторы CAN-шины) осциллографа (в том числе, со встроенным анализатором шины CHN) и цифрового мультиметра.

Как правило работы по проверке работы CAN-шины начинают с измерения сопротивления между проводами шины. Необходимо иметь в виду, что CAN-шины системы «Комфорт» и информационно-командной системы, в отличие от шины силового агрегата, постоянно находятся под напряжением, поэтому для их проверки следует отключить одну из клемм аккумуляторной батареи.

Основные неисправности CAN-шины в основном связаны с замыканием/обрывом линий (или нагрузочных резисторов на них), снижением уровня сигналов на шине, нарушениями в логике ее работы. В последнем случае поиск дефекта может обеспечить только анализатор CAN-шины.

CAN-шины современного автомобиля

  • CAN шина силового агрегата
  • Электронный блок управления двигателя
  • Электронный блок управления КПП
  • Блок управления подушками безопасности
  • Электронный блок управления АБС
  • Блок управления электроусилителя руля
  • Блок управления ТНВД
  • Центральный монтажный блок
  • Электронный замок зажигания
  • Датчик угла поворота рулевого колеса
  • CAN-шина системы «Комфорт»
  • Комбинация приборов
  • Электронные блоки дверей
  • Электронный блок контроля парковочной

Системы

  • Блок управления системы «Комфорт»
  • Блок упрввления стеклоочистителей
  • Контроль давления в шинах

CAN-шина информационно-командной системы

  • Комбинация приборов
  • Система звуковоспроизведения
  • Информационная система
  • Навигационная система

Источник : Ремонт и Сервис

Can-шина | ProService

 

Что такое CAN-шина:

Электрические цепи автомобилей усложнялись и разрастались год от года. Первые автомобили обходились без генератора и аккумулятора – зажигание работало от магнето, а фары были ацетиленовые.
К середине 70-х годов в жгуты увязывались уже сотни метров электрических проводов, автомобили по оснащённости электрикой, соперничали с легкомоторной авиацией.

Идея упрощения электропроводки лежала на поверхности – хорошо бы проложить в автомобиле всего один провод, нанизать на него потребителей и возле каждого поставить некое управляющее устройство. Тогда по этому проводу можно было бы пустить и энергию для потребителей (лампочек, датчиков, исполнительных устройств) и управляющие сигналы.
К началу 90-х развитие цифровых технологий позволило приступить к осуществлению этой идеи — компаниями BOSCH и INTEL был разработан сетевой интерфейс CAN (Controller Area Network) для создания бортовых мультипроцессорных систем реального времени. В электронике проводную систему, по которой передаются данные, принято называть “шиной”. 

Правила, по которым отдельные блоки обмениваются информацией, в электронике называются протоколом . Протокол позволяет посылать отдельным блокам отдельные команды, опрашивать каждый блок в отдельности или всех сразу. Кроме адресного обращения к устройствам, протокол предусматривает и возможность задания приоритетов самим командам. Например, команда на управление двигателем будет иметь приоритет перед командой на управление кондиционером.
Развитие и миниатюризация электроники позволяют теперь выпускать недорогие модули управления и связи, которые в автомобиле можно соединять в виде звезды, кольца или цепи.
Обмен информацией идет в обоих направлениях, т.е. можно не только включить например лампочку заднего хода, но и получить информацию светит ли она. 

Получая информацию от различных устройств, система управления двигателем выберет оптимальный режим, система кондиционирования включит отопление или охлаждение, система управления стеклоочистителем взмахнет щетками и т.п. 
Значительно упрощается и система диагностики двигателя и всего автомобиля в целом.

И хотя главная мечта электрика – всего два провода по всей машине – ещё не сбылась, CAN шина значительно упростила электропроводку автомобиля и повысила общую надежность всей системы.

Самое главное предназначение CAN-шины для автопроизводителей – снизить общий вес проводки в автомобиле. Например в BMW 7 серии 1993 года выпуска, общий вес проводов составляет около 200! кг. В том же автомобиле, но уже 2003 года выпуска, вес проводов составляет около 20кг. Снижение веса произошло в 10 раз, добавьте сюда удобство монтажа и корректную работы устройств, и мы получим идеальное решение.

Итак, CAN-шина — это система цифровой связи и управления электрическими устройствами автомобиля, позволяющая собирать данные от всех устройств, обмениваться информацией между ними, управлять ими. Информация о состоянии устройств и командные (управляющие) сигналы для них передаются в цифровой форме по специальному протоколу двумя проводами, т.н. «витая пара». Кроме того к каждому устройству подается и питание от бортовой электросети, но в отличии от обычной проводки – все потребители соединены параллельно, т.к. нет необходимости вести от каждого выключателя до каждой лампочки свой провод. Это значительно упрощает монтаж, снижает число проводов в жгутах и повышает надёжность всей электросистемы.

На сегодняшний день практически все  современные автомобили  оснащены так называемой цифровой проводкой – автомобильной CAN-шиной в которой сигналы передаются не в обычном аналоговом виде понятном любой сигнализации, а в виде кодированной цифровой посылки.  Зачастую корректно установить на такой автомобиль обычную сигнализацию просто невозможно. Попытки совершить такие действия заканчиваются плачевно в первую очередь  для автовладельца, автомобиль которого для установки аналоговой сигнализации подвергается прямо-таки варварскому вмешательству.
Пожалейте свой новый автомобиль, отнеситесь к нему и труду его создателей с уважением, подарите ему самое лучшее и современное, — автомобилю это понравится, а он в долгу не останется, годами надежной работы, принося Вам каждый день радость  общения с ним.

Узнать, оборудован ли Ваш автомобиль Can-шиной, Вы можете в компании Pro Service по тел. 93-6666 

Контроль топлива через CAN-шину в Ростове и Ростовской области

Легковые а/м + + + +
Грузовые а/м + + +
Сельскохозяйственная техника +
Строительная техника +
Рефрижераторы +
Погрузчики +
Агрегаты +
Спецтехника +
Любая техника под заказ +
Наименование параметра CAN-LOG
версия 10
CAN-LOG
версия 20
CAN-LOG
версия 30
CAN-LOG
версия 40
Замок зажигания + + + +
Ключ в замке зажигания + +
Штатная сигнализация + + + +
Дверь водителя и пассажиров + + + +
Дверь переднего пассажира + + + +
Двери задних пассажиров + + + +
Багажник + + + +
Капот двигателя + + + +
Ручной тормоз + +
Ножной тормоз + + + +
Работает двигатель + +
Штатный брелок + +
Webasto + +
Полное время раб. двигат. + +
Полный пробег авто + + + +
Полный расход топлива + + + +
Уровень топлива в баке + + + +
Скорость обор. двигателя + + + +
Температура двигателя + +
Скорость тр. средства + + + +
Давление на оси 1 + +
Давление на оси 2 + +
Давление на оси 3 + +
Давление на оси 4 + +
Давление на оси 5 + +
Уровень жидкости AdBLUE + +
Положение педали газа + + + +
Нагрузка двигателя + +
Время работы жатки +
Убранная площадь +
Производительность +
Количество собранного урожая +
Влажность зерна +
Включение жатки +
Выброс зерна из бункера +
Габаритные огни + +
Ближний свет + +
Дальний свет + +
Ремень водителя + +
Ремень пассажира + +
STOP + +
Давление / уровень масла + +
Температ. охлажд. жид. двиг. + +
Тормозная система + +
Зарядка аккумулятора + +
Система безопасности (SRS) + +
Проверить двигатель + +
Наружное освещение + +
Давление в шинах + +
Износ тормозных колодок + +
Предупреждение + +
ABS + +
Низкий уровень топлива + +
ESP + +
Свеча накаливания + +
FAP + +

Can шина принцип работы: описание, характеристики

Автор Почемучка На чтение 21 мин. Просмотров 790

Желание упростить электропроводку была такой: необходим всего один провод, подключить к нему все потребители и к каждому подвести устройство управления. Пропустить по этому проводу электроток к потребителям и сигналы управления устройствами.

С каждым годом автомобильные электрические схемы увеличивались в размере и усложнялись в конструкции. На первых выпущенных автомобилях от магнето работало зажигание, а аккумуляторной батареи и генератора не было совсем. В фарах использовались ацетиленовые горелки.

В 1975 году длина проводов в автомобильной электрической схеме была равна нескольким сотням метров и была сопоставима с электрикой лёгкомоторной авиации.

Желание упростить электропроводку была такой: необходим всего один провод, подключить к нему все потребители и к каждому подвести устройство управления. Пропустить по этому проводу электроток к потребителям и сигналы управления устройствами.

Видео

К 1991 году, благодаря прорыву цифровых технологий, фирмы Bosch и Intel создали сетевой интерфейс CAN (Controller Area Network) для мультипроцессорных систем бортовых компьютеров. В электронике такую систему называют «шиной».

В последовательной шине (serial bus) данные передаются импульс за импульсом по витой паре (двум проводам), а в параллельной шине (parallel bus), данные идут по нескольким проводам одновременно.

При большей производительности, параллельная шина усложняет электропроводку автомобиля. Последовательная шина передаёт информации до 1 Мбит/сек.

Разные блоки делятся данными, правило, по которому это происходит, называется протоколом. Протокол может отправлять разным блокам команды, запрашивать данные у одного или у всех. Помимо конкретного обращения к устройству, протокол может задать важность и командам. К примеру, команда включения вентилятора охлаждения двигателя будет приоритетней команды опускания бокового стекла.

Минимизация современной электроники позволила наладить выпуск дешёвых модулей управления и систем связи. В автомобильной сети они могут объединяться в цепи, звёзды и кольца.

Информация идёт в обе стороны, например, включив лампу дальнего света, на панели приборов загорится сигнал – светит она или нет.
Система управления двигателем выбирает наилучший режим, получая данные от всех устройств цепи, система освещения включит или отключит фары, система навигации проложит или изменит маршрут и так далее.

Благодаря такому протоколу диагностика двигателя и других устройств автомобиля упростилась.

Желание иметь всего один провод в автомобиле не осуществилось, но CAN – модуль и протокол передачи данных повысили надёжность системы и упростили электропроводку.

Видео

Схема подключения ЭБУ к высокоскоростной шине CAN

В CAN сети все ЭБУ подключены к шине параллельно. Обмен данными производится короткими пакетами — сообщениями.

CAN сообщение

Каждое сообщение содержит идентификатор, который в сети является уникальным (например, «Температура двигателя 100 град» или «Скорость автомобиля 50 км/ч»). При передаче, все ЭБУ в сети получают сообщение и каждый из них проверяет идентификатор. Если сообщение имеет отношение к данному ЭБУ, то оно обрабатывается, в противном случае – игнорируется. Идентификатор может быть длиной 11 бит или 29 бит.

Арбитраж

Физический уровень

В автомобиле может применяться несколько типов шин CAN.

Высокоскоростной CAN (High speed) применяется в основном в сети управления двигателем и управления шасси. Там, где необходима высокая скорость реакции. Скорость обмена по этой шине 500 или 250 кбит/сек.

Схема подключения ЭБУ к высокоскоростной шине CAN


Низкоскоростной CAN (Low speed) применяется в сети управления кузова. Скорость обмена по этой шине, как правило, равняется 125 кбит/сек.

Схема подключения ЭБУ к низкоскоростной шине CAN


Однопроводный CAN (1-wire) Это удешевлённый варинат Low speed CAN, применяется в основном концерном GM. Используется для коммуникации между ЭБУ кузова машины. Работает на скорости 33,3 кбит/сек.

Схема подключения ЭБУ к однопроводной шине CAN

Надёжность

Двухпроводная шина сохраняет свою работоспособность при обрыве или замыкании одного из проводов (для двухпроводной шины).

Фазы работы

Шина CAN используется в автомобилях достаточно давно. Изначально шина CAN использовалась в простых конфигурациях. Например, для надёжной и быстрой связи между ЭБУ мотора и ЭБУ автоматической коробки передач. В этой конфигурации шина использовалась только для передачи данных. В ЭБУ заводилась линия питания и линия от замка зажигания, диагностика производилась по отдельным К-линиям, идущим из каждого ЭБУ.

В более современных автомобилях, по шине CAN передаётся не только управляющая, но и диагностическая информация. Помимо этого, шина CAN стала управлять системой питания ЭБУ. В этой конфигурации все ЭБУ подключены к общему питанию и шине CAN. Замок зажигания является электронным блоком управления и информация о включении зажигания передаётся от него по CAN шине.

Можно выделить четыре основные фазы работы шины:

Ключевое значение придается переменной показателя. Если в сообщении нет данных о времени, тогда это сообщение принимается системой по факту его получения.

Как передается информация

Итак, CAN-шина представляет собой сеть, по которой происходит обмен информацией между устройствами. Возьмем для примера блок управления двигателем – он имеет не только основной микроконтроллер, но и CAN-устройство, которое формирует и рассылает импульсы по шинам H (CAN-высокий) и L (CAN-низкий), которые называются витая пара.

Каждый подключенный к CAN-шине блок имеет определенное входное сопротивление, в результате образуется общая нагрузка шины CAN.

Общее сопротивление нагрузки зависит от числа подключенных к шине электронных блоков управления и исполнительных механизмов.

Рис. 2. Фрагмент CAN-шины с распределением нагрузки в проводах: CAN High CAN Low

Системы и блоки управления автомобиля имеют не только различные нагрузочные сопротивления, но и скорости передачи данных, все это может препятствовать обработке разнотипных сигналов.Для решения данной технической проблемы используется преобразователь для связи между шинами.Такой преобразователь принято называть межсетевым интерфейсом, это устройство в автомобиле чаще всего встроено в конструкцию блока управления, комбинацию приборов, а также может быть выполнено в виде отдельного блока.

Рис. 3. Блок-схема межсетевого интерфейса

Признаки и причины

Инструкция по подключению сигнализации по CAN-шине

При монтаже противоугонной системы простой вариант ее соединения с бортовой сетью — связать охранную установку с цифровым интерфейсом. Но такой метод возможен при наличии КАН-шины в автомобиле.

Чтобы произвести установку автосигнализации и подключить ее к CAN-интерфейсу, необходимо знать место монтажа блока управления системой.

Если сигналку ставили специалисты, то надо обратиться за помощью с этим вопросом на СТО. Обычно устройство располагается за приборной панелью автомобиля или под ней. Иногда установщики ставят микропроцессорный модуль в свободное пространство за бардачком или автомагнитолой.

Что понадобится?

Для выполнения задачи потребуется:

  • мультиметр;
  • канцелярский нож;
  • изолента;
  • отвертка.

Пошаговые действия

Процедура подключения противоугонной установки к CAN-шине осуществляется так:

Пользователь Sigmax69 рассказал о соединении охранного комплекса с цифровым интерфейсом на примере автомобиля Хендай Солярис 2017.

Кан шина или цифровая шина работает со многими системами одновременно и постоянно занимается передачей данных. Но как и в каждой системе, в механизме CAN шины могут происходить сбои и от этого анализатор информации будет работать крайне некорректно. Проблемы с кан шиной могут возникать из-за следующих ситуаций:

CAN шина, как подключается автосигнализация к цифровой шине

Анализатор цифровой шины справляется не только со внутренними системами и устройствами автомобиля. Подключение внешних элементов –сигнализация, датчики, другие устройства, добавляет цифровому устройству больше нагрузки, но при этом его продуктивность остаётся прежней. Автосигнализация, которая имеет адаптер для подключения к цифровой шине устанавливается по стандартной схеме, а для того, чтобы подключиться к CAN необходимо пройти несколько простых шагов:

  1. Автосигнализация по стандартной схеме подключается ко всем точкам автомобиля.
  2. Владелец транспортного средства ищет оранжевый, толстый провод – он ведёт к цифровой шине.
  3. Адаптер сигнализации подключается к проводу цифровой шины автомобиля.
  4. Производятся необходимые закрепляющие действия –установка системы в надёжном месте, изоляция проводов, проверка правильности произведённого процесса.
  5. Настраиваются каналы для работы с системой, задаётся функциональный ряд.

Возможности современной цифровой шины велики, ведь виток из двух проводов объединяет в себе доступ до всех основных и дополнительных систем автомобиля. Это помогает избежать наличия большого количества проводов в салоне и упрощает работу всей системы. Цифровая шина работает по типу компьютера, а это в современном мире очень актуально и удобно.

Следует понимать, что данные по CAN-сети передаются в виде кадров. Наиболее важные из них – это поле идентификатора (Identifire) и система данных (Data). Наиболее часто используемый тип сообщения по Кан-шине – Data Frame. Данный тип передачи данных состоит из так называемого арбитражного поля и определяет приоритетную передачу данных в том случае, если сразу несколько узлов системы передают данные на CAN-шину.

1 О принципе работы сетевого интерфейса CAN-шина

Похожие статьи

  • регулировка скорости передачи данных посредством усиления или уменьшения подачи тока;
  • ограничение тока для предотвращения повреждения датчика или замыкания линий передачи;
  • тепловая защита.

На сегодняшний день признаны два вида трансиверов – High Speed и Fault Tolerant. Первый тип наиболее распространен и соответствует стандарту (ISO 11898-2), он позволяет передавать данные со скоростью до 1МБ в секунду. Второй тип приемопередатчиков позволяет создать энергосберегающую сеть, со скоростью передачи до 120 Кб/сек, при этом подобные передатчики не имеют чувствительности к каким-либо повреждениям на самой шине.

  • «Быстрая» шина, работающая на скорости 500 килобит в секунду, объединяет блоки управления двигателем, ABS, SRS и трансмиссией.
  • «Медленная» функционирует на скорости 100 кбит/с и объединяет блоки системы «Комфорт» (центральный замок, стеклоподъемники и так далее).
  • Третья работает на той же скорости, но передает информацию только между навигацией, встроенным телефоном и так далее. На старых машинах (например, Golf IV) информационная шина и шина «комфорт» были объединены физически.

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:

  • «Быстрая» шина, работающая на скорости 500 килобит в секунду, объединяет блоки управления двигателем, ABS, SRS и трансмиссией.
  • «Медленная» функционирует на скорости 100 кбит/с и объединяет блоки системы «Комфорт» (центральный замок, стеклоподъемники и так далее).
  • Третья работает на той же скорости, но передает информацию только между навигацией, встроенным телефоном и так далее. На старых машинах (например, Golf IV) информационная шина и шина «комфорт» были объединены физически.

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.

Как подключить сигнализацию по CAN-шине

Что такое CAN-шина и принцип ее работы

КАН-шина представляет собой сеть контроллеров. Устройство используется для объединения всех управляющих модулей автомобиля в одну рабочую сеть с общим проводом. Этот девайс состоит из одной пары кабелей, которая называется CAN. Информация, передающаяся по каналам из одного модуля на другой, отправляется в закодированном виде.

Схема подключения устройств к CAN-шине в Мерседесе

Какие функции может выполнять CAN-шина:

Эта система работает в нескольких режимах:

Канал Виалон СУшка в своем видео рассказал о КАН-шине и что надо знать про ее эксплуатацию.

Плюсы и минусы

Какими преимуществами обладает КАН-шина:

Какие недостатки характерны для устройства:

Протокол CAN был разработан для автомобильной промышленности и впоследствии стал стандартом в области создания бортовых сетей автомобилей, железнодорожного транспорта и т.д. CAN позволяет создавать сети с развитыми средствами контроля ошибок, скоростью передачи до 1Мбит/с и пакетами содержащими не более восьми байтов данных.

В данной статье не будем полностью расписывать CAN протокол, а обратим внимание лишь на вещи, которые надо обязательно знать и понимать для использования или разработки электронных устройств с поддержкой CAN.

Протокол CAN был разработан для автомобильной промышленности и впоследствии стал стандартом в области создания бортовых сетей автомобилей, железнодорожного транспорта и т.д. CAN позволяет создавать сети с развитыми средствами контроля ошибок, скоростью передачи до 1Мбит/с и пакетами содержащими не более восьми байтов данных.

Канальный и физический уровни CAN

Структура узла сети CAN

Рассматриваемый нами узел сети CAN состоит из микроконтроллера, CAN контроллера и приемопередатчика (рисунок 1). Чаще всего мы используем микроконтроллеры с встроенным CAN контроллером для упрощения схемы, но иногда используется автономный контроллер CAN с интерфейсом SPI (MCP2510). Далее приемопередатчик подключается к витой паре, на концах которой размещены согласующие резисторы (терминатор) с сопротивлением 120 Ом.


Рисунок 1 – Узел сети CAN

Для формирования логической единицы в витой паре, или свободной шине, на оба провода подается напряжение, равное половине разности напряжения между 0 или Vcc. Логическому нулю соответствует подача на провода линии дифференциального напряжения (рисунок 2).


Рисунок 2 – Логические уровни на CAN-шине

Шина CAN позволяет передавать данные со скоростью 1 Мбит/c при длине кабеля не более 40 м. В обучающей литературе написано, что при снижении скорости передачи до 10кбит/с можно добиться длины сети в 1.5км.

Пакет сообщения CAN

Формат сообщения CAN показан на рисунке 3.


Рисунок 3 – Пакет сообщения CAN

По факту пакет сообщения формируется CAN контроллером, а прикладное ПО только устанавливает идентификатор сообщения, длину сообщения и предоставляет байты данных, поэтому полностью рассматривать пакет не будем, а посмотрим на данные которые мы изменяем при работе с CAN шиной.

Идентификатор (11 – битный )

Или идентификатор (29 – битный)

от 0 до 8 байт данных в пакете

Идентификатор сообщения используется для идентификации данных, отправленных в этом пакете. Каждое отправленное сообщение принимается всеми узлами сети и в данном случае идентификатор позволяет понять конкретному устройству, необходимо ли обрабатывать данное сообщение. Максимальная длина сообщения 8 байт, но можно уменьшить это значение для сохранения пропускной способности шины CAN. Для примера ниже по тексту есть несколько скриншотов CAN сообщений из автомобильной сети.

Арбитраж на шине CAN

Если без подробностей, то первым по шине CAN всегда передается сообщение с наименьшим идентификатором.

Настройка скорости передачи данных по шине CAN

Скорость передачи данных по CAN шине настраивается за счет формирования квантов времени, а не как во многих других протоколах последовательной передачи данных за счет делителя скорости. В большинстве случаев используются скорости 10Кбит/c, 20Кбит/c, 50Кбит/c, 100Кбит/c, 125Кбит/c, 500Кбит/c, 800Кбит/c, 1MBaud и настройки для этих скоростей уже посчитаны. На рисунке 4 изображено окно выбора скорости в программе PcanView.


Рисунок 4 – Выбор скорости передачи данных в программе PcanView


Рисунок 5 – Время передачи одного бита

Первый сегмент всегда фиксирован и равняется одному кванту. Далее идет два сегмента Tseg1 и Tseg2 и количество квантов в каждом сегменте определяется пользователем и может быть равно от 8 до 25. Точка выборки находится между Tseg1 и Tseg2, т.е. в конце первого и в начале второго сегмента. Так же пользователь может определить ширину скачка синхронизации (Synchronization Jump Width — SJW) для подстройки битовой скорости принимающего устройства, который может быть в диапазоне 1 – 4 квантов времени.

Теперь приведем формулу расчета скорости (Пример расчета скорости для CAN контроллера SJA1000):

BTR = Pclk/(BRP * (1 + Tseg1 + Tseg2))

BTR – скорость передачи данных,

Pclk – частота работы CAN контроллера,

BRP – значение предделителя частоты генератора скорости передачи

Tseg1 – первый сегмент

Tseg2 – Второй сегмент

Для проверки возьмем уже посчитанную скорость 125Кбит/c и попробуем получить настройки вручную. Pclk возьмем 16 МГц.

BRP = 16МГц /(125K * (1 + Tseg1 + Tseg2))

Затем подбираем интервал передачи бита находящийся в диапазоне от 8 до 25 квантов времени, так что бы получилось целое значение BRP. В нашем случае если взять (1 + Tseg1 + Tseg2) = 16, то BRP будет равен 30.

Далее нужно подобрать соотношение между Tseg1 и Tseg2, которое даст нам желаемое положение точки выборки (Sample Point – SP).

SP = ((1 + Tseg1 + Tseg2) * 70)/100

Подставляем значения и получаем 16 * 0.7 = 11.2, что соответствует соотношению Tseg1 = 10, Tseg2 = 5, т.е. 1 + 10 + 5 = 16. Далее смотрим если Tseg2 >= 5, то SJW = 4, если Tseg2
Рисунок 6 – Настройка CAN фильтра

Если все сделано правильно, то мы увидим сообщения от кресел (рисунок 7), а при нажатии кнопки наклона спинки на пульте управления мы увидим еще одно сообщение с адресом 1F4 идущее от пульта к креслу (рисунок 8).

Рисунок 7 – CAN сообщения от кресла с электроприводом

Рисунок 8 – CAN сообщения от кресла с электроприводом и сообщение от пульта управления к креслу

Теперь мы знаем какие должны быть адрес, длина и данные в CAN пакете для имитации нажатия кнопки изменения положения спинки. Во вкладке Transmit нажимаем NEW и в открывшемся окне создаем копию пакета 1F4, т.е. Length = 3, Data = 40 80 00. Period можно оставить 0 ms, тогда сообщения будут отправляться по факту нажатия кнопки пробел (рисунок 9).


Рисунок 9 – Создание CAN сообщения

На рисунке 10 отображено поле Transmit главного окна содержащее все отправляемые сообщения в CAN и информацию о них. При выделении сообщения и нажатии кнопки пробел произойдет отправка пакета в CAN сеть и кресло немного сдвинется в нужном направлении.

Рисунок 10 – Поле Transmit

Понятное дело, что добиться полноценного управления креслом в таком случае не получиться, т.к. мы не можем исключить из сети пакеты заводского пульта управления, но эта проблема вполне решаема.

Итог

Мы увидели как при определенных усилиях и навыках можно создавать собственные электронные системы с использованием высокотехнологичного протокола CAN и как можно подключаться, исследовать и управлять устройствами подключенными к автомобильной CAN шине.

Чтобы подключить охранный комплекс к цифровому интерфейсу, надо знать место установки микропроцессорного модуля управления сигнализаций. Это устройство устанавливается под приборной комбинацией машины. Возможен монтаж блока за вещевым ящиком или аудиосистемой.

По типу идентификаторов такие устройства делятся на два вида:

  1. CAN2, 0A. Это маркировка интерфейсов, которые могут работать в 11-битном формате передачи информации. Данная разновидность устройств не в состоянии определять ошибки импульсов от блоков, которые работают с 29 бит.
  2. CAN2, 0B. Это маркировка шин, работающих в формате 11 бит. Основная особенность заключается в возможности передачи информации на блоки управления при выявлении 29-битного идентификатора.

В зависимости от области применения, шины разделяются на три класса:

Канал «Diyordie» рассказал о назначении цифрового интерфейса, а также о его разновидностях в автомобиле.

• Возможность работы в режиме жёсткого реального времени.
• Простота реализации и минимальные затраты на использование.
• Высокая устойчивость к помехам.
• Надёжный контроль ошибок передачи и приёма.
• Широкий диапазон скоростей работы.
• Большое распространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных поставщиков.

Задача: Получить доступ к показаниям штатных датчиков автомобиля без установки дополнительных.
Решение: Считывание данных с CAN-шины автомобиля.
  • обороты двигателя;
  • уровень топлива в баке;
  • пробег автомобиля;
  • температура охлаждающей жидкости двигателя ТС;
  • и т.д.
• Что такое CAN-шина?

• Откуда появилась задача считывания данных с CAN-шины?

Задача считывания данных с CAN-шины появилась как следствие задачи оптимизации расходов на эксплуатацию автотранспорта.

Именно таким решением стало получение информации с CAN-шины. Ведь оно имеет целый ряд преимуществ:

1. Экономия на дополнительных устройствах

Не нужно нести значительных расходов на приобретение и установку различных датчиков и устройств.

2. Сохранение гарантии на автомобиль

3. Получение доступа к информации со штатно установленных электронных устройств и датчиков.

• Какие достоинства и недостатки влечет за собой решение со считыванием данных с CAN-шины?

Достоинства:

• Возможность работы в режиме жёсткого реального времени.
• Простота реализации и минимальные затраты на использование.
• Высокая устойчивость к помехам.
• Надёжный контроль ошибок передачи и приёма.
• Широкий диапазон скоростей работы.
• Большое распространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных поставщиков.

Недостатки:

• Максимальная длина сети обратно пропорциональна скорости передачи.
• Большой размер служебных данных в пакете (по отношению к полезным данным).
• Отсутствие единого общепринятого стандарта на протокол высокого уровня.

Пример реализации решения:

  • с первого данные получены так и не были;
  • со второго был получен только пробег;
  • с третьего были получены все интересующие данные (уровень топлива, температура охлаждающей жидкости, обороты двигателя, общий расход, общий пробег).

3. Выбирается стандарт FMS, скорость для большинства автомобилей 250 000.

4. Запускается сканирование.

Чаще всего основной целью клиентов является контроль уровня и расхода топлива.

Источники

Источник — http://autosteam.ru/helpful-info/984-can-shina
Источник — http://quantexlab.com/rus/info/vehiclesys/commsys/canbus/can-shina.html
Источник — http://principraboty.ru/can-shina-princip-raboty/
Источник — http://autodvig.com/electrika/can-shina-eto-65069/
Источник — http://alarmspec.ru/informaciya/can-shina.html
Источник — http://tuningkod.ru/chip-tuning/blok-upravleniya-dvigatelem/can-shina-avtomobilja-svoimi-rukami.html
Источник — http://avtocity365.ru/avtosignalizatsii-i-protivougonnye-sistemy/can-shina-v-avtomobile/
Источник — http://avtobez.com/obsluzhivanie/can-shina-chto-eto-423/
Источник — http://embeddedsystem.ru/index.php?page=can-bus-can-interface
Источник — http://avtozam.com/elektronika/safe/chto-takoe-can-shina/
Источник — http://skysim.ru/can-shina.html

CAN шина в автомобиле: что это такое, принцип работы, как подключить по ней сигнализацию и сделать анализатор своими руками (фото и видео)

CAN-шина — устройство, облегчающее управление машиной за счет обмена информацией с другими системами авто. Передача данных от одного автомобильного блока к другому осуществляется по специальным каналам с использованием шифрования.

Что такое CAN-шина

Устройство и где находится шина

Инструкция по подключению сигнализации по CAN-шине

Признаки и причины

Как сделать анализатор своими руками?

Плюсы и минусы CAN-шин

Видео «Ремонт CAN-интерфейса своими руками»

Комментарии и Отзывы

Что такое CAN-шина

Электронный КАН-интерфейс в авто представляет собой сеть контроллеров, использующихся для объединения всех управляющих модулей в единую систему.

Данный интерфейс представляет собой колодку, с которой можно соединять посредством проводов блоки:

  • противоугонного комплекса, оборудованного функцией автозапуска либо без нее;
  • системы управления мотором машины;
  • антиблокировочного узла;
  • системы безопасности, в частности, подушек;
  • управления автоматической коробкой передач;
  • контрольного щитка и т. д.

Устройство и где находится шина

Конструктивно CAN-шина представляет собой блок, выполненный в пластиковом корпусе, либо разъем для подсоединения кабелей. Цифровой интерфейс состоит из нескольких проводников, которые называются CAN. Для подключения блоков и устройств используется один кабель.

Место монтажа устройства зависит от модели транспортного средства. Обычно этот нюанс указывается в сервисном руководстве. СAN-шина устанавливается в салоне автомобиля, под контрольным щитком, иногда может располагаться в подкапотном пространстве.

Как работает?

Принцип работы автоматической системы заключается в передаче закодированных сообщений. В каждом из них имеется специальный идентификатор, являющийся уникальным. К примеру, «температура силового агрегата составляет 100 градусов» или «скорость движения машины 60 км/ч». При передаче сообщений все электронные модули будут получать соответствующую информацию, которая проверяется идентификаторами. Когда данные, передающиеся между устройствами, имеют отношение к конкретному блоку, то они обрабатываются, если нет — игнорируются.

Длина идентификатора CAN-шины может составить 11 либо 29 бит.

Каждый передатчик информации одновременно выполняет считывание данных, передающихся в интерфейс. Устройство с более низким приоритетом должно отпустить шину, поскольку доминантный уровень с высоким показателем искажает его передачу. Одновременно пакет с повышенным значением остается нетронутым. Передатчик, который потерял связь, спустя определенное время ее восстанавливает.

Интерфейс, подключенный к сигналке или модулю автоматического запуска, может функционировать в разных режимах:

  1. Фоновый, который называется спящим или автономным. Когда он запущен, все основные системы машины отключены. Но при этом на цифровой интерфейс поступает питание от электросети. Величина напряжения минимальная, что позволяет предотвратить разряд аккумуляторной батареи.
  2. Режим запуска или пробуждения. Он начинает функционировать, когда водитель вставляет ключ в замок и проворачивает его для активации зажигания. Если машина оборудована кнопкой Старт/Стоп, это происходит при ее нажатии. Выполняется активация опции стабилизации напряжения. Питание подается на контроллеры и датчики.
  3. Активный. При активации этого режима процедура обмена данными осуществляется между регуляторами и исполнительными устройствами. Параметр напряжения в цепи увеличивается, поскольку интерфейс может потреблять до 85 мА тока.
  4. Деактивация или засыпание. Когда силовой агрегат останавливается, все системы и узлы, подключенные к шине CAN, перестают функционировать. Выполняется их деактивация от электрической сети транспортного средства.

Характеристики

Технические свойства цифрового интерфейса:

  • общее значение скорости передачи информации составляет около 1 Мб/с;
  • при отправке данных между блоками управления различными системами этот показатель уменьшается до 500 кб/с;
  • скорость передачи информации в интерфейсе типа «Комфорт» — всегда 100 кб/с.

Канал «Электротехника и электроника для программистов» рассказал о принципе отправки пакетных данных, а также о характеристиках цифровых адаптеров.

Виды CAN-шин

Условно CAN-шины можно разделить между собой на два типа в соответствии с использующимися идентификаторами:

  1. КАН2, 0А. Так маркируются цифровые устройства, которые могут функционировать в 11-битном формате обмена данными. Этот тип интерфейсов по определению не может выявить ошибки на сигналы от модулей, работающих с 29 бит.
  2. КАН2, 0В. Так маркируются цифровые интерфейсы, функционирующие в 11-битном формате. Но ключевая особенность состоит в том, что данные об ошибках будут передаваться на микропроцессорные устройства, если обнаруживается идентификатор на 29 бит.

CAN-шины могут делиться на три категории в соответствии с видом:

  1. Для силового агрегата автомобиля. Если подключить к нему такой тип интерфейса, это позволит обеспечить быструю связь между управляющими системами по дополнительному каналу. Предназначение шины заключается в синхронизации работы ЭБУ двигателя с другими узлами. Например, коробкой передач, антиблокировочной системой и т. д.
  2. Устройства типа Комфорт. Такая разновидность цифровых интерфейсов используется для соединения всех систем данной категории. К примеру, электронной регулировки зеркал, подогрева сидений и т. д.
  3. Информационно-командные интерфейсы. Имеют аналогичную скорость передачи информации. Используются для обеспечения качественной связи между узлами, необходимыми для обслуживания транспортного средства. К примеру, между электронным блоком управления и навигационной системой или смартфоном.

О принципе действия, а также о разновидностях цифровых интерфейсов рассказал канал «Электротехника и электроника для программистов».

Инструкция по подключению сигнализации по CAN-шине

При монтаже противоугонной системы простой вариант ее соединения с бортовой сетью — связать охранную установку с цифровым интерфейсом. Но такой метод возможен при наличии КАН-шины в автомобиле.

Чтобы произвести установку автосигнализации и подключить ее к CAN-интерфейсу, необходимо знать место монтажа блока управления системой.

Если сигналку ставили специалисты, то надо обратиться за помощью с этим вопросом на СТО. Обычно устройство располагается за приборной панелью автомобиля или под ней. Иногда установщики ставят микропроцессорный модуль в свободное пространство за бардачком или автомагнитолой.

Что понадобится?

Для выполнения задачи потребуется:

  • мультиметр;
  • канцелярский нож;
  • изолента;
  • отвертка.

Пошаговые действия

Процедура подключения противоугонной установки к CAN-шине осуществляется так:

  1. Сначала надо убедиться, что все элементы охранного комплекса установлены и работают. Речь идет о микропроцессорном блоке, антенном модуле, сервисной кнопке, сирене, а также концевых переключателях. Если сигнализация имеет опцию автозапуска, надо убедиться в правильности монтажа этого устройства. Все элементы противоугонной установки подключаются к микропроцессорному блоку.
  2. Выполняется поиск основного проводника, идущего к CAN-шине. Он более толстый и его изоляция обычно окрашена в оранжевый цвет.
  3. Основной блок автосигнализации соединяется с данным контактом. Для выполнения задачи используется разъем цифрового интерфейса.
  4. Производится монтаж блока управления охранной системы, если он не был установлен. Его следует разместить в сухом и недоступном для посторонних глаз месте. После монтажа устройство надо качественно зафиксировать, иначе в процессе движения на него будут оказывать негативное воздействие вибрации. В результате это приведет к быстрой поломке модуля.
  5. Место соединения проводников тщательно изолируется, допускается использование термоусадочных трубок. Рекомендуется дополнительно обмотать изолентой провода. Это позволит увеличить их ресурс эксплуатации и не допустить стирания изоляционного слоя. Когда подключение будет выполнено, осуществляется проверка. Если возникли проблемы в передачи пакетных данных, с помощью мультиметра следует произвести диагностику целостности электроцепей.
  6. На завершающем этапе выполняется настройка всех каналов связи, в том числе дополнительных, если они имеются. Это позволит обеспечить бесперебойную работу охранной системы. Для настройки используется сервисная книжка, входящая в комплектацию противоугонной установки.

Пользователь Sigmax69 рассказал о соединении охранного комплекса с цифровым интерфейсом на примере автомобиля Хендай Солярис 2017.

Неисправности

Поскольку CAN-интерфейс завязан со многими системами автомобиля, при поломке или некорректной работе одного из узлов в нем могут появиться неполадки. Их наличие отразится на функционировании основных агрегатов.

Признаки и причины

О появлении неисправностей могут сообщить такие «симптомы»:

  • на приборной панели загорелись одновременно несколько значков без причины — подушки безопасности, рулевое управление, давление в системе смазки и т. д.;
  • появился световой индикатор Check Engine;
  • на контрольном щитке отсутствует информация о температуре силового агрегата, уровне топлива в баке, скорости т. д.

Причины, по которым могут возникнуть неисправности в работе CAN-интерфейса:

  • обрыв проводки в одной из систем или повреждение электролиний;
  • короткое замыкание в работе агрегатов на батарею или землю;
  • повреждение резиновых перемычек на разъеме;
  • окисление контактов, в результате чего нарушается передача сигнала между системами;
  • разряд АКБ автомобиля либо падение величины напряжения в электросети, что связано с неправильным функционированием генераторной установки;
  • замыкание систем CAN-high либо CAN-low;
  • появление неисправностей в работе катушки зажигания.

Подробнее о поломках цифрового интерфейса и тестировании с использованием компьютера рассказал канал «KV Avtoservis».

Диагностика

Чтобы определить причину появления неполадок, потребуется тестер, рекомендуется использование мультиметра.

  1. Диагностика начинается с поиска проводника витой пары КАН-шины. Кабель имеет черную либо оранжево-серую изоляцию. Первый является доминантным уровнем, а второй — второстепенным.
  2. С помощью мультиметра производится проверка величины напряжения на контактных элементах. При выполнении задачи зажигание нужно включить. Процедура тестирования позволит выявить напряжение в диапазоне от 0 до 11 вольт. На практике это обычно 4,5 В.
  3. Выполняется отключение зажигания. От аккумулятора отсоединяется проводник с отрицательным контактом, предварительно гаечным ключом надо ослабить зажим.
  4. Выполняется измерение параметра сопротивления между проводниками. О замыкании контактов можно узнать, если эта величина стремится к нулю. Когда диагностика показала, что сопротивление бесконечно, то в электролинии имеется обрыв. Проблема может заключаться непосредственно в контакте. Требуется более детально проверить разъем и все провода.
  5. На практике замыкание обычно происходит из-за поломки управляющих устройств. Для поиска вышедшего из строя модуля следует поочередно отключить от питания каждый блок и выполнить проверку величины сопротивления.

Пользователь Филат Огородников рассказал о диагностике КАН-шины с использованием осциллографа.

Как сделать анализатор своими руками?

Самостоятельно выполнить сборку данного устройства сможет только профессионал в области электроники и электротехники.

Основные нюансы процедуры:

  1. В соответствии со схемой на первом фото в галерее надо приобрести все элементы для разработки анализатора. На ней подписаны составляющие детали. Потребуется плата с контроллером STM32F103С8Т6. Понадобится электросхема стабилизированного регуляторного устройства и КАН трансивер МСР2551.
  2. При необходимости в анализатор добавляется блютуз-модуль. Это позволит при эксплуатации девайса записать основную информацию на мобильное устройство.
  3. Процедура программирования выполняется с использованием любой утилиты. Рекомендуется применение программ КАНХакер или Ардуино. Первый вариант более функциональный и имеет опцию фильтрации пакетных данных.
  4. Для осуществления прошивки потребуется преобразовательное устройство USB-TTL, оно понадобится для отладки. Простой вариант — применение ST-Link второй версии.
  5. Загрузив программу на компьютер, основной файл формата ЕХЕ необходимо прошить в контроллер с использованием программатора. После выполнения задачи ставится перемычка бутлоудера, а изготовленное устройство подключается к ПК через USB-выход.
  6. Заливать прошивку в анализатор можно с использованием программного обеспечения MPHIDFlash.
  7. Когда обновление ПО будет завершено, надо отсоединить провод и демонтировать перемычку. Производится установка драйверов. Если устройство собрано верно, то на компьютере оно будет определяться как COM-порт, это можно посмотреть в диспетчере задач.

Фотогалерея

Плюсы и минусы CAN-шин

Преимущества, которыми обладает цифровой интерфейс:

  1. Быстродействие. Устройство может оперативно обмениваться пакетными данными между разными системами.
  2. Высокая устойчивость к воздействию электромагнитных помех.
  3. Все цифровые интерфейсы имеют многоуровневую систему контроля. Благодаря этому можно не допустить появления ошибок при передаче информации и ее приеме.
  4. При работе шина сама раскидывает скорость по каналам в автоматическом режиме. Благодаря этому обеспечивается эффективная работа электронных систем транспортного средства.
  5. Цифровой интерфейс является безопасным. Если к электронным узлам и системам автомобиля кто-то попытается получить незаконный доступ, шина автоматически заблокирует эту попытку.
  6. Наличие цифрового интерфейса позволяет упрощенно произвести монтаж охранной системы на машину с минимальным вмешательством в штатную бортовую сеть.

Минусы, которыми обладает CAN-шина:

  1. Некоторые интерфейсы имеют ограничения по объему информации, которая может передаваться. Этот недостаток будет весомым для современного автомобиля, «напичканного» электроникой. При добавлении дополнительных устройств на шину возлагается более высокая нагрузка. Из-за этого снижается время отклика.
  2. Все пакетные данные, которые передаются по шине, имеют определенное назначение. Для полезной информации отводится минимальная часть трафика.
  3. Если применяется протокол повышенного уровня, это станет причиной отсутствия стандартизации.

Видео «Ремонт CAN-интерфейса своими руками»

Пользователь Roman Brock рассказал о процедуре восстановления шины приборной панели в автомобиле Форд Фокус 2 рестайлинг.

Введение

Беспилотный автомобиль StarLine на платформе Lexus RX 450h — научно-исследовательский проект, стартовавший в 2018 году. Проект открыт для амбициозных специалистов из Open Source Community. Мы предлагаем всем желающим поучаствовать в процессе разработки на уровне кода, опробовать свои алгоритмы на реальном автомобиле, оснащенном дорогостоящим оборудованием. Для управления автомобилем было решено использовать Apollo, открытый фреймворк. Для работы Apollo нам необходимо было подключить набор модулей. Эти модули помогают программе получать информацию об автомобиле и управлять им по заданным алгоритмам.

К таким модулям относятся:

  • модуль позиционирования автомобиля в пространстве с помощью GPS-координат;
  • модуль управления рулем, ускорением и торможением авто;
  • модуль состояния систем автомобиля: скорость, ускорение, положение руля, нажатие на педали и т.д.;
  • модуль получения информации об окружении автомобиля. С этим справятся ультразвуковые датчики, камеры, радары и лидары.

Прежде всего перед нашей командой стояла задача научиться управлять рулем, ускорением и торможением автомобиля. А также получать информацию о состоянии систем автомобиля. Для этого была проведена большая работу по изучению CAN-шины Lexus.

Теоретическая часть

Что такое CAN-шина

В современных автомобилях управление всеми системами взяли на себя электронные блоки (Рис. 1.). Электронные блоки — это специализированные компьютеры, каждый из которых имеет все необходимые интерфейсы для интеграции с автомобилем. С помощью цифровых интерфейсов связи, блоки объединяются в сеть для обмена информацией друг с другом. Самые распространенные цифровые интерфейсы в автомобилях — CAN, LIN, FLEXRay. Из них наибольшее распространение получил именно CAN.

CAN (Controller Area Network) шина — это промышленный стандарт сети. В 1986 году этот стандарт разработали в компании Bosch. А первым автомобилем с CAN-шиной стал Mercedes-Benz W140, выпущенный в 1991 году. Стандарт разрабатывался для возможности устройствам общаться друг с другом без хоста. Обмен информацией осуществляется с помощью специальных сообщений, которые состоят из полей ID, длины сообщения и данных. Каждый блок имеет свой набор ID. При этом приоритет на шине имеет сообщение с меньшим ID. Поле данных может нести информацию, например, о состоянии систем и датчиков, команды управления механизмами и т.д.


Рис. 1. Шина CAN автомобиля.

На физическом уровне шина представляет собой витую пару из медных проводников. Сигнал передается дифференциально, за счет чего достигается высокая помехоустойчивость.


Рис. 2. Физическое представление сигнала в CAN шине

Посредством CAN шины можно получать информацию о состоянии различных датчиков и системах автомобиля. Также по CAN можно управлять узлами автомобиля. Именно эти возможности мы и используем для своего проекта.

Мы выбрали Lexus RX, потому что знали, что сможем управлять всеми необходимыми узлами по CAN. Так как самое сложное при исследовании автомобиля — это закрытые протоколы. Поэтому одной из причин выбора именно этой модели авто стало наличие описания части протокола CAN-шины в opensource-проекте Openpilot.

Правильно управлять автомобилем — означает понимать, как работают механические части систем автомобиля. Нам было необходимо хорошо понимать, как правильно работать с электроусилителем или управлять замедлением автомобиля. Ведь, например, при повороте колеса создают сопротивление на рулевое управление, что вносит свои ограничения на управление при повороте. Некоторые системы невозможно использовать без ввода авто в специальные рабочие режимы. Эти и другие детали нам пришлось изучать в процессе работы.

Электроусилитель руля

Электроусилитель руля EPS (Electric Power Steering) — система, предназначенная снизить усилие на руль при повороте (Рис. 3). Приставка «электро» говорит о типе системы — электрическая. Управление рулем с этой системой становится комфортным, водитель поворачивает руль в нужном направлении, а электродвигатель помогает довернуть его до необходимого угла.

Электроусилитель устанавливается на рулевой вал автомобиля, части которого соединены между собой торсионным валом. На торсионный вал устанавливается датчик величины крутящего момента (Torque Sensor). При вращении руля происходит скручивание торсионного вала, которое регистрируется датчиком момента. Данные, полученные от датчика момента, датчиков скорости и оборотов коленвала, поступают в электронный блок управления ECU. А ECU, в свою очередь, уже вычисляет необходимое компенсационное усилие и подает команду на электродвигатель усилителя.


Рис. 3. Схематичное изображение системы электроусилителя руля

Видео: cистема LKA рулит автомобилем с помощью системы EPS.

Электронная педаль газа

Дроссельная заслонка — это механизм регулировки количества топливной смеси, которая попадет в двигатель. Чем больше смеси попадет, тем быстрее едет автомобиль.
Электронная педаль газа — это система, которая задействует работу нескольких электронных узлов. Сигнал о положении педали, при ее нажатии, поступает в блок управления двигателем ECM (Engine Control Module). ECM, на основе этого сигнала, рассчитывает необходимое количество топлива, которое нужно подать в двигатель. В зависимости от необходимого количества топлива, ECM регулирует угол открытия дроссельной заслонки.


Рис. 4. Система электронной педали газа.

Видео: Для работы круиз-контроля используется управление электронной педалью газа.

Электронные системы помощи водителю

Мы купили автомобиль, который оборудован множеством цифровых блоков и систем помощи водителю (ADAS). В нашем проекте мы используем LKA, ACC и PCS.

LKA (Lane Keep Assist) — это система удержания в полосе, которая состоит из фронтальной камеры и вычислительного блока. LKA удерживает автомобиль в полосе движения, когда водитель, например, отвлекся. Алгоритмы в вычислительном блоке получают данные от камеры и на их основе принимают решение о состоянии автомобиля на дороге. Система способна понимать, что автомобиль неконтролируемо движется к правой или левой полосе. В таких случаях подается звуковой сигнал для привлечения внимания водителя. При пересечении полосы система сама скорректирует угол поворота колес так, чтобы автомобиль остался в полосе движения. Система должна вмешиваться только в том случае, если осознает, что маневр между полосами движения не был вызван действием водителя.

 

ACC (Adaptive Cruise Control) — система адаптивного круиз-контроля, который позволяет выставить заданную скорость следования. Автомобиль сам ускоряется и притормаживает для поддержания нужной скорости, при этом водитель может убрать ногу с педалей газа и тормоза. Этот режим удобно использовать при езде по скоростным магистралям и автострадам. Адаптивный круиз контроль способен видеть препятствия впереди автомобиля и притормаживать для избежания столкновения с ними. Если впереди автомобиля едет другое транспортное средство с меньшей скоростью, ACC сбавит скорость и будет следовать за ним. При обнаружении статичного объекта, ACC сбавит скорость до полной остановки. Для обнаружения объектов перед автомобилем такая система использует радар с миллиметровым диапазоном длин волн. Обычно такие радары работают на частоте 24-72 ГГц и способны уверенно видеть объекты на расстоянии до 300 метров. Радар обычно установлен за передним значком на решетке радиатора.

PCS (Pre-Collision System) — система предотвращения столкновения. Система призвана предотвратить столкновение с автомобилем, который движется впереди. При неизбежности столкновения, система минимизирует урон от столкновения. Здесь так же используются радар для оценки расстояния до объекта и фронтальная камера для его распознавания. Фронт PCS прогнозирует вероятность столкновения на основе скорости автомобиля, расстояния до объекта и его скорости. Обычно у системы есть два этапа срабатывания. Первый этап — система звуком и индикацией на приборной панели оповещает об опасности водителя. Второй этап — активируется экстренное торможение с помощью системы ABS, и включаются преднатяжители ремней безопасности.

Практическая часть

Управление рулем

Первое, что захотелось сделать нашей команде, — это научиться рулить. Рулем в автомобиле могут управлять две системы: парковочный ассистент IPAS (Intelligent Park Assist) и LKA.

IPAS позволяет задавать напрямую угол поворота рулевого колеса в градусах. Так как в нашем автомобиле нет данной системы, проверить и освоить рулевое управление таким способом нельзя.

Поэтому мы изучили электрические схемы автомобиля и поняли, какие CAN-шины могут быть полезны. Мы подключили анализатор CAN-шины. Лог содержит файл записей сообщений в шине в хронологической последовательности. Наша задача была найти команды управления электроусилителем руля EPS (Electric Power Steering). Мы сняли лог поворота рулевого колеса из стороны в сторону, в логе смогли найти показания угла поворота и скорость вращения рулевого колеса. Ниже пример изменения данных в шине CAN. Интересующие нас данные выделены маркером.


Поворот руля влево на 360 градусов


Поворот руля вправо на 270 градусов

Следующим этапом мы исследовали систему удержания в полосе. Для этого мы выехали на тихую улицу и записали логи обмена между блоком удержания в полосе и DSU (Driving Support ECU). С помощью анализатора шины CAN нам удалось вычислить сообщения от системы LKA. На рисунке 6 изображена команда управления EPS.


Рис. 5. Команда управления рулем с помощью системы LKA

LKA управляет рулем путем задания значения момента на валу (STEER_TORQUE_CMD) рулевого колеса. Команду принимает модуль EPS. Каждое сообщение содержит в заголовке значение счетчика (COUNTER), которое инкрементируется при каждой отправке. Поле LKA_STATE содержит информацию о состоянии LKA. Для захвата управления необходимо выставлять бит STEER_REQUEST.

Сообщения, которые отвечают за работу важных систем авто, защищаются контрольной суммой (CHECKSUM) для минимизации рисков ложного срабатывания. Автомобиль проигнорирует такую команду, если сообщение содержит некорректную контрольную сумму или значение счетчика. Это встроенная производителем защита от вмешательств сторонних систем и помех в линии связи.

На графике (Рис. 6.) представлена диаграмма работы LKA. Torque Sensor — значение с датчика момента на торсионном валу. Torque Cmd — команда от LKA для управления рулем. Из картинки видно, как происходит подруливание LKA для удержания автомобиля в полосе. При переходе через ноль меняется направление поворота руля. Т.е. отрицательное значение сигнала говорит о повороте вправо, положительное — влево. Удержание команды в нуле говорит об отсутствии управления со стороны LKA. При вмешательстве водителя, система перестает выдавать управление. О вмешательстве водителя LKA узнает с помощью второго датчика момента на валу со стороны рулевого колеса.


Рис. 6. График работы системы LKA

Нам предстояло проверить работу команды управления рулем. С помощью модуля StarLine Сигма 10 мы подготовили прошивку для проверки управления. StarLine Сигма 10 должен выдавать в CAN-шину команды на поворот руля влево или вправо. На тот момент у нас не было графического интерфейса для управления модулем, поэтому пришлось использовать штатные средства автомобиля. Мы нашли в CAN-шине статус положения рычага круиз-контроля и запрограммировали модуль таким образом, что верхнее положение рычага приводило к повороту руля вправо, нижнее положение — к повороту влево (Рис. 7).


Рис. 7. Первые попытки рулить

На видео видно, что управление осуществляется короткими секциями. Это возникает по нескольким причинам.

Первая из причин — это отсутствие обратной связи. Если расхождение между сигналом Torque Cmd и Torque Sensor превышает определенное значение Δ, система автоматически перестает воспринимать команды (Рис. 8). Мы настроили алгоритм на корректировку выдаваемой команды (Torque CMD) в зависимости от значения момента на валу (Torque Sensor).


Рис. 8. Расхождение сигнала приводит к ошибке работы системы

Следующее ограничение связано с системой защиты встроенной в EPS. Система EPS не позволяет командами от LKA рулить в широком диапазоне. Что вполне логично, т.к. при езде по дороге резкое маневрирование не безопасно. Таким образом, при превышении порогового значения момента на валу, система LKA выдает ошибку и отключается (Рис. 9).


Рис. 9. Превышение порогового значения регулировки момента на валу

Независимо от того, активирована система LKA или нет, сообщения с командами от нее присутствуют в шине постоянно. Мы посылаем модулю EPS команду повернуть колеса с конкретным усилием влево или вправо. А в это время LKA перебивает наши посылки «пустыми» сообщениями. После нашей команды со значением момента, приходит штатная с нулевым (Рис. 10).


Рис. 10. Штатные сообщения приходят с нулевыми значениями момента и перебивают наше управление

Тогда мы, с помощью модуля StarLine Сигма 10, смогли фильтровать весь трафик от LKA и блокировать сообщения с ID 2E4, когда нам это было нужно. Это решило проблему, а нам удалось получить плавное управления рулем (Рис.2, ACCEL_CMD = 1000 (0x03E8).


Рис. 12. Команда управления ускорения/замедления автомобиля

Мы сняли логи со штатной системы ACC и проанализировали команды. Сравнили с имеющимся у нас описанием команд и приступили к тестированию.


Рис. 13. Лог управления ускорением/замедлением системы адаптивного круиз-контроля ACC (выделено маркером)

Здесь не обошлось без трудностей. Мы выехали на дорогу с оживленным трафиком для тестирования команды ускорения. Команды управления ускорением или замедлением автомобиля работают только при активированном круиз контроле, не достаточно активировать его кнопкой. Необходимо найти движущийся впереди автомобиль и включить режим следования за ним.


Рис. 14. Активация круиз контроля происходит при наличии впереди другого траснпортного средства

С помощью модуля StarLine Сигма 10 посылаем команду ускорения, и автомобиль начинает набирать скорость. К этому моменту мы подключили графический интерфейс для управления модулем StarLine Сигма 10. Теперь мы управляем рулем, ускорением и торможением с помощью кнопок в приложении.

Команды работали до тех пор, пока не потеряли автомобиль впереди. Система круиз-контроля отключилась, а следовательно, и команды ускорения перестали работать.
Мы приступили к исследованию возможности использовать команды без активного круиз-контроля. Пришлось много времени потратить на анализ данных в шине CAN, чтобы понять как создать условия для работы команд. Нас интересовало, в первую очередь, какой блок блокирует выполнение команд ACC на ускорение или замедление. Пришлось изучить какие ID идут от DSU, LKA, радара и камеры, подсовывая липовые данные различных датчиков.

Решение пришло спустя 3 недели. К тому времени мы представляли как происходит взаимодействие блоков автомобиля, провели исследование трафика сообщений и выделили группы сообщений, посылаемых каждым блоком. За работу адаптивного круиз-контроля ACC отвечает блок Driving Support ECU (DSU). DSU выдает команды на ускорение и замедление автомобиля, и именно этот блок получает данные от радара миллиметрового диапазона. Радар сообщает DSU на каком расстоянии от машины движется объект, с какой относительной скоростью и определяет его положение по горизонтали (левее, правее или по центру).

Наша идея заключалась в подмене данных радара. Мы сняли лог следования за автомобилем, вытащили из него данные радара в момент следования. Теперь, после включения круиз-контроля, мы посылаем фейковые данные о наличии впереди идущего авто. Получается обманывать наш автомобиль, говоря что впереди движется другое авто на конкретном расстоянии.

a) б)
Рис. 15. Активация круиза: a) попытка активировать без подмены данных радара; б) активация при подмене данных от радара.

Когда запускаем нашу обманку, на приборной панели загорается значок наличия впереди идущего автомобиля. Теперь мы можем тестировать наше управление. Запускаем команду на ускорение, и автомобиль начинает быстро ускоряться.

Как мы уже узнали, команда на ускорение и замедление одна. Поэтому тут же проверили и замедление. Поехали на на скорости с активным круиз-контролем, запустили команду на торможение, и авто сразу же замедлилось.

В итоге сейчас получается разгонять и замедлять автомобиль именно так, как нам было нужно.

Что еще мы используем

Для создания беспилотника необходимо управление вспомогательными системами: поворотниками, стоп-сигналами, аварийной сигнализацией, клаксоном и пр. Всем этим так же можно управлять по CAN шине.

Оборудование и ПО

Для работ с автомобилем сегодня мы используем набор различного оборудования:

  • Анализатор шины Marathon позволяет подключать и читать данные с двух шин одновременно. На сайте производителя анализатора есть бесплатное ПО для анализа логов. Но мы используем ПО, написанное в нашей компании для внутреннего пользования.
  • Модуль StarLine Сигма 10 мы используем как платформу для работы с цифровыми интерфейсами. Модуль поддерживает CAN и LIN интерфейсы. При исследовании автомобиля пишем программы на C, зашиваем их в модуль и проверяем работу. Из модуля можем сделать сниффер трафика CAN-шины. Сниффер нам помогает понять, какие ID идут от блока или блокировать сообщения от штатных систем.
  • Диагностическое оборудование Toyota/Lexus. С помощью этого оборудования можно найти команды управления системами автомобиля: поворотниками, стоп-сигналами, клаксоном, индикацией приборки.

Сегодня ведется активная работа по разработке беспилотного автомобиля, в ближайших планах реализация экстренного торможения перед препятствиями, их объезда и перестраивание маршрута автомобиля в зависимости от дорожной ситуации и указаний водителя.

Беспилотный автомобиль StarLine — это открытая площадка для объединения лучших инженерных умов России и мира с целью создания прогрессивных технологий беспилотного вождения, которые сделают наше будущее безопасным и комфортным.

CAN-шина – это электронное устройство, встроенное в электронную систему автомобиля для контроля технических характеристики и ездовых показателей. Она является обязательным элементом для оснащения автомобиля противоугонной системой, но это лишь малая часть её возможностей.

Что такое CAN шина

CAN-шина – это одно из устройств в электронной автоматике автомобиля, на которое возлагается задача по объединению различных датчиков и процессоров в общую синхронизированную систему. Она обеспечивает сбор и обмен данными, посредством чего в работу различных систем и узлов машины вносятся необходимые корректировки.

Аббревиатура CAN расшифровывается как Controller Area Network, то есть сеть контроллеров. Соответственно, CAN-шина – это устройство, принимающее информацию от устройств и передающее между ними. Данный стандарт был разработан и внедрён более 30 лет назад компанией Robert Bosch GmbH. Сейчас его используются в автомобилестроении, промышленной автоматизации и сфере проектирования объектов, обозначаемых «умными», например, домов.

Как работает CAN шина

Фактически, шина представляет собой компактное устройство со множеством входов для подключения кабелей или разъём, к которому подсоединяются кабели. Принцип её действия заключается в передаче сообщений между разными компонентами электронной системы.

Для передачи разной информации в сообщения включаются идентификаторы. Они уникальны и сообщают, например, что в конкретный момент времени автомобиль едет со скоростью 60 км/ч. Серия сообщения отправляется на все устройства, но благодаря индивидуальным идентификаторам они обрабатывают только те, которые предназначаются именно для них. Идентификаторы CAN-шины могут иметь длину от 11 до 29 бит.

В зависимости от назначения КАН шины разделяются на несколько категорий:

  • Силовые. Они предназначены для синхронизации и обмена данными между электронным блоком двигателя и антиблокировочной системой, коробкой передач, зажиганием, другими рабочими узлами автомобиля.
  • Комфорт. Эти шины обеспечивают совместную работу цифровых интерфейсов, которые не связаны с ходовыми блоками машины, а отвечают за комфорт. Это система подогрева сидений, климат-контроль, регулировка зеркал и т.п.
  • Информационно-командные. Эти модели разработаны для оперативного обмена информацией между узлами, отвечающими за обслуживание авто. Например, навигационной системой, смартфоном и ЭБУ.

Для чего CAN шина в автомобиле

Распространение интерфейса КАН в автомобильной сфере связано с тем, что он выполняет ряд важных функций:

  • упрощает алгоритм подсоединения и функционирования дополнительных систем и приборов;
  • снижает влияние внешних помех на работу электроники;
  • обеспечивает одновременное получение, анализ и передачу информации к устройствам;
  • ускоряет передачу сигналов к механизмам, ходовым узлам и иным устройствам;
  • уменьшает количество необходимых проводов;

В современном автомобиле цифровая шина обеспечивает работу следующих компонентов и систем:

  • центральный монтажный блок и замок зажигания;
  • антиблокировочная система;
  • двигатель и коробка переключения передач;
  • подушки безопасности;
  • рулевой механизм;
  • датчик поворота руля;
  • силовой агрегат;
  • электронные блоки для парковки и блокировки дверей;
  • датчик давления в колёсах;
  • блок управления стеклоочистителями;
  • топливный насос высокого давления;
  • звуковая система;
  • информационно-навигационные модули.

Этот не полный список, так как в него не включаются внешние совместимые приборы, которые тоже можно соединить с шиной. Часто таким образом подключается автомобильная сигнализация. CAN-шина также доступна для подключения внешних устройств для мониторинга рабочих показателей и диагностики на ПК. А при подключении автосигнализации вместе с маяком можно управлять отдельными системами извне, например, со смартфона.

Читайте также: Что такое центральный замок в автомобиле.

Плюсы и минусы CAN шины

Специалисты по автомобильной электронике, высказываясь в пользу использования CAN-интерфейса, отмечают следующие преимущества:

  • простой канал обмена данными;
  • скорость передачи информации;
  • широкая совместимость с рабочими и диагностическими приборами;
  • более простая схема установки автосигнализации;
  • многоуровневый мониторинг и контроль интерфейсов;
  • автоматическое распределение скорости передачи с приоритетом в пользу основных систем и узлов.

Но есть у CAN-шины и функциональные недостатки:

  • при повышенной информационной нагрузке на канал вырастает время отклика, что особенно характерно для работы автомобилей, «напичканных» электронными устройствами;
  • из-за использования протокола высшего уровня встречаются проблемы стандартизации.

Возможные проблемы с CAN шиной

По причине включения во многие функциональные процессы, неполадки в работе CAN-шины проявляются очень быстро. Среди признаков нарушений чаще всего проявляются:

  • индикация вопросительного знака на приборной панели;
  • одновременное свечение нескольких лампочек, например, CHECK ENGINE и ABS;
  • исчезновение показателей уровня топлива, оборотов двигателя, скорости на приборной панели.

Такие проблемы возникают по разным причинам, связанным с питанием или нарушением электроцепи. Это может быть замыкание на массу или аккумулятор, обрыв цепи, повреждение перемычек, падение напряжения из-за проблем с генератором или разряд АКБ.

Первая мера для проверки шины – компьютерная диагностика всех систем. Если она показывает шину, необходимо измерить напряжение на выводах H и L (должно быть

4V) и изучить форму сигнала на осциллографе под зажиганием. Если сигнала нет или он соответствует напряжению сети, налицо замыкание или обрыв.

Ввиду сложности системы и большого количества подключений компьютерную диагностику и устранение неисправностей целесообразно передать в руки специалистов с высококачественным оборудованием.

Читайте также: Что такое адаптивный круиз контроль и для чего он нужен.

http://autodvig.com/electrika/can-shina-eto-65069/
Источник http://habr.com/ru/post/450140/
http://avtonov.com/can-%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0-%D0%B2-%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D0%B5-%D1%87%D1%82%D0%BE-%D1%8D%D1%82%D0%BE-%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5/

что это такое, для чего она нужна, её плюсы и минусы

Can шина автомобиля что это такое

В современных машинах используются электронные блоки управления (ЭБУ, ECU — Electronic Control Unit) для контроля и управления различными системами машины, такими как гидравликой, коробкой передач и двигателем. Аналогично тому, как компьютеры могут быть соединены в одну сеть, блоки управления в машине тоже можно объединить.

Преимущества сетевого соединения:

  • Более чувствительная система управления
  • Получение более полных и надежных данных
  • Обнаружение неисправностей и управление настройками производится средствами программного обеспечения.

Например, ЭБУ двигателя может обмениваться с другими ЭБУ машины по системе сети CAN.

Система CAN: Controller Area Network — сеть контроллеров. CAN разработан компанией Robert Bosch GmbH в середине 1980-х и в настоящее время получил широкое применение в автомобильной, авиационной, тракторостроительной и других видах промышленности.

Электронная система связи CAN, которая объединяет все блоки управления машиной в сеть с общим кабелем(шиной) и состоящая из одной пары проводов, называется шиной CAN. Закодированные данные посылаются от блоков управления на шину CAN.

Рисунок — CAN шина из 4-х блоков управления.

Выше показана шина CAN, состоящая из 4-х блоков управления. На концах общего кабеля (шины) устанавливается согласующие сопротивления (терминаторы, резисторы) Обычно сопротивление каждого резистора составляет 120 Ом. Применение согласующих резисторов на концах системы позволяет избежать отражение сигнала в конце линии тем самым обеспечивая нормальную работу всей CAN сети.

Передача сигналов в шине CAN осуществляется посредством двух скрученных между собой проводов (витая пара, Twisted Pair) Применение витой пары проводов, обусловлено дифференциальной передачей данных и высокой защитой такого решения от внешних помех.

В нашем случае блок №2 отправляет один сигнал по двум витым проводам в шину CAN, причем у этого сигнала будет различное напряжение на каждом проводе витой пары. Другие блоки в сети читают сигнал и определяют какому блоку оно предназначено и какую команду нужно выполнить (Блоки №1 и №4)

Рисунок — Принцип линии CAN

Так происходит передача сигналов по шине CAN. Сами эти сигналы представляют собой «кадры» (сообщения), которые принимаются всеми элементами сети CAN. Полезная информация в кадре состоит из идентификационного поля (идентификатора) длиной 11 бит (стандартный формат) или 29 бит (расширенный формат, надмножество предыдущего) и поля данных длиной от 0 до 8 байт. Идентификационное поле говрит о содержимом пакета и служит для определения приоритета при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми узлами. Также в кадре (сообщении) помимо полезной информации содержится служебная информация. Она представлена полями проверки, полем отзыва и другим полями. В конце кадра содержится «поле конец сообщения»

В шине CAN сообщения от блоков управления должны передаваться в общую шину , то для исключения конфликтов между блоками, каждый узел перед отправкой кадра проверяет сеть на передачу доминантного бита. Устройство передающее доминантный бит считается приоритетным. Таким образом устройство будет дожидаться освобождения линии CAN. С одной стороны такой алгоритм работы повышает быстродействие, но с другой при неправильной работе одного из блоков управления возможна полная «загрузка» CAN шины и невозможность отправки сообщении другими блоками, элементами сети CAN (Линия для них будет всегда занята).

Рисунок —Структура сообщения

Напоследок пример работы:

Переключением кнопки инициируем команду блока управления №1 передачу сообщений в шину CAN. Блок №2 получает сообщение и расшифровав в сообщении что кадр пришел для него с командой включить свет. Подается бортовое напряжение на потребитель.

Рисунок — Принцип коммуникации через CAN

Вот такой принцип работы шины CAN без конкретных углублений. Также стоит отметить, что шина CAN может иметь свои особенности, зависящее от области применения и фирмы производителя. В статье я рассказал о наиболее часто встречающейся шине CAN, которую можно встретить в современных грузовых и легковых автомобилях, тракторах и разнообразной спец технике.

1″ :pagination=»pagination» :callback=»loadData» :options=»paginationOptions»>

Статья написана по материалам сайтов: www.ugona.net, voditeliauto.ru, catterbet.com.

Какие системы входят в современную Can шину автомобиля

  • цифровая шина силового агрегата;
  • электронные блоки управления двигателем и КПП;
  • блоки управления АБС и подушками безопасности;
  • блоки для управления ТНВД и рулевым механизмом;
  • электронный замок зажигания и центральный монтажный блок;
  • датчик для определения угла поворота руля;
  • специальная цифровая шина для системы «Комфорт»;
  • электронные блоки дверей и контроля парковки;
  • блок управления стеклоочистителями и контроля давления в шинах;
  • навигационная и информационная система;
  • звуковая система.

В этот список не ходят внешние системы, которые можно подключать к цифровой шине. На месте таких может быть автосигнализация или дополнительное оборудования подобного типа. Получать информацию с кан шины и следить за тем, как работает анализатор можно при помощи компьютера. Для этого необходима установка дополнительного адаптера. Если к кан-шине подключена сигнализация и дополнительно маяк, то можно управлять некоторыми системами автомобиля, используя для этого мобильный телефон.

Не каждая сигнализация имеет возможность подключения к цифровой шине. Если владелец автомобиля хочет, чтобы его автосигнализация имела дополнительный возможности, а он постоянно мог управлять системами своего автомобиля на расстоянии, стоит задуматься о покупке более дорогого и современного варианта охранной системы. Такая сигнализация легко подключается к проводу кан шины и работает очень эффективно.

Плюсы и минусы CAN-шин

Преимущества, которыми обладает цифровой интерфейс:

  1. Быстродействие. Устройство может оперативно обмениваться пакетными данными между разными системами.
  2. Высокая устойчивость к воздействию электромагнитных помех.
  3. Все цифровые интерфейсы имеют многоуровневую систему контроля. Благодаря этому можно не допустить появления ошибок при передаче информации и ее приеме.
  4. При работе шина сама раскидывает скорость по каналам в автоматическом режиме. Благодаря этому обеспечивается эффективная работа электронных систем транспортного средства.
  5. Цифровой интерфейс является безопасным. Если к электронным узлам и системам автомобиля кто-то попытается получить незаконный доступ, шина автоматически заблокирует эту попытку.
  6. Наличие цифрового интерфейса позволяет упрощенно произвести монтаж охранной системы на машину с минимальным вмешательством в штатную бортовую сеть.

Минусы, которыми обладает CAN-шина:

  1. Некоторые интерфейсы имеют ограничения по объему информации, которая может передаваться. Этот недостаток будет весомым для современного автомобиля, «напичканного» электроникой. При добавлении дополнительных устройств на шину возлагается более высокая нагрузка. Из-за этого снижается время отклика.
  2. Все пакетные данные, которые передаются по шине, имеют определенное назначение. Для полезной информации отводится минимальная часть трафика.
  3. Если применяется протокол повышенного уровня, это станет причиной отсутствия стандартизации.

1 О принципе работы сетевого интерфейса CAN-шина

Кан-шина в автомобиле предназначена для обеспечения подключения любых электронных устройств, которые способны передавать и получать определенную информацию. Таким образом, данные о техническом состоянии систем и управляющие сигналы проходят по витой паре в цифровом формате. Такая схема позволила снизить негативное влияние внешних электромагнитных полей и существенно увеличить скорость передачи данных по протоколу (правила, по которым блоки управления различными системами способны обмениваться информацией).

Кроме того, диагностика ЭБУ различных систем автомобиля своими руками стала проще. За счет применения подобной системы в составе бортовой сети автомобиля высвободилось определенное количество проводников, которые способны обеспечивать связь по различным протоколам, например, между блоком управления двигателем и диагностическим оборудованием, системой сигнализации. Именно наличие Кан-шины в автомобиле позволяет владельцу своими руками выявлять неисправности контроллеров и ошибки с помощью специального диагностического оборудования.

Кан-шина в автомобиле

CAN-шина – это специальная сеть, с помощью которой осуществляется передача и обмен данными между различными узлами управления. Каждый из узлов состоит из микропроцессора (CPU) и CAN-контроллера, с помощью которого реализуется исполняемый протокол и обеспечивается взаимодействие с сетью автомобиля. Шина Кан имеет минимум две пары проводов – CAN_L и CAN_H, по которым и передаются сигналы посредством трансиверов – приемо-передатчиков, способных усиливать сигнал от управляющих устройств сети. Кроме того, трансиверы выполняют и такие функции как:

  • регулировка скорости передачи данных посредством усиления или уменьшения подачи тока;
  • ограничение тока для предотвращения повреждения датчика или замыкания линий передачи;
  • тепловая защита.

На сегодняшний день признаны два вида трансиверов – High Speed и Fault Tolerant. Первый тип наиболее распространен и соответствует стандарту (ISO 11898-2), он позволяет передавать данные со скоростью до 1МБ в секунду. Второй тип приемопередатчиков позволяет создать энергосберегающую сеть, со скоростью передачи до 120 Кб/сек, при этом подобные передатчики не имеют чувствительности к каким-либо повреждениям на самой шине.

Можно ли сделать анализатор своими руками?

Для выполнения этой задачи автовладелец должен иметь профессиональные навыки в области электроники:

  1. Сборка устройства производится по схеме, представленной на первом фото в галерее. Предварительно нужно купить все детали, необходимые для изготовления. Основным компонентов является плата STM32F103С8Т6, оснащенная контроллером. Также потребуется электрическая схема стабилизатора и CAN-трнасивер. Можно использовать устройство МСР2551 или другой аналог.
  2. Если требуется сделать анализатор более технологичным, в него можно добавить модуль Bluetooth. Благодаря этому автовладелец может сохранять важную информацию в память смартфона.
  3. Для программирования анализатора используется любое подходящее для этого программное обеспечение. Согласно отзывам, оптимальный вариант — утилиты Arduino или CANHacker. Во второй утилите есть больше опций и имеется функция фильтрации информации.
  4. Чтобы произвести прошивку, понадобится преобразователь USB-TTL. Это устройство требуется для отладки, при его отсутствии можно использовать ST-Link.
  5. После загрузки утилиты на компьютер основной файл с расширением ЕХЕ прошивается в блок с применением программатора. Если процедура выполнена успешно, то надо дополнительно установить перемычку на Bootloader. Собранное устройство надо синхронизировать с компьютером, используя USB-провод.
  6. Следующим этапом будет добавление прошивки в анализатор. Для выполнения задачи потребуется утилита MPHIDFlash.
  7. После успешного обновления программы кабель от компьютера отключается и снимается перемычка. Выполняется установка драйверов. Если сборка выполнена корректно, то при подключении к ПК анализатор будет определяться в качестве СОМ-порта.

Фотогалерея

Фото схем для самостоятельного изготовления анализатора приведены в этом разделе.

Общая схема для сборки анализаторного устройства

Плата, использующаяся в качестве основы

3 Кан-интерфейс и диагностика системы

Системы управления CAN имеют не только различное нагрузочное сопротивление, но и разную скорость передачи сообщений. Этот факт усложняет обработку однотипных сообщений внутри бортовой сети. Для упрощения диагностики на современных автомобилях используется межсетевой интерфейс (преобразователь сопротивления), который либо выполнен в качестве отдельного управляющего блока, либо встроен в ЭБУ двигателя автомобиля.

ЭБУ двигателя с межсетевым интерфейсом

Подобный преобразователь также предназначен для ввода или вывода определенной диагностической информации по проводу «К»-линия, который подключается во время диагностики или изменения параметров работы сети либо в диагностический разъем либо непосредственно к преобразователю.

Таким образом, при проведении диагностических работ своими руками используется унифицированный разъем типа OBD1 или OBD2, который можно встретить на большинстве современных иномарок и отечественных автомобилей. Однако, некоторые модели автомобилей, например Volkswagen Golf 5V, Audi S4, не имеют межсетевого интерфейса. Кроме того, схема блоков управления и CAN-шины индивидуальна для каждой марки и модели авто. Для того, чтобы провести диагностику CAN-системы своими руками, используется специальная аппаратура, которая состоит из осциллографа, анализатора CAN и цифрового мультиметра.

Работы по выявлению неисправностей начинаются со снятия напряжения сети (снятие минусовой клеммы АКБ). Далее определяется изменение сопротивления между проводами шины. Самыми распространенными видами неисправности Кан-шины в автомобиле является замыкание или обрыв линии, выход из строя резисторов нагрузки и снижение уровня передачи сообщений между элементами сети. В некоторых случаях без применения анализатора Can выявить неисправность не получается.

Микроконтроллеры с CAN-модулем

Одним из факторов, обеспечивших популярность CAN, является богатый выбор и доступная цена элементной базы различных производителей — Infineon, Motorola, Microchip, Philips и др.

В данной статье упор сделан на элементную базу Infineon. Такое решение основано, в частности, на результатах опроса, проводимого на сайте Keil Software (www.keil.com) для микроконтроллерных платформ 8051/251/С166. На вопрос, какой микроконтроллер со встроенным CAN вы используете, по выборке из 2111 респондентов ответы распределились согласно табл. 1.

Таблица 1. Результаты опроса: «Какой микроконтроллер со встроенным CAN вы используете?»

Результат Фирма Тип микроконтроллера
18% Infineon C505C/C515C
28% Infineon C16x
13% Dallas DS80C390
13% Philips 591/592/598
22% Atmel/Temic T89C51CC01
6% ST Micro ST10

Фирма Infineon выпускает продукты во всех классах цена/производительность. В настоящее время доступны как 8-разрядные контроллеры C505CA, C515C, так и 16-разрядные: C161CS, C164CI, C167CR, 167CS (табл. 2). Самым дешевым кристаллом с CAN является C505CA. МК C161CS и C167СS содержат два CAN-модуля. Самый мощный и дорогой микроконтроллер TriCore TC1775 также содержит реконфигурируемый модуль TwinCAN с двумя модулями CAN на 32 сообщения. TriCore — это первый 32-разрядный микроконтроллер Infineon с архитектурой DSP, оптимизированный для встроенных приложений реального времени, который заменяет собой МК, процессор DSP и заказную микросхему ASIC.Встроенный модуль соответствует спецификации CAN V2.0 B active и содержит память на 15 сообщений для приема/передачи с собственными идентификаторами, битами состояния и управления. Кроме того, он содержит регистры маски для фильтрации входящих сообщений и оснащен двумя приемными буферами. Встроенный модуль CAN позволяет строить системы с разнообразными задачами, используя минимальное количество микросхем внешнего интерфейса. Подключение любого из микроконтроллеров Infineon к CAN-шине осуществляется по одним и тем же принципам. Пример соединения C167CR с CAN-шиной представлен на рис. 7.

Таблица 2. CAN-микроконтроллеры фирмы Infineon

Тип Версия CAN Кол-во сообщ. CAN-модуль Корпус Примечание
С505СА V2.0 B 15 1 x CAN MQFP-44 8 bit MC
С151С V2.0 B 15 1 x CAN MQFP-80 8 bit MC
С161СS V2.0 B 30 2 x CAN TQFP-128 16 bit MC
C164CI V2.0 B 15 1 x CAN MQFP-80 16 bit MC
C167CR V2.0 B 15 1 x CAN MQFP-144 16 bit MC
C167CS V2.0 B 30 2 x CAN MQFP-144 16 bit MC
TC1775 V2.0 B 32 TwinCAN BGA-329 32 bit MC
SAE81C90 V2.0 A 16 1 x CAN PLCC-44 Stand Alone
SAE81C91 V2.0 A 16 1 x CAN PLCC-28 Stand Alone
SAK82C900 V2.0 B 32 TwinCAN P-DSO-28 Stand Alone

Кроме того, следует сказать также несколько слов о МК фирмы Philips — одного из родоначальников элементной базы CAN. На смену устаревшему автономному CAN-контроллеру Philips PCA82C200 пришел полностью совместимый с ним контроллер SJA1000, работающий со стандартом CAN V2.0 B. Необходимо отметить, что PCA82C200 поддерживает только стандарт CAN V2.0 A и способен передавать и принимать только стандартный CAN-протокол, то есть при приеме расширенного кадра он генерирует ошибку и может разрушить всю сеть. В SJA1000 за счет поддержки стандарта PeliCAN (чтение и запись счетчиков ошибок, программирование их количественного порога) значительно расширены возможности по управлению CAN.

Рис. 7. Пример соединения МК С167CR c CAN-шиной

В результате объединения SJA1000 с ядром XA появился 16-разрядный МК XAC3 с интегрированным CAN-интерфейсом

Совместимый с 8051 режим микроконтроллера Philips XA позволяет осуществить простой переход от 8-разрядной архитектуры 8051 к 16-разрядной, что особенно важно для сохранения преемственности программного обеспечения. Среди 8-разрядных МК следует отметить также Philips P80C592, P8xC591 и 8xCE598

Motorola тоже предлагает широкий спектр микроконтроллеров с интегрированным CAN-модулем: от самых дешевых 8-разрядных МК 68HC05X до 32-разрядного Power PC MPC555 с дуальным CAN V2.0 B.

Что такое CAN-шина

Электронный КАН-интерфейс в авто представляет собой сеть контроллеров, использующихся для объединения всех управляющих модулей в единую систему.

Данный интерфейс представляет собой колодку, с которой можно соединять посредством проводов блоки:

  • противоугонного комплекса, оборудованного функцией автозапуска либо без нее;
  • системы управления мотором машины;
  • антиблокировочного узла;
  • системы безопасности, в частности, подушек;
  • управления автоматической коробкой передач;
  • контрольного щитка и т. д.

Устройство и где находится шина

Конструктивно CAN-шина представляет собой блок, выполненный в пластиковом корпусе, либо разъем для подсоединения кабелей. Цифровой интерфейс состоит из нескольких проводников, которые называются CAN. Для подключения блоков и устройств используется один кабель.

Место монтажа устройства зависит от модели транспортного средства. Обычно этот нюанс указывается в сервисном руководстве. СAN-шина устанавливается в салоне автомобиля, под контрольным щитком, иногда может располагаться в подкапотном пространстве.

Как работает?

Принцип работы автоматической системы заключается в передаче закодированных сообщений. В каждом из них имеется специальный идентификатор, являющийся уникальным. К примеру, «температура силового агрегата составляет 100 градусов» или «скорость движения машины 60 км/ч». При передаче сообщений все электронные модули будут получать соответствующую информацию, которая проверяется идентификаторами. Когда данные, передающиеся между устройствами, имеют отношение к конкретному блоку, то они обрабатываются, если нет — игнорируются.

Длина идентификатора CAN-шины может составить 11 либо 29 бит.

Каждый передатчик информации одновременно выполняет считывание данных, передающихся в интерфейс. Устройство с более низким приоритетом должно отпустить шину, поскольку доминантный уровень с высоким показателем искажает его передачу. Одновременно пакет с повышенным значением остается нетронутым. Передатчик, который потерял связь, спустя определенное время ее восстанавливает.

Интерфейс, подключенный к сигналке или модулю автоматического запуска, может функционировать в разных режимах:

  1. Фоновый, который называется спящим или автономным. Когда он запущен, все основные системы машины отключены. Но при этом на цифровой интерфейс поступает питание от электросети. Величина напряжения минимальная, что позволяет предотвратить разряд аккумуляторной батареи.
  2. Режим запуска или пробуждения. Он начинает функционировать, когда водитель вставляет ключ в замок и проворачивает его для активации зажигания. Если машина оборудована кнопкой Старт/Стоп, это происходит при ее нажатии. Выполняется активация опции стабилизации напряжения. Питание подается на контроллеры и датчики.
  3. Активный. При активации этого режима процедура обмена данными осуществляется между регуляторами и исполнительными устройствами. Параметр напряжения в цепи увеличивается, поскольку интерфейс может потреблять до 85 мА тока.
  4. Деактивация или засыпание. Когда силовой агрегат останавливается, все системы и узлы, подключенные к шине CAN, перестают функционировать. Выполняется их деактивация от электрической сети транспортного средства.

Характеристики

Технические свойства цифрового интерфейса:

  • общее значение скорости передачи информации составляет около 1 Мб/с;
  • при отправке данных между блоками управления различными системами этот показатель уменьшается до 500 кб/с;
  • скорость передачи информации в интерфейсе типа «Комфорт» — всегда 100 кб/с.

Канал «Электротехника и электроника для программистов» рассказал о принципе отправки пакетных данных, а также о характеристиках цифровых адаптеров.

Возможные проблемы с CAN шиной

По причине включения во многие функциональные процессы, неполадки в работе CAN-шины проявляются очень быстро. Среди признаков нарушений чаще всего проявляются:

  • индикация вопросительного знака на приборной панели;
  • одновременное свечение нескольких лампочек, например, CHECK ENGINE и ABS;
  • исчезновение показателей уровня топлива, оборотов двигателя, скорости на приборной панели.

Такие проблемы возникают по разным причинам, связанным с питанием или нарушением электроцепи. Это может быть замыкание на массу или аккумулятор, обрыв цепи, повреждение перемычек, падение напряжения из-за проблем с генератором или разряд АКБ.

Первая мера для проверки шины – компьютерная диагностика всех систем. Если она показывает шину, необходимо измерить напряжение на выводах H и L (должно быть

4V) и изучить форму сигнала на осциллографе под зажиганием. Если сигнала нет или он соответствует напряжению сети, налицо замыкание или обрыв.

Ввиду сложности системы и большого количества подключений компьютерную диагностику и устранение неисправностей целесообразно передать в руки специалистов с высококачественным оборудованием.

Источник avtonov.com

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).

Важные показатели работы сигнализации на базе CAN-шины

Самые жаркие споры вызывает возможность таких автосигнализаций на дальность работы радиоканала. Это не удивляет: параметр связи напрямую зависит от чистоты эфира в конкретном месте и такой же момент времени.

Очень важным параметром здесь является и ток, который потребляет сигнализация. Дело в том, что в современных машинах, напичканных электроникой, за энергопотреблением призваны следить именно бортовые компьютеры, в которых электроника никогда не выключается. Именно по уровню потребления процессор отслеживает, в каком режиме находится система и все ли у нее нормально. Если вдруг потребление в каком-то из режимов оказывается больше штатного, то поступит сигнал о неисправности в связи с этим чем ниже потребление у охранного комплекса, тем лучше.

В современных моделях машин идет постоянная борьба за полезное пространство в салоне по отношению к общему объему автомобиля при одновременном увеличении «начинки». Очевидно, что размер также имеет значение: чем проще спрятан базовый блок, тем надежнее будет охрана. А маленький размер радиомодуля совершенно не будет мешаться на лобовом стекле

Важно оценить размер и форму брелока это важный параметр для простого пользователя. А элементарная база и применяемые процессоры помогут рассказать об актуальности начинки и возможности ее модернизации на базе существующей системы

Передача сигналов

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.

Что такое CAN-шина и принцип ее работы

КАН-шина представляет собой сеть контроллеров. Устройство используется для объединения всех управляющих модулей автомобиля в одну рабочую сеть с общим проводом. Этот девайс состоит из одной пары кабелей, которая называется CAN. Информация, передающаяся по каналам из одного модуля на другой, отправляется в закодированном виде.

Схема подключения устройств к CAN-шине в Мерседесе

Какие функции может выполнять CAN-шина:

  • подключение к автомобильной бортовой сети любых девайсов и устройств;
  • упрощение алгоритма подсоединения и функционирования вспомогательных систем машины;
  • блок может одновременно получать и передавать цифровые данные из разных источников;
  • использование шины снижает воздействие внешних электромагнитных полей на функционирование основных и вспомогательных систем машины;
  • CAN-шина позволяет ускорить процедуру передачи информации к определенным устройствам и узлам автомобиля.

Эта система работает в нескольких режимах:

  1. Фоновый. Все устройства отключены, но на шину подается питание. Величина напряжения слишком мала, поэтому разрядить аккумуляторную батарею шина не сможет.
  2. Режим запуска. Когда автолюбитель вставляет ключ в замок и проворачивает его либо жмет кнопку Старта, происходит активация устройства. Включается опция стабилизации питания, которое подается на контроллеры и датчики.
  3. Активный режим. В этом случае между всеми контроллерами и датчиками происходит обмен данными. При работе в активном режиме параметр потребления энергии может быть увеличен до 85 мА.
  4. Режим засыпания или отключения. При глушении силового агрегата контроллеры КАН перестают функционировать. При включении режима засыпания все узлы машины отключаются от бортовой сети.

Канал Виалон СУшка в своем видео рассказал о КАН-шине и что надо знать про ее эксплуатацию.

Плюсы и минусы

Какими преимуществами обладает КАН-шина:

  1. Простота установки устройства в автомобиль. Владельцу машины не придется тратиться на монтаж, поскольку выполнить эту задачу можно самостоятельно.
  2. Быстродействие устройства. Девайс позволяет быстро обмениваться информацией между системами.
  3. Устойчивость к воздействию помех.
  4. Все шины обладают многоуровневой системой контроля. Ее использование дает возможность предотвратить появление ошибок при передаче и приеме данных.
  5. В процессе функционирования шина автоматически разбрасывает скорость по разным каналам. Это позволяет обеспечить оптимальную работу всех систем.
  6. Высокая безопасность устройства, при надобности система блокирует несанкционированный доступ.
  7. Большой выбор устройств различных типов от разных производителей. Можно подобрать вариант, предназначенный для конкретной модели авто.

Какие недостатки характерны для устройства:

  1. В девайсах бывают ограничения по объему передаваемых данных. В современных автомобилях используется множество электронных девайсов. Их большое количество приводит к высокой загруженности канала передачи информации. Это становится причиной увеличения времени отклика.
  2. Большая часть отправляющихся по шине данных обладает конкретным назначением. На полезную информацию отводится маленькая часть трафика.
  3. При использовании протокола высшего уровня автовладелец может столкнуться с проблемой отсутствия стандартизации.

Инструкция по подключению сигнализации по CAN-шине

При монтаже противоугонной системы простой вариант ее соединения с бортовой сетью — связать охранную установку с цифровым интерфейсом. Но такой метод возможен при наличии КАН-шины в автомобиле.

Чтобы произвести установку автосигнализации и подключить ее к CAN-интерфейсу, необходимо знать место монтажа блока управления системой.

Если сигналку ставили специалисты, то надо обратиться за помощью с этим вопросом на СТО. Обычно устройство располагается за приборной панелью автомобиля или под ней. Иногда установщики ставят микропроцессорный модуль в свободное пространство за бардачком или автомагнитолой.

Для выполнения задачи потребуется:

  • мультиметр;
  • канцелярский нож;
  • изолента;
  • отвертка.

Пошаговые действия

Процедура подключения противоугонной установки к CAN-шине осуществляется так:

  1. Сначала надо убедиться, что все элементы охранного комплекса установлены и работают. Речь идет о микропроцессорном блоке, антенном модуле, сервисной кнопке, сирене, а также концевых переключателях. Если сигнализация имеет опцию автозапуска, надо убедиться в правильности монтажа этого устройства. Все элементы противоугонной установки подключаются к микропроцессорному блоку.
  2. Выполняется поиск основного проводника, идущего к CAN-шине. Он более толстый и его изоляция обычно окрашена в оранжевый цвет.
  3. Основной блок автосигнализации соединяется с данным контактом. Для выполнения задачи используется разъем цифрового интерфейса.
  4. Производится монтаж блока управления охранной системы, если он не был установлен. Его следует разместить в сухом и недоступном для посторонних глаз месте. После монтажа устройство надо качественно зафиксировать, иначе в процессе движения на него будут оказывать негативное воздействие вибрации. В результате это приведет к быстрой поломке модуля.
  5. Место соединения проводников тщательно изолируется, допускается использование термоусадочных трубок. Рекомендуется дополнительно обмотать изолентой провода. Это позволит увеличить их ресурс эксплуатации и не допустить стирания изоляционного слоя. Когда подключение будет выполнено, осуществляется проверка. Если возникли проблемы в передачи пакетных данных, с помощью мультиметра следует произвести диагностику целостности электроцепей.
  6. На завершающем этапе выполняется настройка всех каналов связи, в том числе дополнительных, если они имеются. Это позволит обеспечить бесперебойную работу охранной системы. Для настройки используется сервисная книжка, входящая в комплектацию противоугонной установки.

Пользователь Sigmax69 рассказал о соединении охранного комплекса с цифровым интерфейсом на примере автомобиля Хендай Солярис 2017.

Что такое шина CAN?



Шина CAN — это автомобильная шина, разработанная Робертом Бошем, которая быстро завоевала признание в автомобильной и аэрокосмической промышленности. CAN — это протокол последовательной шины для подключения отдельных систем и датчиков в качестве альтернативы традиционным многопроводным линиям. Он позволяет автомобильным компонентам обмениваться данными по однопроводной или двухпроводной сетевой шине данных со скоростью до 1 Мбит/с.

Перед шиной CAN

С начала 1940-х годов автопроизводители постоянно совершенствовали технологии своих автомобилей, интегрируя в них все большее количество электронных компонентов. По мере развития технологий автомобили становились все более сложными, поскольку электронные компоненты заменяли механические системы и обеспечивали дополнительный комфорт, удобство и безопасность. Вплоть до выпуска CAN-шины автомобили содержали огромное количество проводов, которые были необходимы для соединения всех различных электронных компонентов.


Из-за большого количества проводки послепродажная установка требует от установщика не только понимания того, как интегрированные системы взаимодействуют друг с другом, но также требует выполнения многочисленных подключений по всему автомобилю. Что еще хуже, проводка автомобиля различается в зависимости от года выпуска, марки и даже модели. В результате установщики должны быть хорошо осведомлены и выполнять интенсивную работу для самого тривиального послепродажного оборудования, или мастерская по установке теряет бесчисленные часы потерянного времени на устранение неполадок, а иногда даже на дорогостоящие претензии в отношении поврежденного OEM-оборудования.В ходе этого прогресса монтажным мастерским все труднее было найти квалифицированный персонал, способный выполнять повседневную установку, и в результате им пришлось либо повышать цены, чтобы компенсировать требуемую специализацию и труд, либо просто отказываться от клиентов, владеющих сложными транспортными средствами.


Представляем шину CAN

Купе BMW 850 было первым автомобилем с шиной CAN, появившимся на рынке в 1986 году.За счет уменьшения длины проводки автомобиля на 2 км общий вес автомобиля был значительно снижен как минимум на 50 кг и с использованием только половины разъемов. Впервые каждая из систем и датчиков транспортного средства могла обмениваться данными на очень высоких скоростях (от 25 кбит/с до 1 Мбит/с) по одно- или двухпроводной линии связи, в отличие от предыдущих многопроводных линий связи. Однако внедрение CAN-шины также увеличило сложность транспортных средств и сделало послепродажную установку еще более сложной, а во многих случаях невозможной.


В 2006 году более 70% всех автомобилей, продаваемых в Северной Америке, будут использовать технологию шины CAN. Начиная с 2008 года Общество автомобильных инженеров (SAE) требует, чтобы 100% автомобилей, продаваемых в США, использовали протокол связи CAN Bus, в то время как в Европейском Союзе действуют аналогичные законы. На рынок было представлено несколько новых устройств вторичного рынка, которые используют протокол CAN-шины, но до сих пор не было новых устройств, которые помогали бы стареющим технологиям удаленного запуска и системы сигнализации.Теперь есть модуль вторичного рынка, который предлагает удаленный запуск и подключение сигнализации к протоколу связи CAN Bus.


CAN SL — это первый послепродажный комплект обхода шины CAN, предлагающий подключение устаревших устройств дистанционного пуска и сигнализации к новому высокоскоростному протоколу связи шины CAN.



Введение в шину CAN: как программно управлять автомобилем | Ариэль Нуньес

Взлом

Voyage Ford Fusion для изменения температуры кондиционера Как мы можем позволить приложению управлять ключевыми функциями автомобиля?

Недавно я сотрудничал со своими друзьями по телефону Voyage , чтобы обеспечить программное управление системами кондиционирования в Ford Fusion. Voyage работает над достижением конечной цели беспилотных автомобилей: мир, в котором каждый и где угодно может вызвать автомобиль прямо к своему порогу, безопасно добраться до места назначения, и все это по чрезвычайно низкой цене. Для Voyage крайне важно, чтобы они предоставили своим гонщикам доступ к управлению ключевыми функциями автомобиля с заднего сиденья, поскольку не за горами день, когда за них не будет водителя-человека.

Современный автомобиль имеет тонны систем управления, функционирующих во многом подобно микросервисам в веб-разработке. Подумайте о подушках безопасности, торможении, круиз-контроле, электроусилителе руля, аудиосистемах, электрических стеклоподъемниках, дверях, регулировке зеркал, аккумуляторах и системах подзарядки для электромобилей. Эти системы должны иметь возможность обмениваться данными и считывать состояние друг друга. В 1983 году команда Bosch начала разработку шины CAN (локальная сеть контроллеров) для решения этой сложной проблемы.

Думайте о шине CAN как о простой сети, в которой любая система в автомобиле может прослушивать и отправлять команды. Он объединяет все эти сложные компоненты элегантным образом, обеспечивая многие современные функции, которые мы все так любим сегодня в автомобилях.

BMW 8-й серии 1988 года — первый автомобиль, использующий шину CAN

Поскольку темпы развития беспилотных автомобилей резко возросли, слово «шина CAN» стало популярным. Почему? Большинство компаний, производящих беспилотные автомобили, не создают свои собственные автомобили с нуля, и им необходимо найти способы программного управления автомобилем постфактум.

Путем обратного проектирования шины CAN автомобиля инженер может отдавать команды автомобилю с помощью программного обеспечения. Самые необходимые команды, как вы понимаете, это рулевое управление (угол), ускорение и торможение.

Знакомство с лидаром

Используя такие датчики, как лидар (зрение), автомобиль может видеть мир как сверхчеловек. ПК внутри автомобиля может затем принимать решения о передаче команд на шину CAN для управления, ускорения, торможения и т. д.

Не каждый автомобиль готов стать самоуправляемым, и Voyage не зря выбрал Ford Fusion (управление по проводам!). Вы можете прочитать больше на эту тему ниже.

Шина CAN

CAN является стандартом для легковых и легких грузовиков США с 1994 г., но не стал обязательным до 2008 г. (2001 г. для европейских автомобилей).Он работает на двух проводах: CAN high (CANH) и CAN low (CANL). CAN использует дифференциальную сигнализацию , что означает, что при поступлении сигнала CAN повышает напряжение на одной линии и понижает другую линию на такую ​​же величину. Дифференциальная сигнализация используется в средах, которые должны быть отказоустойчивыми к шуму, например, в автомобильных системах и на производстве.

Необработанный сигнал CAN, видимый на осциллографе

Тем не менее, пакеты, передаваемые по шине CAN, не стандартизированы. Каждый пакет шины CAN содержит четыре ключевых элемента:

  • Идентификатор арбитража Идентификатор арбитража — это широковещательное сообщение, которое идентифицирует идентификатор устройства, пытающегося установить связь, хотя любое устройство может отправлять несколько идентификаторов арбитража.Если по шине одновременно отправляются два CAN-пакета, выигрывает тот, у которого меньший Arbitration ID.
  • Расширение идентификатора (IDE) Этот бит всегда равен или для стандартного CAN.
  • Код длины данных (DLC) Это размер данных, который находится в диапазоне от 0 до 8 байтов.
  • Данные Это сами данные. Максимальный размер данных, переносимых стандартным пакетом CAN-шины, может составлять до 8 байтов, но некоторые системы принудительно устанавливают 8 байтов, дополняя пакет.

Рамки CAN

Чтобы включить и выключить кондиционер, нам нужно найти нужную шину CAN (в автомобиле их может быть несколько) . Ford Fusion имеет как минимум 4 задокументированных шины, 3 из них работают на скорости 500 кбит/с (высокоскоростной CAN) и один на 125 кбит/с (среднескоростной CAN).

Порт OBD-II предоставляет доступ к двум из этих шин: HS1 и HS2, но в этом автомобиле они защищены брандмауэром и не позволяют подделывать команды. С помощью Алана из Voyage мы вывернули проблему (и порт OBD-II) наизнанку и нашли открытый доступ к HS1, HS2, HS3 и MS.Решение было найдено на обратной стороне порта OBD-II, через который все эти шины поступают на устройство, называемое модулем шлюза.

Homer, первое такси Voyage

Поскольку кондиционер можно модифицировать через автомобильный медиа-интерфейс (SYNC), мы сразу выбрали шину MS.

Но как заставить наш компьютер читать и записывать пакеты CAN? Ответ: SocketCAN, набор драйверов CAN с открытым исходным кодом и сетевой стек, предоставленный Volkswagen Research для ядра Linux.

Мы можем подключить 3 провода от автомобиля, GND, MSCANH, MSCANL к Kvaser Leaf Light HSv2 (300 долларов на Amazon) или к CANable (25 долларов на Tindie) и получить компьютер с последним ядром Linux для загрузки CAN-шины как сетевое устройство.

 modprobe can 
modprobe kvaser_usb
ip link set can0 type can bitrate 1250000
ifconfig can0 up

После того, как он загружен, мы можем использовать candump can0 и начать смотреть на трафик:

 can0 30A 30A 384 can0 00 00 00 00 00 00 can0 415 [8] 00 00 C4 FB 0F FE 0F FE can0 346 [8] 00 00 00 03 03 00 C0 00 can0 348 [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 167 [8] 72 7F FF 10 00 19 F8 00 can0 3E0 [8] 00 00 00 00 80 00 00 00 can0 167 [8] 72 7F FF 10 00 19 F7 00 can0 34E [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 358 [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 3A4 [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 216 [8] 00 00 00 00 82 00 00 00 can0 3AC [8] FF FF FF FF FF FF FF FF can0 415 [8] 00 00 C8 FA 0F FE 0F FE can0 083 [8] 00 00 00 00 00 01 7E F4 can0 2FD [8] D4 00 E3 C1 08 52 00 00 can0 3BC [8] 0C 00 08 96 01 BB 27 00 can0 167 [8] 72 7F FF 10 00 19 F7 00 can0 3BE [8] 00 20 AE EC D2 03 54 00 can0 333 [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 42A [8] D6 5B 70 E0 00 00 00 00 can0 42C [8] 05 51 54 00 90 46 A4 00 can0 33B [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 42E [8] 93 00 00 E1 78 03 CD 40 can0 42F [8] 7D 04 00 2E 66 04 01 77 кан0 167 [8] 72 7F FF 10 00 19 F7 00 кан0 3E7 [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 216 [8] 00 00 00 00 82 00 00 00 can0 415 [8] 00 00 CC F9 0F FE 0F FE can0 3A5 [8] 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 3AD [8] FF FF FF FF FF FF FF FF can0 50B [8] 1E 12 00 00 00 00 00 00 

Однако это эквивалентно рассмотрению амплитуды звукового сигнала. происходит и обнаружить закономерности.Для этой задачи нам нужен эквивалент частотного анализа, и, к счастью, он существует и называется cansniffer. cansniffer показывает список идентификаторов и помогает сосредоточиться только на том, что изменяется в разделе данных CAN-фрейма. Когда мы разберемся с конкретными идентификаторами, мы можем использовать его для фильтрации того, что нам не нужно, и только включить то, что, по нашему мнению, связано с нашей проблемой.

Вот пример cansniffer на шине MS. Мы отфильтровываем все и оставляем только CAN id 355 , 356 и 358 . Тем временем я нажимаю кнопки регулировки температуры на машине, и мы видим 001C00000000 , который представляет собой всплывающее окно в самом конце.

Следующим шагом является подключение функций кондиционера к нашему компьютеру, работающему внутри автомобиля. На ПК работает операционная система для роботов (ROS), и, к счастью, есть модуль, который упрощает эту задачу, поскольку мы используем SocketCAN.socketcan_bridge превращает наш кадр CAN в сообщение в теме ROS. Большой!

Вот пример того, как выполняется декодирование:

 if frame.id == 0x356: 
raw_data = unpack('BBBBBBBB', frame.data)
fan_speed = raw_data[1] / 4
driver_temp = parse_temperature( raw_data[2:4])
пассажир_temp = parse_temperature(raw_data[4:6])

Результирующие данные сохраняются в файле CelsiusReport.msg:

 bool auto 
bool system_on
bool unit_on
bool dual
bool max_cool
bool max_defrost
bool Рециркуляция
bool head_fan
bool foots_fan
bool front_defrost
bool ride_defroststring driver_temp
string passenger_temp

После нажатия все соответствующие кнопки в автомобиле мы в конечном итоге со списком:

 Control_codes = {
'ac_toggle': 0x5c,
'ac_unit_toggle': 0x14,
'max_ac_oggle': 0x38,
'Recirculation_toggle': 0x3c,
'dual_temperature_toggle': 0x18,
'passenger_temp_up': 0x24,
'passenger_temp_down': 0x28,
'driver_temp_u p ': 0x1c,
' driver_temp_down ': 0x20,
' auto ': 0x34,
' wheel_heat_toggle ': 0x78,
' Defrost_max_toggle ': 0x64,
' Defrost_toggle ': 0x4c,
' ride_defrost_toggle ': 0x58,
' body_fan_toggle ': 0x04,
'feet_fan_toggle': 0x0C,
'fan_up': 0x2C,
'fan_down': 0x30,
}

Затем мы можем просто отправить строки на узел ROS, и он преобразует их в конкретные коды автомобиля. .Они разработаны специально для удовлетворения потребностей автомобильной промышленности. До появления CAN каждое электронное устройство подключалось к другим устройствам с помощью множества проводов для обеспечения связи. Но когда функции автомобильной системы увеличились, ее стало трудно обслуживать из-за утомительной системы проводки. С помощью системы шины CAN, которая позволяет ЭБУ обмениваться данными друг с другом без особых сложностей, просто подключая каждый ЭБУ к общей последовательной шине. Следовательно, по сравнению с другими протоколами, используемыми в автомобильных системах, т.е.например, CAN против LIN, CAN надежен из-за меньшей сложности.

Протокол CAN можно определить как набор правил для передачи и получения сообщений в сети электронных устройств, подключенных через последовательную шину. Каждое электронное устройство в сети CAN называется узлом. В каждый узел должно быть встроено аппаратное и программное обеспечение для обмена данными. В каждом узле системы шины CAN есть главный блок микроконтроллера, контроллер CAN и приемопередатчик CAN. CAN-контроллер — это микросхема, которая может быть встроена в хост-контроллер или добавлена ​​отдельно, что необходимо для управления данными и отправки данных через трансивер по последовательной шине и наоборот.Чип CAN Transceiver используется для адаптации сигналов к уровням шины CAN.

CAN — это протокол, основанный на сообщениях, в котором каждое сообщение идентифицируется предопределенным уникальным идентификатором. Передаваемый пакет данных принимается всеми узлами в сети CAN-шины, но в зависимости от идентификатора узел CAN решает, принимать его или нет. Шина CAN следует процессу арбитража, когда несколько узлов пытаются отправить данные одновременно.

Электрическая спецификация шины CAN:

Сигналы CAN, обрабатываемые приемопередатчиком CAN, представляют собой несимметричные сигналы и дифференциальные сигналы (CANH и CANL).Линии CAN High и CAN Low имеют напряжение 2,5 В в идеальном состоянии. CAN определяет логический «ноль» как доминантный бит, а логическую «единицу» — как рецессивный бит. Когда передается доминантный бит, CAN High достигает 3,5 В, а CAN low достигает 1,5 В, т. е. дифференциальное напряжение доминантного бита составляет 2 В. Когда передается рецессивный бит, линии CAN High и CAN Low устанавливаются на 2,5 В, указывая на то, что дифференциальное напряжение рецессивного бита равно 0 В. Оконечный резистор шины CAN 120 Ом должен быть добавлен на физическом конце линий CANH и CANL, чтобы избежать любые отражения сигнала.

Рисунок 1. Дифференциальные сигналы шины CAN

Типы кадров CAN:

Фрейм — это определенная структура или формат, который переносит значимые данные (байты) в сети. CAN имеет четыре типа кадров:

  • Кадр данных
  • Кадр удаленных данных
  • Кадр ошибки
  • Кадр перегрузки

Кадр данных

Кадр данных содержит фактические данные для передачи. Кадры данных состоят из полей, предоставляющих дополнительную информацию о сообщении, т.е.д., поле арбитража, поле управления, поле данных, поле CRC, 2-битное поле подтверждения и конец кадра.

Существует два типа кадров данных

  1. Стандартный формат кадра или базовый формат кадра
  2. Расширенный формат кадра

Единственная разница между этими двумя форматами заключается в том, что стандартный кадр поддерживает 11-битный идентификатор, а расширенный кадр поддерживает 29-битный идентификатор. -битный идентификатор, состоящий из 11-битного идентификатора и расширенного 18-битного идентификатора. Бит IDE является доминирующим в стандартном кадре и рецессивным в расширенном кадре.

Формат базового кадра:

Стандартный протокол CAN также известен как формат базового кадра. Стандартный кадр в основном используется для отправки данных.

Рис. 2. Стандартный кадр

Терминология

  • SOF — начало кадра. Обозначает начало передачи кадра.
  • Идентификатор — 11-битный уникальный идентификатор, а также представляет приоритет сообщения Чем ниже значение, тем выше приоритет.
  • RTR — запрос удаленной передачи.Он является доминантным для кадров данных и рецессивным для удаленных кадров.
  • IDE — расширение единого идентификатора. Он является доминантным для стандартных кадров и рецессивным для расширенных кадров.
  • R0 — зарезервированный бит.
  • DLC — код длины данных. Определяет длину отправляемых данных. Он имеет 4-битный размер.
  • Данные. Данные для передачи и длина определяются DLC.
  • CRC – проверка циклическим избыточным кодом. Он содержит контрольную сумму предыдущих данных приложения для обнаружения ошибок.
  • ACK– Подтверждение. Его длина составляет 2 бита. Доминирует, если получено точное сообщение.
  • EOF– конец фрейма и должен быть рецессивным.
  • IFS– межкадровое пространство. Он содержит время, необходимое контроллеру для перемещения правильно принятого кадра в его правильное положение.

Расширенный кадр:

Рис. 3. Расширенный кадр

Он такой же, как стандартный кадр, но с некоторыми дополнительными полями.

SRR-Заменить обратный запрос. Бит SRR всегда передается как рецессивный бит, чтобы гарантировать, что стандартный кадр данных имеет более высокий приоритет по сравнению с расширенным кадром данных, если оба сообщения имеют одинаковый 11-битный идентификатор. Он также содержит 18-битный идентификатор, отличный от 11-битного идентификатора.
r1- Зарезервированный бит.

Удаленный фрейм 

Удаленный фрейм похож на фрейм данных с двумя отличиями. Удаленный кадр отправляется приемником для запроса данных от передатчика.Различия между удаленным кадром и кадром данных заключаются в том, что удаленный кадр не содержит в себе никаких полей данных, поскольку он не используется для передачи данных. Второе отличие состоит в том, что бит RTR в поле арбитража является рецессивным для удаленного кадра. Кадр данных выигрывает арбитраж, если оба готовы к передаче одновременно из-за доминирующего бита RTR в кадре данных.

Кадры ошибок

Если передающие или принимающие узлы обнаруживают ошибку, они немедленно прекращают передачу и отправляют кадр ошибки, состоящий из флага ошибки, состоящего из шести доминантных бит, и разделителя флага ошибки, состоящего из восьми рецессивных битов.

Флаги ошибок:

1. Флаг активной ошибки

2. Флаг пассивной ошибки

Флаг активной ошибки: передается узлом при обнаружении ошибки в сети CAN

Флаг пассивной ошибки: передается узлом обнаружена активная ошибка в сети CAN.

Счетчики ошибок: если на шине обнаружена ошибка, счетчик TEC или REC увеличивается.

1. Счетчик ошибок передачи (TEC)

2. Счетчик ошибок приема (REC)

  • Когда TEC и REC меньше 128, передается активный кадр ошибки
  • Когда TEC или REC больше 127 и меньше чем 255, передается пассивный кадр
  • Когда TEC больше 255, узел переходит в состояние отключения шины, после чего передача кадров невозможна

Рисунок 4.Диаграмма состояния перехода при ошибке

Кадр перегрузки

Кадр перегрузки содержит два поля Флаг перегрузки и Разделитель перегрузки. Флаг перегрузки состоит из шести доминирующих битов, за которыми следуют флаги перегрузки, генерируемые другими узлами. Разделитель перегрузки состоит из восьми рецессивных битов. Условия перегрузки, приводящие к передаче кадра перегрузки:

1.когда приемнику требуется задержка следующего кадра.

2. при обнаружении доминантного бита во время паузы.

Арбитраж

Арбитраж — это механизм разрешения конфликта, когда несколько узлов готовы передать сообщение одновременно. Всякий раз, когда шина свободна, любой узел может передавать данные. Если несколько узлов готовы передавать данные одновременно, доступ к шине конфликтует и может быть разрешен путем арбитража с использованием идентификатора. В процессе арбитража каждый передатчик сравнивает переданное значение бита со значением бита на шине. Если значение бита такое же, узел продолжает передавать биты.Если передаваемое значение бита не совпадает со значением шины, тогда доминантный бит перезаписывает рецессивные биты.

Поле арбитража сообщения CAN состоит из 1-битных или 29-битных идентификаторов и бита RTR. Идентификатор с наименьшим значением имеет наивысший приоритет. Если кадр данных и удаленный кадр имеют одинаковый идентификатор и готовы к отправке данных в одно и то же время, кадр данных имеет высокий приоритет, поскольку бит удаленной передачи (RTR) является доминирующим в кадре данных и рецессивным в удаленном кадре.

Уровень сообщений Шина CAN Механизмы контроля ошибок

По сравнению с другими протоколами, т. е. между шиной CAN и LIN, шиной CAN и шиной MOD, протокол CAN является надежным Проверка ошибок делает протокол CAN надежным. С помощью этих механизмов при обнаружении ошибки узел передает кадр ошибки и уничтожает переданный кадр.

Проверка CRC

Значение проверки циклическим избыточным кодом вычисляется передающими узлами и передается через поле CRC, и это значение принимается всеми узлами.Затем все полученные узлы вычисляют значение CRC и сопоставляют это значение с переданным значением. Если значения отличаются, генерируется кадр ошибки.

Слоты ACK

Когда передающий узел отправляет сообщение, рецессивный бит отправляется в слот подтверждения. Если сообщение получено, то слот подтверждения заменяется доминирующим битом, который будет подтверждать, что по крайней мере один узел правильно принял сообщение. Если этот бит рецессивный, то ни один узел не получил сообщение должным образом.

Ошибка формы

Конец кадра, Промежуток между кадрами, Разделитель подтверждения — это поля, которые всегда являются рецессивными, если какой-либо узел обнаруживает доминантный бит в любом из этих полей, тогда генерируется кадр формы и исходное сообщение присутствует после определенного периода.

Многоуровневая архитектура CAN

Она состоит из трех уровней, т. е. прикладного уровня, уровня канала передачи данных и физического уровня.

  • Уровень приложения : Этот уровень взаимодействует с операционной системой или приложением CAN-устройства.
  • Уровень канала передачи данных: Он связывает фактические данные с протоколом с точки зрения отправки, получения и проверки данных.
  • Физический уровень: Представляет фактическое аппаратное обеспечение, т.е. контроллер CAN и приемопередатчик.

Характеристики физического уровня CAN

Физический уровень CAN разделен на три части: физическое кодирование, реализованное в микросхемах контроллера CAN, подключение физического носителя, определяющее характеристики приемопередатчика, подуровень, зависящий от физического носителя, который зависит от приложения и не стандартизирован.

Рисунок 5. Схема подключения шины CAN

Подуровень физического кодирования

PCS включает в себя кодирование и декодирование битов, синхронизацию битов. Он обеспечивает интерфейс блока подключения к микросхемам приемопередатчика и содержит контакты Tx и Rx. Ошибки на уровне битов также обрабатываются посредством заполнения битов.

Битовая синхронизация

Каждый бит шины CAN разделен на четыре сегмента. Каждый сегмент состоит из квантов. Сегменты:

1.Сегмент синхронизации
2.propagation Segment
3.phase сегмент 1
4.phase сегмент 2

Рисунок 6. Может битовые синхронизации

сегмент синхронизации

  • сегмент составляет один кванты длинные
  • синхронизация Сегмент используется для синхронизации узлов в системе шины CAN и для синхронизации часов.
  • В этом сегменте ожидается появление фронта бита при изменении уровня напряжения на шине (с доминантного на рецессивный или с рецессивного на доминантный)

Сегмент распространения

Сегмент распространения необходим для компенсации физических задержек между узлами

Сегменты фазы

Сегменты фазы удлиняются или укорачиваются в зависимости от задержки или раннего появления фронта бита за пределами сегмента синхронизации

Точка выборки

  • Точка выборки внутри периода бита определяет, является ли напряжение шины CAN рецессивным или доминирующим .
  • Представлено в процентах от периода бита, а позиция рассчитывается от начальной точки периода бита и находится между фазами 1 и 2.

Обработка ошибок уровня битов следует за кодировкой NRZ для передачи. Логический уровень не меняется между битовыми интервалами. CAN требует перехода на логическом уровне для повторной синхронизации. Следовательно, 1 бит противоположного логического уровня отправляется после 5 одинаковых последовательных битов.Это известно как бит заполнения, и получатель идентифицирует его.

Битовая ошибка

Узел, отправляющий бит, всегда контролирует шину. Если бит, отправленный передатчиком, отличается от значения бита на шине, генерируется кадр ошибки.

Подуровень подключения физических носителей

Этот уровень реализован в микросхеме приемопередатчика CAN и получает входные данные от контроллера CAN через контакты Tx и Rx. Выход управляет линиями CANH и CANL. Трансиверы отвечают за разные скорости передачи данных.Скорость шины CAN относится к скорости передачи данных по шине CAN. Максимальная скорость передачи данных по шине CAN составляет 1 Мбит/с. Для специальных приложений некоторые контроллеры CAN могут работать на более высоких скоростях, чем 1 Мбит/с. Низкоскоростная скорость передачи данных CAN составляет 125 кбит/с.

Подуровень, зависящий от среды

Подуровень, зависящий от среды, сильно зависит от приложения. К этому уровню относится стандартизация назначения контактов для различных разъемов. Различные разъемы: DB9, OBD II.

CAN BUS DB9 PINOUT

Рисунок 7. Can Bus DB9 PINOUT

PIN1: Зарезервировано
PIN2: CAN_L
PIN3: CAN GND
PIN4: Зарезервировано
Pin5: CAN_SHLD
Pin6: GND
Pin7: CAN_H
Pin8: Зарезервировано
Pin9: CAN_V+

Поддержка шины CAN в различных микроконтроллерах:

Микроконтроллеры должны иметь аппаратное и программное обеспечение CAN, которые должны предоставлять драйверы CAN для обеспечения связи.Библиотеки Python-CAN также могут использоваться в драйверах, которые обеспечивают абстракцию аппаратных компонентов микроконтроллера и используются для отправки и получения сообщений по сети CAN. Шина Python CAN также используется для тестирования оборудования и регистрации данных шины CAN.

Экран шины CAN для Arduino

  • Экран шины CAN использует контроллер шины CAN с интерфейсом SPI и приемопередатчиком CAN и предоставляет возможности шины CAN для Arduino.
  • Arduino с шиной CAN помогает получать такую ​​информацию, как скорость автомобиля, расход топлива, температура от ЭБУ.
  • Библиотека Arduino CAN используется для отправки и получения сообщений CAN по шине CAN.

Шина CAN Raspberry Pi:

Raspberry Pi не имеет специального оборудования, например, контроллера CAN и приемопередатчика CAN для поддержки протокола CAN. Шина CAN не поддерживалась программным обеспечением Raspberry Pi. Raspberry Pi поддерживает связь CAN через интерфейс SPI.

Raspberry Pi подключен к внешнему CAN-контроллеру, поддерживаемому платой, через интерфейс SPI, а CAN-контроллер подключен к CAN-трансиверу через линии Rx и Tx.

Примеры CAN-контроллера: SJA100, MCP2515
Примеры CAN-трансивера: TJA1040, MCP2551

STM32 CAN-шина:

В отличие от Arduino и Raspberry Pi, STM32 имеет встроенный CAN-контроллер.STM предоставляет драйверы шины CAN, и эти API можно использовать, когда GPIO настроен на CAN1, CAN2.

Как считать данные шины CAN?

Доступ к данным CAN-шины возможен, когда CAN-шина взаимодействует с внешними инструментами, такими как анализатор CAN-шины Microchip, CAN-шина Wire Shark через USB-адаптер CAN, который обеспечивает мгновенное подключение к USB-порту компьютера или ПК. Адаптер CAN USB также управляется из любого места через Ethernet, Интернет, Интранет. Шина CAN Wireshark — это инструмент, используемый в системах Linux, особенно известный из анализа сети Ethernet, который предлагает отображать сообщения CAN с помощью SocketCAN, который представляет собой набор драйверов и сетевой стек и, следовательно, называется шиной CAN Linux.CAN to USB помогает внешним инструментам получать сообщения из сети CAN, а инструменты затем используются для мониторинга и отладки полученных или переданных сообщений. Но эти сообщения в необработанном формате. Следовательно, данные, полученные от этих регистраторов данных, преобразуются в масштабированные инженерные значения с использованием декодеров шины CAN. Данные, собранные из регистраторов данных, также можно хранить на SD-карте, что помогает контролировать настройки автомобиля для большей эффективности. Собранные данные шины CAN полезны для управления парком транспортных средств, исследований и разработок, диагностики и т. д.

Тестирование шины CAN с помощью мультиметра

Тестирование необходимо для проверки любых отказов шины CAN, таких как отказ проводки, ЭБУ, подачи напряжения на любой из компонентов в сети CAN. Устранение неполадок шины CAN, например добавление согласующего резистора на 120 Ом на физическом конце линий шины CAN, позволяет диагностировать проблему. Убедитесь, что оконечное сопротивление составляет 120 Ом, а резисторы установлены и не сломаны, проверив мультиметром, а также проверьте передаваемые данные, переключив мультиметр на переменное напряжение.

Как узнать, есть ли в машине CAN-шина?

Автомобили, оснащенные шиной CAN, содержат индикатор шины CAN и комплект CAN-BUS HID. Светодиод CAN-шины связывается с расширенной системой автомобиля, и автомобиль предупреждает, когда этот светодиод выключен. CAN BUS HID KIT действует как преобразователь постоянного тока в переменный и помогает первоначально включить свет с током высокого напряжения. Как только свет запустился, ему требуется более низкое напряжение тока. Но когда HID использует низкую мощность, система шины CAN предполагает, что свет выключен, и выдает предупреждение.Чтобы избежать этого состояния, используется комплект преобразования HID, который связывается с системой шины CAN, чтобы сообщить, что есть рабочая лампа. Эти предупреждения говорят нам о том, что автомобиль оснащен CAN-шиной.

Взлом CAN-шины

Взлом CAN-шины представляет угрозу для потребителей. В транспортных средствах с шиной CAN используются многие беспроводные технологии, такие как Bluetooth, для приема вызовов или воспроизведения музыки. Когда бортовая система имеет доступ к шине CAN в автомобиле и способна подключаться к сети Wi-Fi, хакерам легко получить доступ к шине CAN и получить возможность управлять автомобилем.Точки доступа Wi-Fi популярны в автомобилях, это позволяет людям, знающим IP-адрес автомобиля, отслеживать автомобиль. Это заставляет производителей автомобилей защищать передаваемые данные по сети CAN-шины.

Преимущества Can Bus протокол шины
  • Низкая стоимость из-за сокращения проводки
  • экономит время из-за простой проводки
  • Автозагрузка потерянных сообщений
  • поддерживает Обнаружение ошибок
  • Гибкие скорости передачи данных
Дальше чтение

Автобус: что это такое, почему он существует и действительно ли нам нужно его понимать?

Очень немногие отрасли стоят на месте и выживают, и автомобильный мир не исключение.Без невероятных инноваций и эволюции, которые мы наблюдали за последнее столетие, мы до сих пор пытались бы мчаться на деревянных колесах, дико свисая с нашего ручного дросселя в попытке обуздать все 15 киловатт ярости от пыхтения, неэффективная шишка сидит между передними листовыми рессорами.

В этом интервью: Что такое шина CAN | Когда была создана шина CAN | Использует ли мой автомобиль шину CAN? | Street vs Motorsport Системы шины CAN | Почему это используется? | Сложно ли учиться? | Как я могу учиться? | Что делать, если у меня нет предварительных знаний?

За последние пару десятилетий мы стали свидетелями быстрой цифровизации автомобилей, и это изменило правила игры для тех, кто хочет модифицировать свои автомобили или создавать новые гоночные автомобили с нуля.Система связи CANBus лежит в основе всех этих инноваций, и для большинства людей идея работы и творчества в рамках этого протокола пугает. Но так ли это жестоко и жестоко, как кажется на первый взгляд? Мы беседуем с преподавателем High Performance Academy Заком Перстоном, чтобы выяснить это.

HPA: Во-первых, нам нужно, чтобы вы объяснили нам, что такое CANBus и как он используется в современных автомобилях.

Зак Перстон: «Шина CAN» — это на самом деле два термина, которые объединяются: «CAN» — это «локальная сеть контроллеров» и «шина», которая относится к физическим проводам, которые использует система CAN… Это на самом деле не помогает объяснить, что это такое! CAN — это цифровой сетевой протокол, который используется в промышленности для передачи данных между устройствами.Это здорово, потому что это означает, что мы можем использовать всего два провода для обмена целой кучей информации о транспортном средстве, вместо того, чтобы использовать отдельный провод для каждого сигнала. Делает наши жгуты проводов меньше, легче, прочнее и, самое главное, дешевле!

Когда CANBus начали использовать в дорожных автомобилях, и все ли автомобили сейчас используют его повсеместно?

CAN был официально выпущен еще в 1986 году! Однако в ту эпоху вы не найдете много автомобилей за пределами Европы, использующих его, и даже внутри Европы его использование было довольно ограниченным.Однако CAN доказал свою полезность, что привело к дальнейшему развитию, снизило стоимость электроники, упростило ее внедрение… И цикл продолжился. Я бы сказал, что он действительно стал мейнстримом где-то в 1996 году, и я был бы удивлен, если бы существовал хоть один дорожный автомобиль, построенный после 2000 года, в котором где-то не было связи CANbus.

Как узнать, использует ли мой автомобиль шину CAN?

Если его модельный год позже 2006, то стандарт протокола OBD2 означает, что он будет использовать CAN, по крайней мере, для некоторых диагностических целей, но очень, очень велики шансы, что все, что позже 1995 года, будет иметь связь CAN в где-то там.

Есть ли разница между системами, используемыми в дорожных и гоночных автомобилях, или это одно и то же?

Да, но также и нет. Позвольте мне немного объяснить это. CAN — это стандарт протокола, что означает, что фактически используемые электрические сигналы одинаковы, независимо от того, используем ли мы электронные модули послепродажного обслуживания в гоночном автомобиле или работаем с автомобилем OEM. Стандарт CAN определяет, что означают эти электрические сигналы и как их следует читать как законченное сообщение.Однако все немного по-другому, так это содержание этих сообщений. Когда мы создаем гоночный автомобиль, мы определяем, что содержат эти сообщения и как данные отправляются и принимаются… Но когда мы работаем с автомобилем OEM, нам обычно приходится выяснять, как кто-то еще настроил сообщения. , процесс, известный как обратный инжиниринг.

Самое замечательное в том, что CAN является стандартом, заключается в том, что, поскольку все эти электрические сигналы совместимы, как только мы реконструируем сообщения, которые мы хотим от OEM-автомобиля, мы можем заставить нашу электронику послепродажного обслуживания считывать эти данные, бесшовное объединение двух систем.

Так зачем же он нам нужен? Что было не так с тем, как мы подключали и управляли автомобилями до появления CANBus?

Стоимость, большие объемы, сложность и гибкость! Раньше, когда нам нужно было передать сигнал от одной части автомобиля к другой, у него должен был быть свой выделенный провод. Это быстро выходит из-под контроля, и жгуты проводов становятся действительно громоздкими, тяжелыми и дорогими в производстве. Подумайте о том, сколько фрагментов информации показывается вам на современной приборной панели, и подумайте о каждом из них: скорости, оборотах в минуту, температуре охлаждающей жидкости, давлении масла, наддуве (если вам повезет), уровне топлива — список продолжается. на.Если каждому из них нужен свой провод, жгут будет массивным. CANBus позволяет нам отправлять много-много разных данных вокруг транспортного средства по одним и тем же двум проводам, поэтому это действительно упрощает работу.

Мы также получаем большую гибкость при использовании CAN. Если у меня в гоночной машине есть приборная панель, и у меня есть свет, который предупреждает меня о сбое зарядки генератора, но я хочу изменить его, чтобы предупредить меня о ситуации с низким давлением масла, я могу сделать простое изменение программного обеспечения. чтобы выполнить это.Пока данные о давлении масла находятся на шине CANBus, приборный регистратор может считывать их и запускать сигнальную лампу в ответ без необходимости в дополнительной проводке. Это действительно важно для гоночного автомобиля профессионального уровня, где жгут проводов представляет собой герметичный элемент, который нельзя легко модифицировать.

Честно говоря, все это звучит как хорошая идея, но мысль о работе с этими CAN-протоколами и используемыми системами проводки будет очень пугающей для большинства людей — даже для профессионалов. индустрия.Считаете ли вы, что трепет оправдан?

Абсолютно, однозначно, определенно не . Только не чуть-чуть. Поскольку CAN является стандартом, как только вы изучите этот стандарт, вы получите знания, необходимые для настройки системы связи с использованием вторичной электроники, а также для обратного проектирования существующих потоков данных. Это страх перед неизвестностью. Как только вы преодолеете барьер знаний, страх исчезнет, ​​и перед вами откроется целый мир возможностей. Положа руку на сердце, я бы сказал, что CAN упрощает работу с автомобильной электроникой, а не использует ее.

Я думаю об этом как о сопротивлении EFI. Люди знали карбюраторы, знали, как их настраивать, как добиться желаемого результата — EFI был новым и пугающим. Но как только барьер знаний был преодолен, преимущества, предлагаемые EFI, огромны!

Ваш курс «Расшифровка связи CANBus» довольно всеобъемлющий. После завершения, чего, по вашему мнению, сможет достичь учащийся, используя полученные знания и навыки?

В случае использования электронных модулей вторичного рынка в гоночном автомобиле они смогут спроектировать и построить проводку шины, убедившись, что все устройства физически подключены правильно.Они смогут настроить и запрограммировать эти устройства для отправки необходимых данных и запрограммировать другие устройства для чтения необходимых данных. У них будет полное понимание основ протокола CAN, что позволит им устранять любые странные результаты и обеспечивать безупречную работу системы.

Они также смогут подключаться к существующей системе CAN, отслеживать данные, которые уже циркулируют, и иметь возможность следовать, чтобы определить, что на самом деле означают эти данные.Один из моих любимых рабочих примеров в курсе — отслеживание данных об угле поворота руля на OEM CANbus в гоночном автомобиле Toyota 86. Затем эти данные отправляются на видеорегистратор, что означает, что изображение положения рулевого колеса может быть наложено на видео. Настройка этого с помощью вторичной электроники и датчиков была бы трудоемкой и дорогой, но получение этих данных от системы, которая уже находится в автомобиле, просто блестяще экономит время и деньги!

По вашему мнению, каким уровнем способностей и знаний должен обладать человек, чтобы получить максимальную отдачу от этого? Мы должны предположить, что это не совсем для абсолютных новичков…

Курс начинается с абсолютных основ, необходимых для понимания протокола CAN, но некоторые базовые знания автомобильной электрики, безусловно, будут полезны.Курс формирует необходимые базовые знания, а затем начинает знакомить с более продвинутыми концепциями. Если вы раньше вообще не имели дело с CAN, этот курс проведет вас с самого начала.

Хотите узнать все о связи по шине CAN? Запишитесь на курс Зака ​​прямо сейчас и сразу начните с 60-дневной гарантией возврата денег.

Как шина CAN/CAN FD обеспечивает работу в автомобильной сети

Автомобильная промышленность процветает благодаря инновациям в технологиях, дизайне, UX, средствах связи, информационно-развлекательных решениях и решениях по обеспечению безопасности.Для поддержки этих функций за кулисами существует сложная сеть электронных блоков управления (ECU), которая обеспечивает современные автомобили интеллектуальными функциями.

Automotive ECU — это встроенная аппаратная платформа, обеспечивающая работу сложных систем автомобиля, таких как органы управления исполнительными механизмами, проекционный дисплей, ABS, телематика, информационно-развлекательные системы, системы управления батареями и многое другое. Современные автомобили имеют более 70 ЭБУ, и эти ЭБУ взаимодействуют друг с другом для точного управления большим количеством функций автомобиля.Именно здесь система шины CAN имеет свое значение.

Что такое система шины CAN?

CAN-шина (локальная сеть контроллеров) — это бортовая сеть, которая облегчает связь между электронными блоками управления (ECU), датчиками и исполнительными механизмами в автомобиле без главного компьютера. До системы шины CAN электронные компоненты в автомобиле взаимодействовали друг с другом с помощью двухточечной проводки, которая была слишком сложной, громоздкой и неудобной в управлении. Шина CAN — это надежная, простая и недорогая система последовательной шины для связи в автомобиле.

Преимущества протокола CAN

  1. Недорогая и легкая сеть: протокол шины CAN устраняет необходимость в двухточечной проводке между электронными компонентами в автомобиле и позволяет аналоговым и цифровым сигналам передаваться по общей среде с использованием мультиплексной проводки. Шина CAN позволяет одним проводом подключаться к ЭБУ, исполнительным механизмам и датчикам в автомобиле и обеспечивать высокоскоростную передачу данных. Внедрение шины CAN сокращает огромное количество сложной проводки, что приводит к снижению стоимости системы.
  2. Надежность: Системы шины CAN представляют собой долговечную и надежную коммуникационную сеть со встроенными механизмами обнаружения отказов. Все узлы в сети информируются в случае обнаружения любого сбоя. Надежные системы шины CAN устойчивы к электромагнитным помехам.
  3. Гибкость: В системах шины CAN узлы можно легко добавлять или удалять в соответствии с требованиями системы. Протокол шины CAN основан на сообщениях и передает данные, встроенные в само сообщение CAN.Все узлы в системе способны принимать все сообщения, передаваемые по шине, узел решает, релевантность и приоритет сообщения отбрасывать или принимать.

Кадр данных шины CAN

  • SOF- Начало кадра. Сообщение начинается с этой точки.
  • Идентификатор сообщения: 11-битный идентификатор CAN, определяющий приоритет сообщения. Чем меньше двоичное значение, тем выше приоритет.
  • RTR-Запрос удаленной передачи. RTR доминирует только тогда, когда какой-либо указанный узел требует информации.
  • IDE — расширение единого идентификатора. Указывает, что идентификатор CAN передается без расширения.
  • R0- зарезервированный бит.
  • DLC-код длины данных – 4 бита
  • Поле данных — может быть передано до 64 бит данных.
  • CRC-циклическая проверка избыточности. 16-битный CRC проверяет биты на наличие ошибок.
  • ACK-Подтверждение. Это 2 бита.
  • EOF-конец рамы. 7-битное поле указывает на конец кадра сообщения.

СКАЧАТЬ БРОШЮРУ

Автомобильные инженерные услуги и решения – Брошюра

Загрузить сейчас

Развитие шины CAN и протокола CAN FD (Flexible Data Rate)

Шина CAN

была создана компанией Bosch в 1986 году и стала одним из самых успешных сетевых протоколов всех времен.Сегодня протокол шины CAN стал одной из ведущих систем последовательной шины. В 1990-х годах CAN 2.0 (ISO 11898) был представлен для международной стандартизации, а позже стал стандартной серией.

С увеличением количества бортовых датчиков и для поддержки развивающихся автомобильных приложений потребовалась более быстрая сеть связи, поскольку обычная шина CAN начала сталкиваться с ограничениями скорости передачи данных и полезной нагрузки. При скорости передачи данных всего 1 Мбит/с и максимальной полезной нагрузке 8 байтов на кадр с помощью классической шины CAN стало очень сложно управлять все более сложными электронными блоками управления и быстро меняющимися приложениями, такими как ADAS.

Именно тогда в 2012 году был представлен CAN FD , который обеспечивал скорость передачи данных до 8 Мбит/с и позволял передавать пакеты данных размером 64 байта, обеспечивая более быструю связь между ЭБУ в автомобиле. CAN FD (Гибкая скорость передачи данных) имеет множество преимуществ по сравнению с протоколом шины CAN для поддержки преобразования потребностей автомобиля в информационно-развлекательной системе, силовой передаче, ADAS и других функциях, таких как:

  • Повышенная скорость передачи данных: Шина CAN — это надежная шинная система для связи в автомобиле.Улучшенная скорость передачи данных для поддержки больших объемов данных с высокой скоростью является потребностью в автомобильной промышленности. Классическая шина CAN со скоростью передачи данных 1 Мбит/с не может удовлетворить это требование. Тогда как CAN с гибкой скоростью передачи данных (FD) поддерживает передачу данных до 8 Мбит/с.
  • Поддерживает большие полезные нагрузки данных: Большие полезные нагрузки подразумевают увеличение длины данных по сравнению с классической шиной CAN. CAN FD поддерживает до 64 байт/сообщение. Большая грузоподъемность приводит к повышению эффективности шины с точки зрения более быстрой и эффективной связи внутри автомобиля между электронными блоками управления.
  • I повышенная надежность: CAN FD использует проверку циклическим избыточным кодом для обнаружения ошибок в шине. Классическая шина CAN имеет недостаток, заключающийся в том, что проблема CRC (Cyclic Redundancy Check) не решается безупречно, что приводит к неадресованным и заполненным битовым ошибкам в шине. CAN FD устраняет эту проблему за счет включения динамических битов заполнения и делает CAN FD более надежной сетью для автомобильных приложений.
  • Улучшенная безопасность в автомобилях: Нарушение безопасности в протоколе шины CAN может привести к серьезным последствиям, поскольку хакеры могут манипулировать трафиком данных и узлами доступа, чтобы затруднить подключение в автомобиле.CAN FD с увеличенной пропускной способностью и подходящими методами шифрования позволяет только аутентифицированным устройствам получать доступ к последовательной шине и обеспечивать безопасный трафик данных в автомобилях.

Будущее автомобилестроения будет за подключением V2X, автономными или беспилотными автомобилями и электромобилями, которые потребуют очень сложной электрической и электронной архитектуры автомобиля для связи друг с другом. CAN FD с его способностью поддерживать более высокую пропускную способность будет соответствовать будущим требованиям автомобильной промышленности.

eInfochips как поставщик автомобильных решений IoT помогает автомобильным компаниям разрабатывать автомобильные и автомобильные протоколы связи, такие как CAN и CAN FD, для поддержки силовой передачи, модуля управления кузовом, информационно-развлекательной системы, ADAS и т. д. Узнайте больше об автомобильных решениях IoT.

Автомобильные коммуникационные сети, часть II Шина CAN

Введение

Сеть контроллеров

(CAN) — это сеть передачи данных, предназначенная для того, чтобы множество узлов (модулей) могли обмениваться данными, используя стандартную структуру и формат.Преимущество этого заключается в сокращении проводки автомобиля и возможности легкого добавления или удаления дополнительных опций автомобиля. Устранение неполадок в такой сложной системе достаточно просто, если технический специалист имеет общее представление о сети и о том, как передаются данные. Эта статья предоставит техническому специалисту необходимые инструменты для успешной проверки сигнала шины CAN и поможет определить неисправности, если они есть.

Базовая блок-схема типичной сети CAN.

Характеристики высокоскоростной сети CAN (класс C)

Несколько модулей подключены к шине параллельно. Скорость передачи данных составляет 500 Кбит/сек для высокоскоростного CAN. Это 500 000 единиц данных или информации в секунду! Сигнал передается по двум проводам связи для обеспечения целостности сигнала. Эти провода скручены вместе и называются CAN High и CAN Low.

Чтобы обеспечить передачу сообщений с наивысшим приоритетом в первую очередь, поле арбитража является частью структуры сообщения.Для обеспечения оптимального качества сигнала к шине подключены два резистора с фиксированным значением для обработки сигнала. Они называются согласующими резисторами.

Все эти характеристики будут более подробно описаны ниже.

Генерация сигналов

Каждый модуль в сети имеет контроллер CAN и приемопередатчик CAN на микросхеме CAN. Трансивер может как передавать, так и принимать данные. Контроллер CAN преобразует данные (двоичные), отправленные микропроцессором, и отправляет их на приемопередатчик CAN.Приемопередатчик CAN преобразует двоичные данные в диапазон напряжения, и это напряжение сигнала, наблюдаемое в сети.

Примечание : Входы и выходы модуля по-прежнему аналоговые. Для такого компонента, как двигатель дроссельной заслонки, по-прежнему потребуются источники питания, заземление и сигналы обратной связи, как и в случае с автомобилем без CAN.

На приведенной ниже схеме показано, как сообщение, полученное модулем управления двигателем, обрабатывается и передается по сети для других модулей.В этом примере вход частоты вращения двигателя от датчика положения коленчатого вала в ECM двигателя также требуется комбинации приборов для тахометра.

Уровни напряжения шины CAN

В таблице ниже показано ожидаемое напряжение как для рецессивного, так и для доминирующего состояния на проводах CAN High и CAN Low.

Государственный CAN Высокое напряжение CAN Низкое напряжение Тип биты
Рецессивный 2.5 вольт 2,5 В 1
Доминант 3,5 В 1,5 В 0

 

С помощью осциллографа можно наблюдать следующие уровни напряжения при подключении к сети.

Как упоминалось ранее, CAN High и CAN Low скручены вместе для уменьшения внешних помех.На приведенной ниже диаграмме показано дифференциальное напряжение между CAN High и CAN Low во время передачи данных.

При использовании рецессивного бита уровни напряжения CAN High и CAN Low составляют 2,5 В, поэтому дифференциальное напряжение равно 0 вольт. Когда передается доминирующий бит, CAN High повышается до 3,5 В, тогда как CAN Low падает до 1,5 В. Это дифференциальное напряжение 2 вольта.

В случае возникновения переходного состояния, такого как скачок внешнего напряжения, и CAN High, и CAN Low будут одинаково затронуты.Таким образом, дифференциальное напряжение останется на уровне 2 вольт, это защищает целостность сообщения.

Анализ сигналов шины CAN

Приведенная ниже форма сигнала показывает как сигнал, когда CAN High и CAN Low проверяются относительно земли, так и дифференциальное напряжение между CAN High и Can Low. Пример показан на Volvo XC-90.

  • Обе трассы зеркально отражают друг друга
  • Чистота без глюков и всплесков
  • Правильное напряжение

  • Правильное дифференциальное напряжение

Примечание. Технический специалист может заметить повышенное напряжение на трассе в конце сообщения.Это бит конца кадра и не является причиной для беспокойства.

Защита от отражения сигнала

Из-за высокой скорости передачи данных требуется средство для подавления отражений сигнала. Для этого производители используют два резистора по 120 Ом параллельно. Хотя в некоторых транспортных средствах резисторы расположены снаружи жгута проводов, в большинстве случаев резисторы располагаются в двух отдельных модулях, как показано ниже.

Когда оба резистора имеют одинаковое сопротивление и подключены параллельно, общее сопротивление цепи уменьшается вдвое.

Сообщение Арбитраж

При использовании шины CAN следует отметить, что сообщение имеет приоритет, а не идентификатор модуля. Сообщение с наименьшим числовым идентификатором и старшими доминантными битами (0) может передавать сообщение. Все модули слушают до тех пор, пока шина снова не освободится перед передачей. См. пример ниже.

Модуль А теряет возможность отправить свое сообщение первым (красная стрелка).

Модуль C теряет возможность отправить свое сообщение второй раз (синяя стрелка).

Модуль B выигрывает арбитраж.

Пример

— Открыть Astra

Этот автомобиль не заводится, поскольку на клемму 50 соленоида стартера не подается ток, когда ключ зажигания поворачивается в положение пуска. Также отсутствовала связь с модулем управления двигателем, комбинацией приборов, модулем управления антиблокировочной системой тормозов или модулем интеграции рулевой колонки (CIM) с помощью диагностического прибора. Эти модули подключены к высокоскоростной шине CAN. У автомобиля был разряжен аккумулятор, и техник безуспешно пытался завести автомобиль.

Осциллограф был подключен к контактам 6 и 14 автомобильного разъема передачи данных (DLC) для доступа к высокоскоростной сети.

Назначение контактов:

  • Контакт 4: Масса шасси
  • Контакт 5: Сигнальная масса
  • Контакт 6: CAN High (ISO 15765)
  • Контакт 14: Низкий уровень CAN (ISO 15765)
  • Контакт 16: Постоянное питание (+12 В)

Был захвачен следующий сигнал:

Проверка сопротивления сети показала короткое замыкание:

Поскольку проблема, скорее всего, возникла в результате повреждения электронного модуля управления, каждый модуль в высокоскоростной сети отключался по очереди до тех пор, пока сетевой сигнал не вернулся к ожидаемой форме сигнала.Когда модуль антиблокировочной тормозной системы был отключен, на осциллографе отображалась следующая форма сигнала:

.

Теперь автомобиль запустился, и сканирующий прибор смог установить связь с модулем управления двигателем, комбинацией приборов и CIM. Сопротивление сети также вернулось к спецификации:

Базовые системы, управляемые по шине CAN:

На приведенной ниже диаграмме показано, как изменилась базовая система, такая как стартер, с тех пор, как в автомобилях была реализована технология шины CAN.Стартовый сигнал от замка зажигания отправляется в модуль рулевой колонки, после обработки он преобразуется в сообщение CAN и передается по сети CAN. Блок предохранителей моторного отсека использует это сообщение для управления реле стартера путем заземления контакта 85 обмотки реле. Это приводит к замыканию контактов реле и подаче тока на клемму 50 соленоида стартера.

Видно, что внутренняя электрическая цепь стартера осталась без изменений.

Назначение контактов:

  • 30 — постоянная работа
  • 31 – Земля
  • 15 — Зажигание в режиме реального времени
  • 50 — Электромагнит управления стартерным двигателем
  • 86 — Питание обмотки реле стартера
  • 85 — Масса управления обмоткой реле стартера
  • 87 – Выход контактов реле стартера

Модуль шлюза

Модуль шлюза используется для обеспечения связи между модулями в разных сетях с разной скоростью передачи данных.Шлюз является связующим звеном между несколькими сетями. Модуль может быть отдельным модулем или частью другого модуля, например модуля комбинации приборов.

В приведенном выше примере показана высокоскоростная сеть CAN класса C (500 кбит/с), комфортная сеть CAN класса B (250 кбит/с) и локальная сеть Lin Bus (10 кбит/с), все из которых могут обмениваться данными через шлюз модуль.

История технологии CAN

Самые первые документы, опубликованные Bosch, описывающие протокол CAN (Спецификация CAN 1.0), эталонная модель CAN C и документ SAE

. В феврале 1986 года компания Robert Bosch GmbH представила систему последовательной шины Controller Area Network (CAN) на конгрессе Общества автомобильных инженеров (SAE). Это был час рождения одного из самых успешных сетевых протоколов. Сегодня почти каждый новый легковой автомобиль, произведенный в Европе, оснащен хотя бы одной сетью CAN. Используемый также в других типах транспортных средств, от поездов до кораблей, а также в промышленных системах управления, CAN является одним из наиболее распространенных протоколов шины — возможно, даже ведущей системой последовательной шины в мире.

От идеи до первого чипа

В начале 1980-х годов инженеры Bosch оценивали существующие системы последовательных шин на предмет их возможного использования в легковых автомобилях. Поскольку ни один из доступных сетевых протоколов не мог удовлетворить требования автомобильных инженеров, Уве Кинке начал разработку новой системы последовательной шины в 1983 году.

Новый шинный протокол в основном должен был добавить новые функциональные возможности — сокращение жгутов проводов было лишь побочным продуктом, а не движущей силой развития CAN.Инженеры Mercedes-Benz уже на раннем этапе участвовали в разработке спецификации новой системы последовательной шины, как и Intel как потенциальный основной поставщик полупроводников. Профессор доктор Вольфхард Лоренц из Университета прикладных наук в Брауншвейг-Вольфенбюттеле (сегодня: Остфальский университет прикладных наук), Германия, который был нанят в качестве консультанта, дал новому сетевому протоколу название «Сеть контроллеров». Профессор доктор Хорст Веттштейн из Университета Карлсруэ также оказал академическую помощь.

В феврале 1986 года родилась CAN: на конгрессе SAE в Детройте новая шинная система была представлена ​​как «Автомобильная сеть последовательных контроллеров». Уве Кинке, Зигфрид Дайс и Мартин Литшел представили многоабонентский сетевой протокол. Он был основан на механизме неразрушающего арбитража, который без каких-либо задержек предоставляет шине доступ к кадру с наивысшим приоритетом. Не было центральной инстанции, контролирующей доступ к сети. Кроме того, отцы CAN — упомянутые выше лица, а также сотрудники Bosch Вольфганг Борст, Вольфганг Ботценхард, Отто Карл, Гельмут Шеллинг и Ян Унру — реализовали несколько механизмов обнаружения ошибок.Обработка ошибок также включала автоматическое отключение неисправных узлов шины, чтобы поддерживать связь между оставшимися узлами. Передаваемые кадры идентифицировались не по адресам узлов передатчика кадров или приемников кадров (как почти во всех других шинных системах), а скорее по их содержанию. Идентификатор, представляющий полезную нагрузку кадра, также имел функцию указания приоритета кадра в сегменте сети.

За этим последовало множество презентаций и публикаций, описывающих этот инновационный протокол связи, пока в середине 1987 года — на два месяца раньше запланированного срока — Intel не представила первую микросхему контроллера CAN, 82526.Это была самая первая аппаратная реализация протокола CAN. Всего за четыре года идея стала реальностью. Вскоре после этого Philips Semiconductors представила 82C200. Эти два самых ранних предка контроллеров CAN сильно отличались в отношении фильтрации приема и обработки кадров. С одной стороны, концепция FullCAN, одобренная Intel, требовала меньшей нагрузки на ЦП (центральный процессор) от подключенного микроконтроллера, чем реализация BasicCAN, выбранная Philips. С другой стороны, устройство FullCAN было ограничено в отношении количества принимаемых кадров.Контроллеру BasicCAN также требовалось меньше кремния. В современных CAN-контроллерах реализовано сочетание концепций приемной фильтрации и обработки кадров. Это сделало вводящие в заблуждение термины BasicCAN и FullCAN устаревшими.

Стандартизация и соответствие

Спецификация Bosch CAN (версия 2.0) была представлена ​​для международной стандартизации в начале 1990-х годов. После нескольких политических споров, особенно связанных с «Сетью транспортных средств» (VAN), разработанной некоторыми крупными французскими производителями автомобилей, в ноябре 1993 года был опубликован стандарт ISO 11898.В дополнение к протоколу CAN он также стандартизировал физический уровень для скоростей передачи данных до 1 Мбит/с. Параллельно в ISO 11519-2 был стандартизирован маломощный отказоустойчивый способ передачи данных по CAN. Это так и не было реализовано из-за недостатков стандарта. В 1995 году стандарт ISO 11898 был дополнен дополнением, описывающим расширенный формат кадра с использованием 29-битного идентификатора CAN.

К сожалению, все опубликованные спецификации и стандарты CAN содержали ошибки или были неполными.Чтобы избежать несовместимых реализаций CAN, компания Bosch позаботилась о том, чтобы все микросхемы CAN соответствовали эталонной модели Bosch CAN. Кроме того, Университет прикладных наук в Брауншвейге/Вольфенбюттеле, Германия, уже несколько лет проводит испытания на соответствие CAN под руководством профессора Лоуренца. Используемые шаблоны тестирования основаны на серии стандартов плана тестирования на соответствие ISO 16845. Сегодня несколько испытательных центров предлагают услуги по тестированию на соответствие CAN.

Пересмотренные спецификации CAN стандартизированы.ISO 11898-1 описывает «канальный уровень CAN», ISO 11898-2 стандартизирует «неотказоустойчивый» физический уровень CAN, а ISO 11898-3 определяет «отказоустойчивый физический уровень CAN». Серия ISO 11992 (интерфейс для грузовиков и прицепов) и серия ISO 11783 (сельскохозяйственная и лесохозяйственная техника) определяют профили приложений на основе сетевого подхода SAE J1939. Они несовместимы, потому что спецификации физического уровня отличаются.

Время пионеров CAN

Хотя CAN изначально разрабатывался для использования в легковых автомобилях, первые приложения пришли из разных сегментов рынка.Особенно в Северной Европе CAN уже был очень популярен в первые дни своего существования. В Финляндии производитель лифтов Kone использовал шину CAN. Шведское инженерное бюро Kvaser предложило CAN в качестве протокола связи внутри машин некоторым производителям текстильных машин (Lindauer Dornier и Sulzer) и их поставщикам. В связи с этим под руководством Ларса-Берно Фредрикссона эти компании основали «Группу пользователей CAN Textile». К 1989 году они разработали коммуникационные принципы, которые помогли сформировать среду разработки «Королевство CAN» в начале 1990-х годов.Хотя CAN Kingdom не является прикладным уровнем по отношению к эталонной модели OSI, его можно рассматривать как предка протоколов более высокого уровня на основе CAN.

В Нидерландах компания Philips Medical Systems присоединилась к промышленным пользователям CAN, решив использовать CAN для внутренней сети своих рентгеновских аппаратов. «Спецификация сообщений Philips» (PMS), в основном разработанная Томом Сутерсом, представляла собой первый прикладной уровень для сетей CAN. У профессора доктора Конрада Эчбергера из Университета прикладных наук в Вайнгартене, Германия, были почти идентичные идеи.В Центре передачи Штейнбайса для автоматизации процессов (СТЗП), которым он руководил, он разработал аналогичный протокол.

Несмотря на то, что начали появляться первые стандартизированные протоколы более высокого уровня, большинство пионеров CAN использовали монолитный подход. Коммуникационные функции, управление сетью и прикладной код были одним программным обеспечением. Несмотря на то, что некоторые пользователи предпочли бы более модульный подход, они все же столкнулись бы с недостатком проприетарного решения.Необходимые усилия для улучшения и поддержки протокола более высокого уровня CAN были недооценены, что отчасти верно и сегодня.

В начале 1990-х пришло время создать группу пользователей для продвижения протокола CAN и его использования во многих приложениях. В январе 1992 года Хольгер Зелтвангер, в то время редактор журнала VMEbus (издатель: Franzis), объединил пользователей и производителей, чтобы создать нейтральную платформу для технического усовершенствования CAN, а также для маркетинга системы последовательной шины.Два месяца спустя была официально создана международная группа пользователей и производителей «CAN в автоматизации» (CiA). В эти первые дни информационный бюллетень CAN уже был опубликован.

Первая техническая публикация, выпущенная всего через несколько недель, касалась физического уровня: CiA рекомендовала использовать только приемопередатчики CAN, соответствующие стандарту ISO 11898. Сегодня приемопередатчики EIA-485 для конкретных производителей, которые довольно часто использовались в сетях CAN в то время и не всегда были совместимы, должны были полностью исчезнуть.

Одной из первых задач CiA была спецификация прикладного уровня CAN. Используя существующий материал от Philips Medical Systems и STZP, а также с помощью других членов CiA, был разработан «Прикладной уровень CAN» (CAL), также называемый «Зеленой книгой». При разработке спецификаций с использованием CAN одной из основных задач CiA была организация обмена информацией между экспертами CAN и теми, кто хотел получить больше знаний о CAN. Поэтому с 1994 года проводится международная конференция CAN (iCC).

Еще один академический подход применялся в LAV: Немецкой ассоциации сельскохозяйственных транспортных средств. С конца 1980-х годов была разработана шинная система на основе CAN для сельскохозяйственных транспортных средств (LBS). Но прежде чем работа могла быть успешно завершена, международный комитет принял решение в пользу американского решения J1939 (ISO 11783). Этот профиль приложения, который также основан на CAN, был определен комитетами SAE Truck and Bus Association. J1939 — это немодульный подход, который очень прост в использовании, но при этом достаточно негибок.

Также была разработана стандартизация CAN для грузовых автомобилей. Сеть между грузовиком и прицепом стандартизирована как ISO 11992. Этот протокол основан на J1939 и должен использоваться в Европе с 2006 года. . Оба были представлены для международной стандартизации. Однако производители автомобилей до сих пор использовали проприетарные программные решения.

От теории к практике

Конечно, производители полупроводников, внедрившие ядра CAN в свои микроконтроллеры, в основном ориентированы на автомобильную промышленность.С середины 1990-х годов компании Infineon Technologies (ранее Siemens Semiconductors) и Motorola (переданные на аутсорсинг как Freescale и позже приобретенные NXP) поставили большое количество контроллеров CAN европейским производителям легковых автомобилей и их поставщикам. В качестве следующей волны дальневосточные производители полупроводников также предлагали CAN-контроллеры с конца 1990-х годов. NEC выпустила свой легендарный CAN-чип 72005 в 1994 году, но это было слишком рано — компонент не имел коммерческого успеха.

С 1991 года Mercedes-Benz использует CAN в своих легковых автомобилях высшего класса.В качестве первого шага электронные блоки управления, отвечающие за управление двигателем, были подключены через CAN. В 1995 году BMW использовала сеть CAN топологии «дерево / звезда» с пятью ECU (электронными блоками управления) в своих автомобилях серии 7. На втором этапе последовали блоки управления, необходимые для электроники кузова. Были реализованы две физически отдельные сети CAN, часто соединенные через шлюзы. Другие производители автомобилей последовали примеру своих коллег из Штутгарта и обычно внедряли в свои легковые автомобили две сети CAN.В настоящее время все они внедряют в свои автомобили несколько сетей CAN.

В начале 1990-х инженеры американской машиностроительной компании Cincinnati Milacron создали совместное предприятие с Allen-Bradley и Honeywell Microswitch для проекта управления и связи на основе CAN. Однако вскоре важные участники проекта сменили работу, и совместное предприятие распалось. Но Allen-Bradley и Honeywell продолжили работу по отдельности. Это привело к появлению двух протоколов более высокого уровня «Devicenet» и «Smart Distributed System» (SDS), которые очень похожи, по крайней мере, на нижних уровнях связи.В начале 1994 года Аллен-Брэдли передал спецификацию Devicenet «Открытой ассоциации поставщиков устройств Devicenet» (ODVA), что повысило популярность Devicenet. Honeywell не удалось поступить аналогичным образом с SDS, что делает SDS более похожим на внутреннее решение Honeywell Microswitch. Devicenet был разработан специально для автоматизации производства и поэтому представляет собой прямой противник таких протоколов, как Profibus-DP и Interbus. Предлагая готовые функции plug-and-play, Devicenet стала ведущей шинной системой в этом конкретном сегменте рынка в США.

В Европе несколько компаний пытались использовать клиентские лицензии. Хотя подход CAL был правильным с академической точки зрения и его можно было использовать в промышленных приложениях, каждому пользователю необходимо было разработать новый профиль, поскольку CAL представляла собой настоящий прикладной уровень. CAL можно рассматривать как необходимый академический шаг к независимому от приложений решению CAN, но оно так и не получило широкого признания в полевых условиях.

С 1993 года в рамках проекта Esprit Aspic европейский консорциум под руководством Bosch разрабатывал прототип того, что впоследствии станет CANopen.Это был профиль на основе клиентских лицензий для внутренней сети производственных ячеек. С академической стороны профессор доктор Герхард Грулер из Университета прикладных наук в Ройтлингене (Германия) и доктор Мохаммед Фарси из Университета Ньюкасла (Великобритания) приняли участие в одном из самых успешных мероприятий Esprit за всю историю. После завершения проекта спецификация CANopen была передана CiA для дальнейшего развития и сопровождения. В 1995 году был выпущен полностью переработанный коммуникационный профиль CANopen, который всего за пять лет стал самой важной стандартизированной встроенной сетью в Европе.

Первые сети CANopen использовались для внутренней связи машин, особенно для приводов. CANopen предлагает очень высокую гибкость и конфигурируемость. Протокол более высокого уровня, который использовался в нескольких очень разных областях применения (промышленная автоматизация, морская электроника, военные транспортные средства и т. д.), тем временем был стандартизирован на международном уровне как EN 50325-4 (2003). CANopen используется особенно в Европе. Машины для литья под давлением в Италии, пилы и станки по дереву в Германии, сигаретные машины в Великобритании, краны во Франции, погрузочно-разгрузочные машины в Австрии и машины для изготовления часов в Швейцарии — вот лишь несколько примеров промышленной автоматизации и машиностроения.В Соединенных Штатах CANopen рекомендуется для вилочных погрузчиков и используется в машинах для сортировки писем.

CANopen определяет не только прикладной уровень и коммуникационный профиль, но и структуру для программируемых систем, а также различные профили устройств, интерфейсов и приложений. Это важная причина, по которой целые отрасли промышленности (например, печатные машины, морские приложения, медицинские системы) решили использовать CANopen в конце 1990-х годов.

С Devicenet и CANopen, два стандартизированных (IEC 62026-3 соотв.EN 50325-4/5) доступны уровни приложений, предназначенные для различных рынков промышленной автоматизации. Devicenet оптимизирован для автоматизации производства, а CANopen особенно хорошо подходит для встроенных сетей во всех видах управления машинами. Это сделало проприетарные уровни приложений устаревшими; необходимость определения уровней приложений для конкретных приложений стала историей (за исключением, возможно, некоторых специализированных встраиваемых систем большого объема).

Связь по времени

В начале 2000 года рабочая группа ISO, включающая несколько компаний, определила протокол для запускаемой по времени передачи кадров CAN.Доктор Бернд Мюллер, Томас Фюрер и другие сотрудники Bosch вместе с экспертами полупроводниковой промышленности и академических исследований определили протокол «Связь по CAN, запускаемая по времени» (TTCAN).

Это расширение CAN сделало возможным равноудаленную во времени передачу кадров и реализацию управления с обратной связью через CAN, а также использование CAN в приложениях x-by-wire. Поскольку протокол CAN не был изменен, можно передавать кадры, запускаемые по времени, а также по событиям через одну и ту же систему физической шины.Однако автомобильная промышленность не приняла TTCAN. Кроме того, промышленные пользователи редко используют расширение протокола с запуском по времени. Вместо этого они использовали функции синхронной передачи, указанные в CANopen, так сказать, метод мягкого запуска по времени.

Утверждение властями

В конце 90-х годов было изобретено несколько проприетарных протоколов безопасности на основе CAN. У Survived есть Safetybus p от Pilz, Германия. В 1999 году CiA приступила к разработке протокола CANopen-Safety, который был одобрен немецким TÜV.После серьезных политических дебатов в органах по стандартизации это расширение CANopen (CiA 304) было стандартизировано на международном уровне в EN 50325-5 (2009).

Devicenet использует расширение протокола безопасности CIP. Germanischer Lloyd, одно из ведущих мировых классификационных обществ, одобрило структуру CANopen для морских приложений (CiA 307). Помимо прочего, эта структура определяет автоматическое переключение с сети CANopen по умолчанию на резервную шинную систему. Эти функции в настоящее время обобщены и определены в серии CiA 302 дополнительных функций прикладного уровня CANopen.

CAN FD разработка

В начале 2011 года General Motors и Bosch начали разработку некоторых улучшений протокола CAN, касающихся более высокой пропускной способности. Автомобильная промышленность особенно пострадала от загрузки все большего количества пакетов программного обеспечения в электронные блоки управления (ЭБУ). Эта трудоемкая задача должна была быть сокращена за счет более производительной системы связи. Идея увеличить скорость передачи CAN за счет введения второго битрейта не нова.Несколько ученых опубликовали подходы с начала 2000 года. Но ни один из них не был достаточно зрелым, чтобы убедить автопроизводителей. В сотрудничестве с другими экспертами по CAN компания Bosch заранее разработала спецификацию CAN FD, официально представленную в 2012 году на 13-й международной конференции CAN th в замке Хамбах, Германия.

В ходе процесса стандартизации в рамках ISO было обнаружено несколько научных недостатков в предлагаемых механизмах обнаружения ошибок. Это потребовало пересмотра протокола CAN FD и введения дополнительных мер безопасности (например,грамм. счетчик битов заполнения). По этой причине существует протокол CAN FD, отличный от ISO, который несовместим с протоколом ISO CAN FD, стандартизованным в ISO 11898-1.

Доктор Марк Шрайнер из Daimler дал много советов и хитростей при разработке сетей CAN FD. Многие из его идей включены в серию CiA 601 узлов CAN FD и рекомендаций и спецификаций по проектированию системы.

Светлое будущее CAN

Срок службы технологии CAN был продлен с введением протокола CAN FD.Автомобильная промышленность уже начала внедрять протокол CAN FD для автомобильных сетей следующего поколения. Можно ожидать, что все будущие приложения будут использовать протокол CAN FD. Неважно, требуют ли они более высокой пропускной способности или нет. Вы по-прежнему можете использовать CAN FD с одной настройкой битовой синхронизации. Длина полезной нагрузки в любом случае настраивается от 0 байт до 64 байт.

Для тех, кому нужна большая пропускная способность и гибридные топологии, CiA разработала так называемую спецификацию приемопередатчика SIC (схема улучшения сигнала) (CiA 601-4).Первоначальная идея пришла от Denso, японского поставщика Tier-1.

CiA также разработала протокол CANopen FD, основанный на нижних уровнях CAN FD. В частности, для промышленных приложений управления движением очень приветствуются более высокие скорости передачи и более длинные полезные нагрузки (до 64 байт). CiA также участвует в разработке прикладного уровня на основе CAN FD для коммерческих автомобилей с использованием существующих групп параметров, как указано в серии SAE J1939.

CAN третьего поколения

В конце 2018 года CiA приступила к разработке CAN XL, третьего поколения протоколов канального уровня на основе CAN.Он был инициирован по заказу Volkswagen. Карстен Шанце и Александр Мюллер предложили многие из первых идей. Максимальная полезная нагрузка (поле данных) CAN XL составляет 2048 байт. Еще одной новой функцией является разделение функции приоритета (11-битное поле приоритета) и функции адреса/контента (32-битное поле принятия). Доктор Артур Муттер (Bosch) и Ральф Хильдебранд (Fraunhofer) вместе с другими экспертами внесли множество новых идей.

Тем временем несколько технических групп CiA разрабатывают серию документов CiA, связанных с CAN XL.Это включает также новый подход к подключению физических носителей с использованием кодирования PWM вместо традиционного кодирования NRZ. Эксперты из NXP, особенно Матиас Мут, представили оригинальное предложение по кодированию ШИМ.

Помимо спецификаций нижнего уровня CAN XL, включая планы испытаний на соответствие, существуют рекомендации по проектированию устройств и сетей CAN XL, спецификации протокола более высокого уровня CAN XL, а также спецификации управления уровнями.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.