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.

Тремя годами позже, а именно 1991 году, компания «Bosch» добавила в устройства новые технологии, обновив тем самым существующий стандарт.

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.

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.

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.

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.

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.