Как работает CAN-шина и для чего она нужна в автомобиле?

Сегодня автомобиль, представляет из себя, не просто средство на колесах с двигателем и аналоговыми релюхами, которые было при поломке с легкостью заменить не только специалиста, но и мало-мальски грамотному человеку. Автомобиль сегодня представляет из себя целый компьютер да и еще в добавок, передвигающийся на колесах. 

И даже грамотный человек в сегодняшнем авто уже не сможет сам разобраться с этими системами электроники и программаторами работающими во благо передвижения автомобиля, а все работы по ремонту и исправностей каких-либо деталей, должны выполнять профессионалы и именно они, а не кто-то другой. И если вам понадобилось до оснастить свой автомобиль каким-либо дополнительным оборудованием, то доверить своего железно-электронного коня рекомендуем спецам и людям любящим свое дело. 

Очень частенько, при обсуждении с клиентами вопросов дополнительного оборудования и систем охраны в автомобили приходится проводить целые лекции на предмет почему той или иной монтаж дополнительного оборудования будет проводиться по времени больше суток, а иногда и несколько, конечно не обходится, при разговоре и без умных узконаправленных значений каких либо элементов автомобильной электроники типа CAN шина, RGB сигналы и пр… интересные штучки, что вводит незнающего человека в ступор, да я и сам когда-то, так же слушал про это все.))

Что такое автомобильная CAN-shina и для чего она нужна?

За последнее время, число различных опций в автомобиле выросло в разы. Увеличение опций произошло благодаря гонке за улучшения качества и пожеланиям клиентов и их потребностям не просто передвигаться, а передвигаться с комфортом, также еще законодательство увеличило требования безопасности окружающей среды. И при всех дополнительных оснащений потребление электроэнергии автомобиля увеличилось в двое.

Но можно было-бы оставить все без изменений и если раньше вопрос стоял о надежности, то сегодня еще к этому всему прибавилась масса различных опций электронного характера. И перед инженерами встает вопрос о приспособлении автомобиля к научно-техническому прогрессу не внося колоссальных изменений в конструкции но при этом учитывая все тонкости безопасности и эксплуатации.

Учитывая и стандартно применяющаяся схема однопроводного подключения к массе аккумулятора «GND (минус)», а вторым подключение является подключение массы к кузову, а плюсовой провод тянется по всему автомобилю и питается напрямую от генератора, и когда общая длина проводки в автомобиле достигла с километр и весом более центнера, выяснилось, что однопроводная схема хороша, но не во всем, как думали об этом прежде.

Для уменьшения проводов в автомобиле и увеличения скорости передачи данных появилась CAN-шина (от англ. Controller Area Network) «сеть пространства датчиков», которую применяют с сохранением минуса на кузове автомобиля и для уменьшения огромных килограммовых жгутов в автомобиле. Эта разработка велась крупной компанией BOSCH с 1970 года, пройдя международную сертификацию «ISO» в 1993 году вышла на массовое производство примерно с 2011 года.

Для чего все таки нужна CAN-шина, принципы ее работы?

Современный автомобиль обладает современной бортовой электроникой с огромным количеством управляюще-исполнительных модулей, к ним можно отнести всевозможные контроллеры, датчики и пр…, а для обмена информацией требовалась надежная и быстрая передача данных, для общения между приборами.

Современная CAN-шина обеспечивает дуплексную систему для одновременной приемо-передачи цифровой информации, обрабатывая ее одним блоком, где скорость передачи данных играет немаловажную роль. Реализация кан шины представляет с собой витую пару и позволила в разы уменьшить электромагнитные поля, которые возникают при работе генератора и других немаловажных систем автомобиля.

Обычно проводка CAN-шины оранжевых цветов, отличаясь друг от друга различными цветными полосками (CAN-Higt – черная, а CAN-Low – оранжево-серая).

С приходом CAN шины и началом ее применения, схема автомобильных проводников высвободилась от определенного количества проводников, которые обеспечивали связь контроллера управления между диагностическим разъемом, двигателем, мультимедией (навигационные системы на ОС Android), системой защиты автомобиля и пр…, по протоколу KWP 2000.

Скорость обработки данных по CAN-шине может быть до 1 Мбит/с, а скорость обработки информации между жизненно важными системами в автомобиле, например – система безопасности торможения ABS, трансмиссия двигателя составляет 500 кбит/с. Помимо основных систем в автомобиле присутствует система комплектации в которую входят – подушки безопасности, мультимедия для автомобиля, блоки управления в дверях авто и пр.. может составить 100 кбит/с.

При обмене информацией между какими-либо блоками управления, и при помощи трансивера сигналы приемо-передачи информации усиливаются до необходимого уровня.

Каждый блок подключенный к CAN-шине обладает определенным входным сопротивлением, в следствии чего, образуется нагрузка СAN модуля. Нагрузка на центральную CAN шине зависит от одновременного подключения и использования исполнительных механизмов и электронных блоков управления автомобилем и различными датчиками, например – сопротивление силового агрегата подключенного к CAN-шине составляет в среднем 68 Ом, информационно-командные системы «комплектации КОМФОРТ» от 2,0 до 3,5 кОм. В момент обесточивания всей системы отключается и нагрузочное сопротивление модулей работающих по CAN-шине.

Системные, автомобильные блоки управления, обладают помимо различных нагрузочных сопротивлений еще и скоростью передачи данных, что может привести к препятствию в момент обработки разнохарактерных импульсов.

Для решения технической проблемы разнохарактерных импульсов применяется для связи между шинами межсетевой преобразователь.

Преобразователь – это, так называемый межсетевой-интерфейс, в автомобиле применяется в блоке управления или отдельно стоящим блоком и пр… Преобразовывающий интерфейс применяется для различного ввода / вывода информации диагностического разъема OBD, по определенному проводу выведенному к диагностическому разъему и соединяющий центральный блок управления OBD разъемом при помощи CAN-шины.

OBD – это унифицированный диагностический разъем с массой удобств и преимуществ для сканирования автомобиля на предмет ошибок и диагностики. 

Как показано на картинке, общение в автомобиле электронных блоков CAN шины происходят при помощи разных блоков, но делающие одно дело, силовой агрегат CAN-шины, информационной-командной системы и системы Комфорт, в зависимости от марки автомобиля и по своему составу, блоки могут отличаться, но суть идее остается неизменной.

Диагностика автомобиля на предмет неисправностей производится посредством подключения специализированного диагностического оборудования с необходимым программным обеспечением, так называемого анализатора CAN-шины или при помощи осциллографа (с анализатором шины CHN) и мультиметра (цифрового).

Проверку на предмет работы CAN – шины начинаются с измерения между проводами CAN сопротивления. Но необходимо помнить о том, что CAN-блок шины информационно-командной системы и системой «КОМФОРТ» постоянно находятся под напряжением, что не скажешь про силовой агрегат. Для этого в момент проверки рекомендуется отсоединить аккумулятор, можно обойтись одной из 2 клемм (плюсом или минусом).

В основном все неисправности CAN-шины заключаются в обрыве или замыкании линий, нагрузочных резисторов, нарушением логики работы или понижением уровня сигналов. В случае с нарушением логики поиск и обнаружение проблемы можно только при помощи анализатора CAN – шины.

 Какие блоки управления в основном применяются в современном автомобиле и соединяются по CAN-шине

1) Что входит в CAN-шина силового агрегата и какие присутствуют электронные блоки управления:

• Управление двигателем 
• Управление коробкой передачи
• Управление подушками безопасности 
• Управление АБС (системой экстренного торможения)
• Управление электро усилителя руля 
• Управление ТНВД
• Управление отопительной системой
• Управление штатной сигнализацией
• Управление центральный монтажным блоком
• Управление электронным замком зажигания
• Управление датчиками поворота рулевого колеса и угла их поворота

2) Какие электронные блоки входят в CAN-шину системы "Комфорт" и комбинацию приборов:

• Управление электронными блоками дверей
• Управление электронными блоками парковочной системы (датчики парковки «Автомобильные парктроники»)
• Управление электронными блоками стеклоочистителей
• Датчики контроля давления в шинах

3) Какие электронные блоки входят в CAN-шину информационно-командной системы:

• Управление комбинация приборов
• Управление звуковой системой и ее воспроизведения
• Управление информационной системой
• Управление автомобильной навигационной системой (автомобильная мультимедия)