Каншина в авто что это?

Шина CAN в автомобиле

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

Классификация шинных систем автомобиля

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

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

Логические состояния шин и шифрование

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

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

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

В результате на шинной линии тре­буется сигнал более высокого уровня. Это, в свою очередь, отрицательно сказывается на излучении помех. Поэтому необходимо снизить крутизну фронта импульсов сигна­лов шины по сравнению с двухпроводным кабелем. Это связано с уменьшением скоро­сти передачи данных. По этой причине одно­проводной кабель используется только для низкоскоростной шины CAN в области кузова и электроники для функций комфорта. На­пример, низкоскоростная шина CAN с двух­проводным кабелем в случае обрыва кабеля должна продолжать работать как однопрово­дная система.

Однопроводное решение не описывается в спецификации CAN.

Уровни напряжения шины CAN

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

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

Предельные значения

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

Конфигурация шины

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

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

Логические состояния шины CAN

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

Назначение приоритетов

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

Арбитраж шины CAN

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

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

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

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

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

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

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

«Конец фрейма» обозначает конец со­общения.

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

Инициация передатчика

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

Источник: http://press.ocenin.ru/shiny-can-v-avtomobilyah/

Что такое CAN-шина, для чего она нужна и как работает в автомобиле?

Сегодня, все современные автомобили, учитывая огромное множество различных электронных систем и датчиков, становятся большими компьютерами на колесах. Чтобы упорядочить управление электронных систем в авто, была придумана CAN-шина. Давайте постараемся понятье ее принципы работы и что это вообще такое. 

Немного истории про автомобильную CAN шину

Самые первые автомобили обходились без мозговых центров, но и времена тогда были соответствующие. Двигатель автомобиля на тот момент запускался при помощи магнитно-электрического устройства, преобразовывая кинетические энергии в электрическую.

Но с развитием машиностроительной индустрии, автомобили все больше и больше опутывались проводами, а с 1970 годов, по количеству встроенных датчиков автомобиль начал соперничать с самолетом. И чем больше различных электронных опций или устройств размещалось в автомобиле, тем острее становился вопрос о рационализации электрических цепей в автомобиле.

В момент микропроцессорной революцией решение проблемы стало возможным:

Всем знаменитый немецкая компания «Bosch» в 1983 году, приступила к разработке скоростного протокола данных для автомобилестроения. Тремя годами позже, в Детройте на конференции был официально анонсировано устройство под названием CAN (от англ. Controller Area Network — сеть пространства датчиков).

Первыми вариантами чудо устройства в 1987 году по реализации продукции, занялись крупные компании «INTEL» и «FILIPS», а годом позже в 1989 году , компания BMW выпустила первый автомобиль «BMW 8-й серии», на которой датчики были сконструированы при помощи CAN.

BMW 8 Series E31 (1989-1999) – убийца Феррари

Далее, примерно в 1993 году стандарт «CAN» получил международный классификатор «ISO» и вышел уже на всемирную арену.

И после непродолжительного времени, а именно 2001 году в Европе автомобили стали оснащаться CAN-шиной в обязательном порядке, а в 2012 году был выпущен автомобиль с повышенной скорости передачи данных. В связи с колосальными изменениями, автомобили стали оснащаться различными, умными электронными устройствами, а организовывал работу различных датчиков и устройств так называемый CAN блок, с этого момента пошла эра цифровых автомобилей.

1991 году, компания «Bosch» добавила в устройства новые технологии.

Принципы работы CAN-шины

Сама по себе CAN шина – это микро чип, обеспечивающий всю работу программной электроники по 2 проводам CAN_H (Сan-High) / CAN_L (Can-Low) с высокой передачей данных. По каждому из провода передается больше сотни различных управляющих сигналов одновременно, коммутируя между собой различные устройства и контролеры в автомобиле, но и тут предел устройства не ограничивается, при необходимости увеличения потока данных, сигнал может быть усилен до необходимого для этого уровня.

Функционал технологии CAN-шины:

• Фоновый режим – в момент выключенной системы, на микро чип CAN-шины продолжает питание, но это не страшно, уровень потребления электричества в фоновом режиме не высок примерно 2Ma – 3Ma доли миллиампер.
• Старт системы – в момент поворота ключа или нажатия на кнопку «STATR» система оживает, включая при этом режим стабилизации питания с блоков или поступающие на различные управляющие автомобилем датчики.
• Работа в обычном режиме – автомобильные контроллеры обмениваются между собой нужной для автомобиля и водителя информацией, например — диагностической или текущей, при этом уровень потребления питания на пиковых нагрузках может возрасти до «85 Ma» миллиампер.
• Режим сна CAN модуля – как только прекращается эксплуатация автомобиля различные датчики «CAN-шины» системы отсоединяются от электрической сети и переходят в режим спячки до следующего запуска. 

Автомобиль и CAN-шина

Применение скоростной CAN-шины в автомобиле строении является главным связующим звеном совершенно всех электрических цепей в автомобиле, ее действия как позвоночник у человека, соединяющий весь функционал движения тела в целом, благодаря чему и достигается скоростная обработка данных проходимых по сети.

Что такое CAN-шина.

Современные автомобили обладают огромным количеством пот датчиков, датчико-пот датчиков соединенных в единую цифровую автомобильную сеть CAN, объединяя следующие устройства:

• Двигатель ;
• Коробка переключения передач (МКПП / АКПП);
• Система безопасности автомобиля «Аирбэги» и их датчики (коротко, «подушки безопасности»);
• Система блокировки и антиблокировки автомобиля;
• Различные усилитель управления рулем;
• Зажигание;
• Приборка;
• Различные контроллеры, например, определяющие давление в шинах;
• Системы складывания зекрал заднего вида и очистки стекол;
• Мультимедийно-навигационная системы автомобиля;
• Бортовой компьютер;
• Сигнализация да все что есть в автомобиле, так или иначе работая по средством проводки.

CAN-шина в других отраслях

Современные автомобили обладают огромным количеством потдатчиков, датчикопотдатчиков соединенных в единую цифровую автомобильную сеть CAN, объединяя следующие устройства в автомобиле.

Простота технологии и высокая скорость передачи и обработки данных CAN стала распространятся не только в автомобилестроении, CAN-шина стала применятся в таких областях, как:

• Велосипедном производстве, напрмер, знаменитая Японская компания «Симано» в 2009 году, анонсировала велосипед с системой многоуровневого управления переключения скоростей по принципу CAN. Последовав этому размному решению, компания Байон-ИКС применил CAN-шину для системного прямого привода.
• Также технология получила распространение и на бытовом уровне, при реализации системы «умного дома», стала активно применяться технология по принципу CAN-шины. Огромное количество электронных устройств, могут решать свои задачи при помощи сети интрнет и совершенно без человеческого вмешательства, например – системы охраны периметра дома (видеонаблюдение, сигнализации, датчики света, движения и пр..), полив травы, кондиционирование в помещение, да все что может подключаться к питанию.

Примечание! И это еще не предел, CAN шина обязательно помимо основного своего направления – автомобили и умного дома (а автомобиль, своего рода второй дом!), найдет и своего потребителя в других областях.

Преимущества CAN-шины и недостатки

Положительные качества CAN шины в автомобиле строении:

• Высокая скорость обработки информации, система обладает возможностью работы даже в условиях жесткого «цейтнота» (недостаток времени для обдумывания ходов);
• Простота установки и копеечная стоимость при проведении работ с блоком;
• Помехоустойчиво (что важно в автомобиле);
• В процессе входа-выхода данных, многоуровневая система позволяет избежать огромного количества ошибок в процессе эксплуатации;
• Учитывая возможность работать в условиях повышенной передачи данных, CAN-шине легко приспособиться к любой ситуации;
• CAN-шина обладает высоким уровнем безопасности автомобиля с блокировкой всех двигательных систем стороннего проникновения и идеальная коммутируемость с автосигнализацией и иммобилайзером;
• Палитра и многообразие стандартов CAN-шины, позволяет внедрять эту технологию даже в самый дешевый автомобиль.

Комплексная система защиты на базе IGLA.

Как и любой электронной системе, у высокоскоростной CAN-шины есть много различных направлений развития и естественно имеются слабые стороны, а именно:

• Объем обрабатываемой информации, доступный для передачи данных одновременно ограничен учитывая современные технологии и требования различных систем;
• Большая часть обладает техническим и служебным назначением, а на более полезные данные отводится крохотная часть трафика в сети (есть к чему стремиться, я думаю это временно);
• Не стандартизирован протокол высшего уровня.

Выводы: всеми любимая и очень круто-популярная немецкая компания «BOSCH» является изобретателем не только свечи зажигания двигателя внутреннего возгорания с топливным фильтром, но и, так сказать «внутри автомобильный интернет» для большущего количества автомобильных датчиков с именем «CAN-шина» и не смотря на все узнаваемость CAN-шины совсем недавно, этому детищу примерно уже 30 лет отроду.

Источник: https://disgear.ru/info/chto-takoe-can-shina-dlya-chego-ona-nuzhna-i-kak-rabotaet-v-avtomobile/

Зачем нужна CAN-шина в автомобиле

Материал подготовлен автором проекта АвтобурУм. Источник https://autoburum.com/blog/916-zachem-nuzhna-can-shina-v-avtomobile. Для тех, кому интересна автоэлектрика, рекомендую почитать блог автора https://autoburum.com/user/stas90/blog/

В современном автомобиле большинство систем управления автоматизировано. Каждая система контроля, как то, двигателем, ABS, коробкой переключения передач, кузова представляет, по сути, отдельный микрокомпьютер с микропроцессорным управлением. Для организации взаимодействия отдельных систем, обмена информации в автомобиле имеется специальная сеть, которая называется CAN-шиной.

История разработки

Концерн BOSCH еще в конце 70-х годов прошлого века, производя унификацию процессов автоматизации, предложил концепцию обмена информации посредством «витой пары». Она представляла два свитых проводника, по которым передавалась информация между вычислительными системами в кодированном виде. Эта концепция оказалась настолько удачной, что ее до сих пор используют в промышленных устройствах контроля, системах «умный дом» и других областях.

В машиностроении стандарт CAN предполагает шину, которая организуется при помощи пары свитых изолированных проводников. По симметричным каналам следуют сигналы противоположной полярности, что значительно увеличивает помехозащищенность. Данный стандарт имеет сертификацию ISO 11898. Один пакет информации имеет 11 или 29-битную длину.

В принципе, организация связи по CAN-каналу может быть перестроена на оптоволоконный или радиоканал. Со временем, особенно после широкого распространения беспилотных автомобилей, CAN-шина может объединить целый транспортный комплекс, организовать управление по мобильному каналу. Тогда с одного места оператора можно контролировать техническое состояние и движение всего автопарка самомобилей.

Принцип работы

Непосредственно CAN-шина большинства автомобилей не представляет ничего сверхсложного. На физическом уровне это два сплетенных проводника разного цвета, по которым распространяются сигналы различных уровней (H и L). За формирование сигналов отвечает CAN-контроллер. В большинстве автомобилей устанавливается CAN-трансивер (приемопередатчик), который отвечает за:

• усиление уровней;
• увеличение скорости приемопередачи;
• обеспечение защиты от помех;
• защиты CAN-контроллеров на случай замыкания электропроводки.

В автомобилях применяют два типа трансмиттеров: Fault Toleran и High Speed. Первый тип имеет относительно невысокую скорость (120 кб/сек), но за счет потерь скорости увеличена надежность связи – он толерантен к сбоям. Второй тип имеет скорость до 1 мегабита/секунду, но меньшую помехозащищенность.

Схемы CAN-шины

Обобщенно схема подключения:

Такая схема подключения устройств называется параллельной схемой подключения. Для достижения максимальной скорости волновые сопротивления блоков должны согласовываться. Если выходит из строя один из блоков (трансмиттеров), этот блок может «завалить» всю шину. Такая же неисправность возникает и в случае КЗ шины.

Каждый автомобиль реагирует на неисправность CAN-шины по-разному. Обычно автомобиль входит в аварийный режим, на нем еще можно ехать. Но и в этом случае автоматическая коробка передач также входит в аварийный режим (например, работает только до 2-й передачи). Большинство индикаторных лампочек на приборной панели начинает сигнализировать о неисправности. Хуже всего, если произойдет блокировка двигателя иммобилайзером. Тогда без услуг эвакуатора не обойтись.

В некоторых авто для улучшения связи по КАН-каналу применяют дополнительный блок интерфейса.

В случае его отказа проблемы по шине неизбежны.

Режимы обмена информации шины:

• зажигание ВКЛ — активный;
• зажигание ВЫКЛ – «спящий»;
• пробуждение и засыпание.

В спящем режиме CAN-шина полностью не бездействует. Большинство автомобилей используют шину для организации сбора информации дла системы сигнализации и охраны, собирая информацию по шине о датчиках проникновения, контактных устройствах.

Кан-шина подключена к диагностическому разъему автомобиля. Этот факт может существенно помочь при проведении ремонтных работ, связанных с CAN-шиной. Во-первых, можно посмотреть и отследить цвет проводников шины. Во-вторых, легко проверить напряжения на шине, посмотреть сигнал на осциллографе.

Преимущества и недостатки

Основной недостаток CAN-шины: трудность поиска конкретного места обрыва или нарушения связи. Дело в том, что при неисправности шины автомобиль, как правило, перестает диагностироваться или диагностируется частично. Обрыв линии связи, особенно в случаях ремонта, связанных с ДТП, приходится обнаруживать «на ощупь».

Несомненно, CAN-шина в современном автомобиле не роскошь, а необходимое устройство. Одно время некоторые производители пошли по пути объединения всех блоков управления автомобиля в единый «суперблок». В такой блок поступала информация со всех датчиков и систем авто, он производил управление всеми устройствами – от форсунок до лампочек подсветки номера. В этом случае взаимосвязь отдельных блоков управления не нужна (их просто нет), потребность в CAN-шине отпадала. Попытка внедрить такие авто в серию показала ненадежность таких суперблоков. Возможно, со временем к такой модели еще вернутся.

Преимущества CAN-шины:

• оперативность;
• простота канала передачи информации;
• совместимость с диагностическими устройствами;
• упрощение схемы подключения автосигнализаций с контролем по CAN-шине.

Признаки неисправности CAN-шины

Основные признаки неисправности шины:

• одновременная внезапная индикация нескольких лампочек на приборной панели (ABS, «CHECK ENGINE» др.);
• пропадание показателей скорости, уровня топлива и других указателей на приборном щитке;
• значок «восклицательный знак».

В первую очередь следует выполнить компьютерную диагностику всех систем автомобиля. Если она показывает на отказ шины, необходимо выполнить следующие работы:

• Найти CAN-шину. Проще посмотреть цвета проводников на диагностическом разъеме (6 и 14 соответственно Н и L).
• Измерить напряжение на L и H выводе мультиметром (обычно близко к 4-м Вольтам).
• С помощью осциллографа посмотреть форму сигнала на шине при включенном зажигании.
• Если сигнал отсутствует или соответствует напряжению бортовой сети, необходимо искать обрыв или к КЗ.
• Возможно, шину «коротит» один из блоков (часто ABS). В этом случае можно попробовать последовательно снимать разъемы с блоков

Проблемы с CAN-соединением считаются сложным случаем, особенно если она обустроена по последовательной схеме. Для их решения лучше обратиться к автоэлектрикам.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/595e2e2177d0e6f896f75dbb/zachem-nujna-canshina-v-avtomobile-5ac5c203ad0f22f522c292f0