Что такое CAN-шина?
Автомобиль подобен человеческому организму. Сеть контроллеров (шина CAN) это как нервная система у человека. В свою очередь, «узлы» или «электронные блоки управления» (ЭБУ) подобны частям тела. Они соединены между собой через CAN-шину.
Шина CAN представляет собой витую пару проводов. С ее помощью все блоки управления в автомобиле соединены в единую информационную сеть.
Причины появления CAN-шины
Когда вы нажимаете выключатель в своем доме, чтобы включить свет, электричество проходит через выключатель к лампам. Автомобили раньше использовали такое же подключение. С тех пор как в 1915 году Генри Форду пришла идея добавить в свои автомобили фары и электрический сигнал, электричество поступало от аккумулятора через выключатели к фарам и другим устройствам. К 1960-м годам в каждом автомобиле были тысячи тяжелых проводов.После нефтяного эмбарго 1970-х годов на автопроизводителей оказывалось все большее давление с целью повышения эффективности использования топлива. Поэтому они начали искать способы уменьшить вес выпускаемых автомобилей. К началу 1980-х годов в автомобилях было все больше и больше электронных блоков управления. Сначала электронное управление получили самые важные системы, такие как системы управления двигателем, трансмиссией и тормозной системой. Но со временем электронное управление распространилось и на второстепенные либо периферийные системы, такие как климат-контроль, блоки комфорта и прочие. В скором времени такое положение дел привело к тому, что производители столкнулись тремя проблемами:
- 1.Вследствие увеличения числа электронных компонентов очень сильно выросла длина и вес проводки, потому что все эти датчики, исполнительные механизмы и блоки управления необходимо было соединять между собой проводами.
- 2.Нередко приходилось дублировать один и тот же датчик, потому что он требовался для работы разных систем.
- 3.Сложность диагностирования подобных систем. Ведь компонентов стало целое множество. Схема электропроводки перестала умещаться на десятках страниц и при этом никакой системы самодиагностики еще не было.
Такие компании, как Bosch, искали тип шинной коммуникационной системы, которая могла бы использоваться в качестве системы связи между несколькими ЭБУ и системами автомобиля. Они искали на рынке, но не могли найти именно то, что было нужно, поэтому они начали разработку «Controller Area Network» в партнерстве с Mercedes-Benz, Intel, а также несколькими университетами Германии.
Теперь, например, достаточно одного датчика температуры, который подключен к блоку управления двигателем. ЭБУ опрашивает датчик температуры для себя и отправляет эту информацию в виде сообщения в информационную шину данных для других блоков.
При таком подходе уменьшается количество проводов, нет дублирования датчиков. Появляется возможность ввода/вывода информации из электронных блоков управления, что позволяет диагностировать сложные системы с множеством электронных блоков управления. Сегодня CAN является стандартом в автомобилях (легковых, грузовых, автобусах, тракторах, …), кораблях, самолетах, электромобилях и многом другом.
Для работы с CAN шиной автомобиля необходимо знать:
CAN шина – это сеть обмена данными определенная в стандарте ISO 11898. Другие каналы обмена данными в автомобиле не могут быть названы CAN шиной. AVC-LAN, BEAN, J1708, VAN и другие старые протоколы это НЕ CAN !
В автомобиле может быть более одной CAN шины. Для каждого функционального сегмента автомобиля выделяется своя сеть CAN. Выделенные сети могут работать на разных скоростях. Шины CAN так же могут быть изолированны друг от друга , но об этом далее.
Скорости работы CAN шины
Названия сегментов сети: Мотор, Шасси, Комфорт, Салон – условны! У Каждого автопроизводителя свои названия этих участков сети!
- Группа VAG: Мотор\шасси – 500 кбит\с, Комфорт – 100 кбит\с и с 2018 года шина Комфорт может иметь скорость 500 кбит\с., Диагностика: 500 кбит\с.
- BMW: Мотор\Шасси – 500кбит\с, Комфорт – 100 кбит\с и с 2018 года шина Комфорт может иметь скорость 500 кбит\с., Диагностика: 500 кбит\с.
- Mercedes-Benz: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 83.333 кбит\с, 250 кбит\с, 125 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с. С 2021 года автомобили могут иметь шину CAN-FD c различными парами скоростей (смотри руководства MercedesBenz). Так же в новых моделях применяются и шины FLEX
- Ford, Mazda: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 125 кбит\с. (Для Ford может быть больше вариантов)
- KIA\Hyundai: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 125 кбит\с, 500 кбит\с, Мультимедиа: 125 кбит\с, 500 кбит\с., Диагностика: 500 кбит\с. С 2021 года автомобиль может быть оборудован шиной CAN-FD со скоростью 500\2000 кбит\с.
- GM: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт: 33.333 кбит\с, 95.2 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с.С 2021 года автомобили могут иметь шинуCAN-FD c различными парами скоростей.
- Toyota, Nissan, Honda, Subaru, Suzuki: 500 кбит\с (может использоваться гейтвей! Изучайте сетевую архитектуру автомобиля!)
- Mitsubishi: Мотор\Шасси: 500 кбит\с, Салон\Комфорт – 83.333 кбит\с, 250 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с.
- Volvo: Мотор\Шасси: 500 кбит\с, Салон\Комфорт – 500 кбит\с, 125 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с.
- Renault: 500 кбит\с ( так называемый моторный CAN )
- Peugeot: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 125 кбит\с.
- Lada: 500 кбит\с ( так называемый моторный CAN )
- Коммерческая и специальная техника: Стандарт J1939 250 или 500 кбит\с.
Сегментация CAN шины по функциональному назначению
- Как правило разные, сегменты сети разделены специальным устройством, которое называется Гейтвей (Gateway, ZGW, ETACS, ICU).
- В роли гейтвея может выступать панель приборов (для простых автомобилей) или отдельный специальный модуль межсетевого интерфейса.
- Гейтвей разделяет потоки данных в разных сегментах сети и обеспечивает связь сегментов сети работающих на разных скоростях.
- ВАЖНО: На многих современных автомобилях CAN шина в диагностическом разъеме OBD2 отделена от других участков сети при помощи гейтвея (Gateway), поэтому подключившись к CAN шине OBD разъема невозможно увидеть поток данных. В этом случае можно увидеть только обмен между диагностическим инструментом и автомобилем во время процесса диагностики! Так же модулем Gateway оборудованы автомобили японских марок >2016г. в зависимости от модели. Автомобили немецких марок оборудуются таким модулем с момента появления в них CAN шины.
- ОБЯЗАТЕЛЬНО изучайте схемы на исследуемый автомобиль, чтобы знать к какому сегменту сети Вы подключаетесь!
Схема ниже изображена в общем виде для упрощения понимания роли Гейтвея. Количество CAN шин и варианты включения блоков управления к тому или другому сегменту сети могут отличаться.
Реализации CAN на уровне электрических сигналов
CAN шина может быть реализована физически тремя способами:
ISO11898-2 или CAN-High Speed.
Классическая витая пара нагруженная с обоих концов резисторами 120 Ом.
В этом случае уровни на шине CAN выглядят так:
Для такой реализации сети используются как правило обычные CAN трансиверы в 8 выводном корпусе, аналоги PCA82C250, TJA1050 и им подобные. Работает такая конфигурация на скоростях 500 кбит\с и выше. (Но могут быть исключения) .
ISO11898-3 или CAN-Low Speed или Faut Tolerant CAN
В этом варианте используется та же витая пара, но линии CAN-Low и CAN-High подтянуты к напряжению питания и массе соответственно.
Такой вариант CAN шины способен переключаться в однопроводный режим в случае повреждения одной из линий. Работает на скоростях до 250 кбит\с. Уровни сигнала на шине отличаются от High Speed CAN, при этом не теряется возможность работы с шиной FT-CAN используя трансиверы High-Speed CAN и соблюдая ряд условий.
Fault tolerant CAN обычно используется для низкоскоростного обмена между блоками управления относящимися к сегменту сети Салон\Комфорт\Мультимедиа.
ВАЖНО: При подключении к шине Faul tolerant CAN, подключать терминальный резистор 120 Ом между линиями CAN-High и CAN-Low НЕ НУЖНО !
Single Wire CAN или SW-CAN
Однопроводный вариант шины CAN. Работает на скорости 33.333 кбит\с (но бывают и исключения)
Используется специальный тип трансиверов. Для того что бы подключиться к такому варианту шины CAN необходимо линию CAN-High анализатора подключить к шине SW-CAN а линию CAN-Low к массе\земле.
