W dobie coraz bardziej skomplikowanych systemów elektronicznych (np. ADAS) i ich podzespołów takich jak czujniki radarowe, kamery czy lidary, taka objętość danych przestała być już wystarczająca. Dodatkowo prędkość transmisji w standardowej magistrali CAN osiągająca maksymalnie do 1 Mbit/s, przy dużej liczbie przesyłanych ramek może prowadzić do opóźnień i przeciążenia tej sieci. Odpowiedzią na tego typu zapotrzebowanie stało się wprowadzenie nowego standardu CAN-FD (Flexible Data Rate) pozwalający na przesłanie ramki o pojemności 64 bajtów z prędkością do 8 Mbit/s.

Magistrala CAN, czyli Controller Area Network, została opracowana przez firmę Bosch w latach 80-tych XX wieku jako odpowiedź na rosnącą rolę systemów elektronicznych w pojazdach. Jej pierwsze seryjne wykorzystanie nastąpiło w 1992 roku w Mercedesie klasy S, gdzie magistralę użyto do zarządzania systemem komfortu. Przed wprowadzeniem magistrali danych w motoryzacji, komunikacja między sterownikami odbywała się przez znaczne ilości przewodów elektrycznych, co powodowało nadmiar kabli, zwiększoną masę pojazdu i trudności w diagnostyce. Wprowadzenie CAN znacząco uprościło architekturę instalacji elektrycznej pojazdów (ilustracja 1), umożliwiając wszystkim jednostkom sterującym korzystanie ze wspólnej magistrali danych, dzięki czemu każdy moduł ECU może zarówno nadawać, jak i odbierać informacje.

Podstawą funkcjonowania magistrali CAN jest transmisja różnicowa realizowana przez dwa przewody: CAN_H i CAN_L. (zdjęcie 2). Dzięki temu możliwe jest skuteczne tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych, co jest szczególnie istotne w środowisku motoryzacyjnym, gdzie wiele podzespołów może być potencjalnym źródłem zakłóceń.

Dane przesyłane są w formie ramek danych, które zawierają między innymi identyfikator wiadomości, pole danych, sumę kontrolną CRC oraz bit potwierdzenia odbioru. Sterowniki komunikują się pomiędzy sobą w oparciu o tzw. identyfikatory wiadomości, które nie są przypisane do konkretnego urządzenia, lecz określają zawartość przesyłanych danych. Dzięki temu każda jednostka sterująca czyli ECU jest w stanie samodzielnie rozpoznać które wiadomości są dla niej najważniejsze. Gdy kilka jednostek próbuje nadawać jednocześnie, każda z nich rozpoczyna transmisję swojego identyfikatora bit po bicie. Wiadomość o najniższym numerze (a więc o najwyższym priorytecie) przejmuje kontrolę nad magistralą. Pozostałe jednostki automatycznie przerywają nadawanie i czekają na kolejną możliwość transmisji. Dzięki tej metodzie unikane są kolizje danych na linii komunikacyjnej magistrali. Co więcej, uszkodzony sterownik jest automatycznie odłączany od magistrali co zapobiega transmisji nieprawidłowych danych.

Wraz ze wzrostem liczby jednostek sterujących i objętości danych niezbędnych do ich prawidłowego działania poszczególnych systemów w pojeździe, pojawiła się potrzeba stworzenia rozwiązania, które umożliwiłoby szybszą i zwiększoną transmisję, zachowując przy tym kompatybilność z dotychczasową infrastrukturą. Tak narodził się standard CAN-FD (Flexible Data Rate) wykorzystywany w magistralach danych pojazdów od 2012 roku.

CAN-FD stanowi rozwinięcie klasycznego protokołu  CAN. W nowej wersji rozszerzono długość pola danych z 8 do nawet 64 bajtów, co stanowi ośmiokrotny wzrost pojemności jednej wiadomości. Ponadto, w CAN-FD wprowadzono możliwość zwiększenia prędkości transmisji w części wiadomości zawierającej dane (do maksymalnie 8 Mbit/s), podczas gdy pozostałe pola ramki (takie jak nagłówki czy kontrola dostępu) są przesyłane z prędkością nominalną.

Ważnym udoskonaleniem jest również rozszerzona suma kontrolna CRC, której długość dostosowano do objętości przesyłanych danych, co zwiększa niezawodność transmisji. CAN-FD pozwala też na lepsze zarządzanie magistralą dzięki większej możliwości związanej z konfiguracją parametrów magistrali, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla nowoczesnych pojazdów z rozbudowaną elektroniką.

Współczesne systemy wspomagania kierowcy, znane jako  ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), wymagają bardzo szybkiej i niezawodnej komunikacji pomiędzy czujnikami, sterownikami i podzespołami wykonawczymi. Systemy takie jak adaptacyjny tempomat, rozpoznawanie znaków drogowych, asystent pasa ruchu czy system awaryjnego hamowania opierają się na analizie danych pochodzących z wielu źródeł. Przykładowo, kamera identyfikująca i monitorująca ruch pieszych lub pojazdów generuje znacznie  Dlatego prędwięcej danych (w czasie pracy wynoszący 1 minutę) niż wszystkie czujniki układu doładowania i zasilania silnika (w czasie pracy około 10 minut).kość przesyłu tych informacji jest priorytetem w funkcjonowaniu systemów bezpieczeństwa, co pozwala na ich reakcję w czasie rzeczywistym.

CAN-FD umożliwia transmisję znacznie większych pakietów danych z dużo wyższą prędkością, co z kolei pozwala na szybsze przetwarzanie informacji i podejmowanie natychmiastowej reakcji przez systemy elektroniczne pojazdu. W praktyce oznacza to, że CAN-FD nie jest jedynie ewolucją technologiczną, ale warunkiem koniecznym dla prawidłowego działania wielu funkcji nowoczesnych pojazdów. Bez tej magistrali niemożliwe byłoby zapewnienie stabilnej i wystarczająco szybkiej komunikacji w pojazdach wyposażonych w zaawansowane technologie bezpieczeństwa i wspomagania.

Aby diagnozować i programować ECU pracujące w standardzie CAN-FD, konieczne jest posiadanie odpowiednich narzędzi obsługujących nowy protokół. Niezbędna jest też znajomość i praktycznie wykorzystanie oscyloskopu, urządzenia które potrafi w czytelny sposób przedstawić sygnał magistrali CAN.

Chcesz być na bieżąco z informacjami? Obserwuj nas w wiadomościach Google: