Особенности цифровой Сan шины, зачем она нужна в автомобиле, какие функции исполняет

Современный автомобиль имеет на борту современную электронику с большим количеством исполнительных и управляющих модулей, включая всевозможные контроллеры, датчики и т д., а для обмена информацией требовалась надежная и быстрая передача данных для связи между устройствами.

Современная шина CAN обеспечивает дуплексную систему одновременной передачи и приема цифровой информации, обработку ее в одном блоке, где важную роль играет скорость передачи данных. Реализация шины CAN представляет собой витую пару, которая позволила значительно снизить электромагнитные поля, возникающие при работе генератора и других важных систем автомобиля.

Имеет ли CAN-шина что-то общее с обычными шинами

---

Услышав такое определение, как «шина CAN», неопытный водитель подумает, что это другой тип автомобильной резины. Но на самом деле это устройство не имеет ничего общего с обычными шинами. Это устройство создано для того, чтобы не было необходимости прокладывать в машине кучу кабелей, так как всеми системами машины нужно управлять из одного места.

Can bus позволяет сделать салон автомобиля комфортным для водителя и пассажиров, ведь при его наличии не будет большого количества проводов, он позволяет контролировать все системы автомобиля и удобно подключать дополнительное оборудование: трекеры, сигнализации, маяки, секреты и многое другое. В машине старого образца такого устройства еще нет, что доставляет массу неудобств.

Когда была разработана цифровая CAN шина и какое её назначение

---

Разработка цифровой шины началась в 20 веке. Две компании, INTEL и BOSCH, взяли на себя ответственность за этот проект. 
После некоторых совместных усилий специалисты этих компаний разработали сетевой индикатор – CAN. Это был новый тип проводной системы, через которую передаются данные. Эта разработка получила название пневматической. Он состоит из двух плетеных проводов достаточно большой толщины и по ним передается вся необходимая для каждой из систем автомобиля информация. Еще есть шина, представляющая собой набор проводов, она называется параллельной.

Если подключить автосигнализацию к CAN-шине, возможности охранной системы увеличатся, а прямым назначением этой автомобильной системы можно назвать:

• упрощение механизма подключения и эксплуатации дополнительных систем автомобиля;
• возможность подключения любого устройства к системе автомобиля;
• возможность одновременного приема и передачи цифровой информации из различных источников;
• снижает влияние внешних электромагнитных полей на работу основных и дополнительных систем автомобиля;
• ускоряет процесс передачи данных на необходимые устройства и системы машины.

Эта система работает как анализатор и распространитель информации, благодаря чему гарантируется штатная и качественная работа всех систем автомобиля.

Какие системы входят в современную Can шину автомобиля

---

Всем известно, что жестяная шина — это анализатор информации и доступное устройство для передачи команд основным и дополнительным системам автомобиля, дополнительному оборудованию — автосигнализациям, датчикам, трекерам. Современная цифровая шина включает в себя следующие системы:

• цифровая шина блока питания; 
• электронные блоки управления двигателями и коробками передач;
• блоки управления АБС и подушками безопасности;
• блоки управления топливным насосом высокого давления и рулевым механизмом;
• электронный замок зажигания и центральный монтажный блок;
• датчик определения угла поворота руля;
• специальная цифровая шина для системы «Комфорт»;
• электронные дверные блоки и контроль парковки;
• блок управления стеклоочистителями и блок контроля давления в шинах;
• навигационно-информационная система;
• звуковая система.

В этот список не входят внешние системы, которые можно подключить к цифровой шине. Вместо нее может быть автосигнализация или дополнительное оборудование аналогичного типа. Вы можете получать информацию с CAN-шины и контролировать работу анализатора с помощью компьютера. Это требует установки дополнительного адаптера.

Не все сигнализации имеют возможность подключения к цифровой шине. Если автовладелец хочет, чтобы его автосигнализация обладала дополнительными функциями и имела возможность постоянного контроля систем автомобиля на расстоянии, ему стоит задуматься о покупке более дорогого и современного варианта охранной системы. Такая сигнализация легко подключается к кабелю CAN-шины и работает очень эффективно.

Преимущества и недостатки применения КАН-шины в автомобиле

---

Начать надо с того, что если бы стандарт CAN не был предложен в 80-х годах прошлого века, его место наверняка занял бы другой тип взаимодействия между системами автомобиля.

Можно, конечно, разместить все блоки управления системами автомобиля в едином суперблоке, в котором программное обеспечение обеспечивает взаимодействие разных систем. Такие попытки предпринимались французскими производителями. Однако с увеличением функциональности и производительности вероятность отказа значительно возрастает. Неисправности, такие как стеклоочистители, могут привести к тому, что двигатель не запустится.

Основные преимущества использования CAN-шины:

• возможность оперативного контроля и диагностики всех систем автомобиля;
• объединять информационные потоки в единый защищенный от помех канал;
• универсальность, способствующая унификации диагностических процессов;
• возможность подключения охранных систем по CAN-шине (не нужно тянуть проводку к каждому элементу управления).

Недостатки CAN-шины:

• низкая надежность;
• повреждение одного из блоков управления может привести к полной неработоспособности CAN-подключения.

Принцип работы

---

Принцип работы, по которому работает анализатор шины CAN, заключается в том, что ему необходимо быстро обработать полученную информацию и вернуть ее в виде сигнала для конкретной системы. В каждом отдельном случае скорость передачи данных для систем автомобиля разная.

Параметры скорости

Основные скоростные параметры выглядят так:

• суммарная скорость передачи потоков данных по цифровой шине – 1 Мбит/с;
• скорость передачи обрабатываемой информации между блоками управления автомобиля – 500 кб/с;
• скорость, с которой система «Комфорт» получает информацию, составляет 100 кбит/с.

Особенности передачи данных

Если автосигнализация подключена к цифровой шине, информация будет поступать максимально быстро, а команды, подаваемые человеком с помощью брелока, будут выполняться точно и вовремя. Системный анализатор работает без перебоев и поэтому работа всех систем машины всегда будет в исправном состоянии. 

Цифровая шина представляет собой полную сеть контроллеров, которые объединены в компактное устройство и могут быстро получать или передавать информацию, запускать или выключать определенные системы. Последовательный режим передачи данных делает работу системы более плавной и корректной. Шина CAN является механизмом, который имеет тип доступа Collision Resolution и этот факт необходимо учитывать при установке дополнительного оборудования.

Обычно проводка CAN-шины оранжевого цвета, и они отличаются друг от друга полосами разного цвета (CAN-High — черная, CAN-Low — оранжево-серая).

При обмене информацией между любым блоком управления и с помощью приемопередатчика сигналы приема и передачи информации усиливаются до необходимого уровня.

Каждый блок, подключенный к CAN-шине, имеет определенное входное сопротивление, вследствие чего формируется нагрузка CAN-модуля.

Нагрузка на центральную CAN-шину зависит от одновременного подключения и использования исполнительных механизмов и электронных блоков управления автомобиля и различных датчиков, например, сопротивление силового агрегата, подключенного к CAN-шине, составляет в среднем 68 Ом, информационно-командное Системы «КОМФОРТ-пакет» от 2,0 до 3,5 кОм. В момент деактивации всей системы деактивируется и нагрузочное сопротивление модулей, работающих через CAN-шину.

Распределение нагрузки по проводам

Блоки управления автомобильными системами помимо различных нагрузочных резисторов имеют еще и скорость передачи данных, что может быть препятствием при обработке импульсов разной природы.

Преобразователь – это так называемый межсетевой интерфейс, в автомобиле используется в блоке управления или как самостоятельный блок и т.д. Интерфейс преобразователя используется для ввода/вывода различной информации из диагностического разъема OBD, который подводится к диагностическому разъему через определенный кабель и соединяет центральный блок управления с разъемом OBD по шине CAN.

OBD — это универсальный диагностический разъем с множеством удобств и преимуществ для сканирования автомобиля на ошибки и диагностики.

Как показано на изображении, электронные блоки CAN-шины общаются в автомобиле через разные блоки, но блок питания CAN-шины, информационно-командная система и система Комфорт делают одно и то же, в зависимости от марки автомобиля и в своем составе, единицы могут различаться, но суть идеи остается неизменной.

Могут ли возникать проблемы в работе кан шины

---

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

• произошел обрыв проводников системы;
• произошло замыкание на массу или аккумулятор;
• отключение систем CAN-High или CAN-Low – белее или меньше скорости системы цифровой шины;
• если напряжение в системе слишком низкое или батарея полностью разряжена;
• если нет резиновых мостиков;
• из-за неисправной катушки зажигания и других проблем подобного характера.

При обнаружении неисправности системы необходимо искать ее причину, так как она может скрываться в дополнительном оборудовании, которое было установлено: автосигнализациях, датчиках и других внешних системах. Устранение неполадок следует проводить следующим образом:

• проверить работу системы в целом и запросить неисправный банк;
• проверить напряжение и сопротивление проводников;
• проверка сопротивления резисторных мостов.

Диагностика неисправностей

---

Диагностика неисправностей автомобиля осуществляется путем подключения специализированного диагностического оборудования с необходимым программным обеспечением, так называемого анализатора шины CAN, либо с помощью осциллографа (с анализатором шины ЧН) и (цифрового) мультиметра).

Проверка функционирования шины CAN начинается с измерения сопротивления между проводами CAN.

В основном, все неисправности CAN-шины состоят из обрыва или замыкания линий, нагрузочных резисторов, нарушения логики работы или снижения уровня сигнала. В случае логического нарушения поиск и обнаружение проблемы возможно только с помощью анализатора CAN-шины.

Поскольку интерфейс CAN связан со многими системами автомобиля, при выходе из строя или неисправности одного из узлов он может работать некорректно. Их наличие повлияет на работу основных агрегатов.

Признаки и причины

О возникновении неисправностей могут сообщать следующие «симптомы»:

• на приборной панели ни с того ни с сего загорелось одновременно несколько значков: подушек безопасности, рулевого управления, давления в системе смазки и т.д.;
• загорелся индикатор Check Engine;
• на панели управления нет информации о температуре силового агрегата, уровне топлива в баке, скорости и т.д.

Причины сбоев в работе CAN интерфейса:

• обрыв проводки в одной из систем или повреждение линий электропередач;
• короткое замыкание в работе агрегатов на аккумулятор или массу;
• повреждение резиновых перемычек на разъеме;
• окисление контактов, в результате чего прерывается передача сигналов между системами;
• разрядка автомобильного аккумулятора или падение значения напряжения в электросети, что связано с неисправностью генераторной установки;
• отключение систем CAN-high или CAN-low;
• появление сбоев в работе катушки зажигания.

Канал «КВ Автосервис» рассказал подробнее о провалах цифрового интерфейса и тестах с компьютером».

Диагностика

Процесс проверки:

• Диагностика начинается с поиска витой пары проводника шины CAN. Кабель имеет черную или серо-оранжевую изоляцию. Первый уровень является доминирующим, а второй – второстепенным.

• С помощью мультиметра проверяется значение напряжения на контактных элементах. При выполнении задания зажигание должно быть включено. Процедура проверки покажет напряжение в диапазоне от 0 до 11 вольт. На практике это обычно 4,5 В.
• Зажигание выключено. Проводник с минусовым контактом отсоединяется от аккумулятора, зажим необходимо предварительно ослабить гаечным ключом.

• Измеряется параметр сопротивления между проводниками. Вы можете узнать замыкание контактов, если это значение станет равным нулю. Когда диагностика показала, что сопротивление бесконечно, значит, в линии питания есть обрыв. Проблема может быть непосредственно в контакте. Требуется более детально проверить разъем и все кабели.

На практике короткое замыкание обычно происходит из-за неисправности в устройствах управления. Чтобы найти неисправный модуль, отключите питание каждого блока по очереди и проверьте значение сопротивления.

Подключение сигнализации своими руками

---

Для подключения охранного комплекса к цифровому интерфейсу необходимо знать место установки микропроцессорного модуля управления сигнализацией. Это устройство установлено под комбинацией приборов машины. Возможна установка устройства за перчаточным ящиком или аудиосистемой.

Необходимые приборы и инструменты

Сначала нужно подготовить:

• тестер напряжения – мультиметр;
• нож;
• изолента;
• отвертка Филлипс.

Пошаговая инструкция

Установка производится так:

• Приступая к делу, необходимо убедиться в работоспособности противоугонного комплекса. В том случае, если установка системы не завершена, необходимо подключить все устройства к блоку управления и к аккумулятору.
• Производится поиск основного кабеля, идущего к цифровому интерфейсу. Этот кабель всегда толстый и обычно имеет оранжевую оболочку.
• К этому проводнику должен быть подключен микропроцессорный модуль противоугонной системы. Для реализации задачи используется блок цифровой шины.
• Если блок управления системой безопасности не был установлен, он устанавливается. Его следует разместить в скрытом месте, не подвергая воздействию влаги. При установке модуль надежно фиксируется стяжками или саморезами.

• Все соединения проводов должны быть изолированы термоусадочной трубкой или изолентой. После подключения производится диагностика выполненных действий. При наличии проблем следует воспользоваться мультиметром, чтобы найти поврежденный участок.
• На последнем этапе необходимо проверить и настроить все каналы передачи данных. Если есть дополнительные каналы, они также настраиваются.

Канал Garage Lover подробно рассказал об установке и подключении противоугонного комплекса Starline с CAN-шиной.

Сфера влияния CAN-шины

---

Благодаря цифровой сети в современных автомобилях обеспечивается работоспособность различных узлов и систем. Вот некоторые из них: • Силовой агрегат (двигатель и коробка передач) • АБС (антиблокировочная система тормозов) •

Подушки безопасности • Рулевой механизм • Датчики давления в колесах • Топливный насос высокого давления • Парктроник и дверные замки • Блок управления стеклоочистителями • Мультимедийные модули

Вариант сопряжения с любой сигналкой

---

Понятно, что большая часть проводов модуля подключается к автосигнализации, точнее к ее сигнальным выходам и входам. Выше было рассмотрено, как использовать выходы центрального замка или замка.

То есть будем считать, что все шесть клемм модуля уже используются. Это следующие клеммы: питание, земля, подключение к шине (провода 2 и 11), а также контакты 17 и 18 разъема. Подключение остальных контактов описано далее.Рекомендуем: Может ли сигнализация блокировать запуск двигателя, все об иммобилайзерах!

Назначение входов модуля

---

Ниже приведена базовая схема подключения. Вот отображение терминала по умолчанию»:

Выходы модуля перечислены справа, а входы — слева. Концевой выключатель тормоза обычно не подключается к входу 7 – сигнал на нажатие педали присутствует на шине.

Рассмотрим функции всех входов:

1. Провод 9: сервисная кнопка (при включенном зажигании), кнопка временного отключения опции «комфорт» (при выключенном зажигании);
2. Если включено отпирание в два приема (опция 15), то от автосигнализации на вход 17 подается «второй сигнал отпирания»;
3. Провод 16 подключен к выходу: напряжение появляется при срабатывании световой сигнализации;
4. Назначение остальных проводов (7, 8 и 18) можно понять из схемы.

В целом на схеме, если говорить о входах 17 и 18, указан вариант подключения: сигналка управляет состоянием модуля с помощью импульсов. Дело в том, что такой способ управления используется по умолчанию. Но, изменив значение пользовательской опции 14, вы можете переключиться на другую опцию (управление состоянием). Именно о нем речь шла в пункте 2 – не путайте два разных метода!

Выходы модуля и схемы соединений

Теперь поговорим о подключении выходов модуля. Чаще всего они подключаются непосредственно к тревожным входам. Но иногда требуется дополнительное переключение, которое реализуется реле:

Такое подключение, как показано здесь, позволит имитировать событие: дверь водителя всегда открыта после завершения автозапуска.

Известно, что конструкторы любой автосигнализации предусматривают два варианта установки: первый предназначен для автомобилей с АКПП, второй – для автомобилей с «механикой». В первом случае сигналка управляет педалью тормоза, во втором — ручником.

При монтаже подключайте только желто-белый провод или, наоборот, оранжево-черный провод от модуля. Сама сигнализация на большее не рассчитана. Если вам нужны подробности, откройте руководство по персоналу.

Протоколы высокого уровня

---

CAN только решает проблему доставки информации из одной точки в другую, небольшими пакетами (всего 8 байт). Многие аспекты обмена данными выходят за рамки его компетенции.

Обещали предоставить более расширенный пакет услуг. Они используются при необходимости:

• Установить стандарты запуска, включая обменный курс;
• Распределение ранее признанных направлений взаимодействующих элементов и типов сообщений;
• Точная маркировка сообщения;
• Ошибка анализа заказа.

Схема организации обмена данными

---

Блок-схему подключения различных блоков автомобиля к CAN-шине можно представить следующим образом:

Для согласования всех устройств, то есть для организации оптимальных условий и скорости приема и передачи, выходные сопротивления передатчиков должны быть примерно одинаковыми.

На некоторых автомобилях для устранения проблем с синхронизацией информации CAN используется отдельный модуль шлюза.

Каждое сообщение, передаваемое по CAN-шине, имеет свой идентификатор, например «температура охлаждающей жидкости», и код, соответствующий ее значению, например «98,7 градусов Цельсия». Это не обязательно будут абсолютные значения, в большинстве случаев это относительные двоичные единицы, которые затем преобразуются в сигналы управления и контроля.

Диагностические инструменты используют те же данные для мониторинга и обработки информации об основных системах автомобиля.

Основные режимы работы CAN-шины:

• активный (зажигание включено);
• сон (при выключенном зажигании);
• просыпаться и засыпать (при включении и выключении зажигания).

Большинство современных диагностических устройств имеют способ диагностировать ошибки через CAN-шину. Технически это устроено прямым подключением выводов к диагностическому разъему.

Физические составляющие

---

Шинное устройство состоит, кроме кабеля, из нескольких элементов.

Микросхемы приемопередатчиков часто встречаются у Philips, а также у Siliconix, Bosch, Infineon.

Для этого на концах выводов установлены резисторы сопротивлением 120 Ом. Это необходимо для устранения отражения сообщений в конце шины и обеспечения того, что она получает надлежащие уровни тока.

Сам проводник в зависимости от конструкции может быть экранированным или неэкранированным. Конечное сопротивление может отклоняться от классического и находиться в пределах от 108 до 132 Ом.

Обзор возможностей протокола CAN

---

• Продукция – микросхема, средства разработки, модули, средства проектирования;
• Рассылка сообщений: у каждого участника будет возможность выбрать просмотр сообщений, которые касаются только его. Для этого предусмотрены фильтры;
• Характер передачи – если участник выбрал не только свои сообщения, то у него есть возможность увидеть весь поток информации;
• Контентная адресация: явного адресата нет. Адреса содержимого выбираются по идентификатору в самом сообщении;

• Типы сообщений: кадр данных, удаление, ошибки, перезагрузка;
• Стандартный CAN и его расширенная версия отличаются длиной устанавливаемого идентификатора. Если в стандартном варианте он равен 11 битам, то в «толстом» аналоге он равен 29 битам;
• Разрешение конфликтов и приоритизация: Во избежание одновременной передачи данных несколькими участниками разработан арбитражный механизм. Все стаи делятся на доминантные и рецессивные. Не вдаваясь в подробности, укажем лишь, что приоритет всегда на стороне доминирующего сообщения.

Физические уровни:

— Сбалансированная двухпроводная схема высокоскоростного сигнала CAN представляет собой вторую часть стандарта ISO 11898;

— третья часть стандарта ISO 11898 представляет собой следующий уровень предыдущей схемы;

— однопроводный уровень, описанный стандартом SAE J2411. Шины такого уровня устанавливаются, например, на автомобили General Motors.

• Концевое прерывание: шина CAN должна иметь резистор (120 Ом) на конце, чтобы ослабить отражение сигнала и создать уровень постоянного тока.
• Кабель: сопротивление должно быть в пределах 108 – 132 Ом.

• Разъем: Стандартов для разъемов CAN не существует. Каждый протокол описывает свои предпочтения. Тем не менее, существует стандарт де-факто для автомобильной промышленности.

• Ошибка: Драйвер найдет и пометит, уничтожив поток. Эти флаги станут для всех участников цепочки сигналом к ​​ее сбросу.
• Сбои передачи.

Разрешение конфликтов на шине

---

Когда сигналы по шине отправляются на несколько контроллеров, система выбирает, в каком порядке будет обрабатываться каждый контроллер. Два и более устройств могут начать работать практически одновременно. Во избежание конфликтов проводится доработка. Шина CAN современного автомобиля выполняет эту операцию в процессе отправки сообщения.

Существует градация сообщений по приоритету и рецессивная градация. Информация, имеющая наименьшее числовое выражение в поле арбитража, будет иметь преимущество при возникновении коллизии шины.

В процессе передачи информации указанное в ней время не теряется даже при наличии конфликтного состояния системы.

Схема и место расположения КАН-интерфейса

---

Сеть имеет выход наружу через диагностический разъем OBD, где четко определена на этот счет стандартом пара контактов.

Точнее, две пары, из дальнейшего рассмотрения станет понятно, что через диагностику можно подключиться к двум CAN-шинам разного типа и назначения.

Шлюз, обеспечивающий совместную работу на разных автомобилях, может быть выполнен в виде отдельного блока, входить в состав контроллера управления двигателем, но чаще – приборной панели.