Magistrala danych CAN cz. 1. | MOTOFAKTOR

Magistrala danych CAN cz. 1.

person inż. Mariusz Leśniewski 28/04/2023

Następstwem dynamicznie postępującej cyfryzacji elektronicznych systemów pojazdu jest większe zaangażowanie warsztatu w diagnozowanie i naprawę usterek sieci CAN.

 

 

 

Współcześnie magistrala CAN stała się powszechnym protokołem wymiany danych, nawet w pojazdach z silnikami o niewielkiej pojemności skokowej. Bez wiedzy o zasadzie działania i znajomości architektury sieci CAN, jej efektywna naprawa pozostaje mało skuteczna i niezwykle czasochłonna.

 

Dlaczego właśnie magistrala CAN?

Aby w pełni zrozumieć zasadę funkcjonowania transmisji danych typu CAN (z języka angielskiego   Controller Area Network) należy cofnąć się do momentu, gdy zrodziła się idea zastosowania tego typu rozwiązania w pojazdach samochodowych. Przełom lat 80/90 ubiegłego wieku charakteryzował niezwykle dynamiczny rozwój układów elektronicznych, wśród których znalazły się mikroprocesorowe systemy wtrysku paliwa i zapłonu, pierwsze generacje układów ABS czy systemy sterowania przekładnią automatyczną. Każdy z tych układów, do prawidłowego funkcjonowania wymagał zaadoptowania grupy sensorów oraz nastawników odpowiedzialnych za dostarczenie sygnałów do poszczególnych sterowników oraz przesył sygnału zwrotnego do nadzorowania funkcji wykonawczych.

Z biegiem czasu poważne wyzwanie zaczęło stanowić odpowiednie zaprojektowanie instalacji elektrycznej pojazdu – w której liczba złącz wtykowych, przewodów i sterowników zaczęła wpływać na masę samochodu oraz stanowić źródło potencjalnych usterek instalacji elektrycznej (ilustracja 1).

 

 

Ilustracja 1. Liczne badania wykazały, iż największym, bo aż 58% źródłem usterek instalacji elektrycznej pojazdu jest obszar, na który składają się przewody i złącza elektryczne. (Źródło: M. Leśniewski)

 

Inżynierowie zaczęli poszukiwać sposobu na ograniczenie tak dużej ilości podzespołów instalacji elektrycznej i swoją uwagę skupili na pomyśle zastosowanym w procesie wymiany danych wykorzystywanym powszechnie w komputerach osobistych.

 

Wzorując się na wspomnianej strategii wymiany danych, obrano kierunek opracowania przesyłu informacji pomiędzy sterownikami pojazdu, który opierałby się na transmisji sygnału cyfrowego za pośrednictwem tradycyjnych miedzianych przewodów instalacji elektrycznej. Wprowadzony w latach 90 ubiegłego wieku standard wymiany danych za pośrednictwem magistrali CAN Bus w pełni zrealizował początkowe zamierzenia inżynierów.

 

Transmisję danych poprzez CAN charakteryzuje kilka czynników jak i zalet wymienionych w poniższym zestawieniu.

 

  1. Przede wszystkim zastosowanie magistrali CAN to znaczne zmniejszenie ilości przewodów i wtyczek tradycyjnej instalacji elektrycznej pojazdu, powodujące obniżenie poziomu awarii ww. podzespołów, a co za tym idzie zredukowanie masy pojazdu. W celu lepszego zrozumienia idei transmisji danych magistralą CAN, należy przeanalizować trzy warianty instalacji elektrycznej pojazdu. W przedstawionym przykładzie, pierwszy wariant instalacji będzie obejmować zespół pojedynczego sterownika i 16 sensorów (ilustracja 2).
Ilustracja 2. Zobrazowanie instalacji elektrycznej pojazdu posiadającej pojedynczy sterownik wraz z szesnastoma czujnikami. Oznaczenia kolorów: czerwony sterownik, żółty sensor, niebieski przewody instalacji elektrycznej łączące sterownik z sensorem, kolor zielony przewody magistrali CAN łączące sterowniki układu (źródło: M. Leśniewski).

 

W sytuacji, gdy instalację rozbudujemy o kolejne dwa sterowniki (ilustracja 3), ilość przewodów potrzebnych do transmisji sygnałów pomiędzy trzema sterownikami i szesnastoma czujnikami znacząco wzrasta. Tak rozbudowana instalacja wpływa na zwiększenie liczby potencjalnych źródeł usterek i podnosi masę pojazdu.

 

 

Ilustracja 3. Ilustracja przedstawiająca trzy odrębne sterowniki powiązane z szesnastoma czujnikami. Oznaczenia kolorów: czerwony sterownik, żółty sensor, niebieski przewody instalacji elektrycznej łączące sterownik z sensorem, kolor zielony przewody magistrali CAN łączące sterowniki układu (źródło: M. Leśniewski).

 

W przypadku gdy w pojeździe zrealizujemy wymianę danych za pośrednictwem magistrali CAN (Ilustracja 4), ilość oraz masa zastosowanych przewodów zasadniczo się obniża.

 

 

Ilustracja 4. Trzy sterowniki współpracujące z szesnastoma czujnikami w obrębie magistralą danych typu CAN. Oznaczenia kolorów: czerwony sterownik, żółty sensor, niebieski przewody instalacji elektrycznej łączące sterownik z sensorem, kolor zielony przewody magistrali CAN łączące sterowniki układu. (źródło: M. Leśniewski).

 

  1. Standard komunikacji jest zależny od ważności danego sygnału i wpływa bezpośrednio na prędkość transmisji. Priorytetowe informacje są przesyłane przez sterowniki układów bezpieczeństwa i napędowego, z kolei mniejszą wagę mają informacje ze sterowników układów komfortu, audio i nawigacji.
  2. Wygodny dozór przesyłu danych wraz ze zwiększeniem ich bezpieczeństwa.
  3. W pełni otwarta architektura systemu, umożliwiająca podłączenie kolejnego sterownika z wykorzystaniem transferu danych za pośrednictwem przewodów miedzianych lub światłowodowych.
  4. Zaawansowana diagnostyka poszczególnych sterowników.
  5. Niski poziom zakłóceń transmisji danych.

 

W praktyce, funkcjonowanie samochodowej magistrali CAN opiera się na transmisji danych pomiędzy poszczególnymi sterownikami realizowane dwoma skręconymi przewodami z ang. tzw. „Twisted Pair”. Tego typu połączenie minimalizuje zakłócenia oraz pozwala na „symetryczną” wymianę informacji, dlatego jeden z dwóch przewodów jest nazywany przewodem „high”, podczas gdy drugi oznacza się jako przewód „low”. Analizując parametry prędkości przesyłu danych, warto zauważyć, iż prędkość samochodowej magistrali CAN jest dosyć zróżnicowana i może przekraczać 1000 kbit/s, a pewne ograniczenia będą wynikać jedynie z szybkości przetwarzania informacji oraz limitów bufora pamięci danego sterownika.

Dlatego właśnie powszechnie przyjmuje się trzy charakterystyczne poziomy prędkości, gdzie dobrym przykładem do zaprezentowania będzie standard prędkości przesyłu danych koncernu Volkswagena, w którym:

 

1) Magistrala CAN napędu (High Speed CAN) charakteryzuje się szybkością transferu danych wynoszącą ponad 1000 kbit/s, i jest zarezerwowana dla sterowników: jednostki napędowej, automatycznej skrzyni biegów, układów ESP/ABS, czy też poduszek bezpieczeństwa. Najwyższy priorytet informacji przesyłanych magistralą CAN napędu, odpowiada szybkości transferu realizowany praktyczne w czasie rzeczywistym.

 

2) Magistrala CAN komfortu (Low Speed CAN) w której prędkość przesyłu danych wynosi około 500 kbit/s, obejmując zakresem wymianę informacji ze sterowników odpowiadających za komfort jazdy.

 

3) Magistrala CAN Infotainment (Low Speed CAN) w której szybkość transmisji danych wynosi ponad 100 kbit/s, przetwarzając dane ze sterowników systemów multimedialnych takich jak systemy audio czy nawigacji.

 

user photo

Autor

inż. Mariusz Leśniewski

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.

Zapisz się na newsletter główny

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

To był tydzień!

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Strefa Ciężka

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Subscribe to our newsletter

Send me your newsletter (you can unsubscribe at any time).