Цифровая шина данных CAN

Основные сведения

На автомобиле применены несколько сетевых шин обмена данными CAN (Controller Area Network) между блоками (модулями) управления различных систем и контроллерами исполнительных устройств автомобиля.

Отдельные блоки управления объединены друг с другом в общую сеть и могут обмениваться данными.

Шина является двунаправленной, т.е. любое подключённое к ней устройство может принимать и передавать сообщения.

Сигнал с чувствительного элемента (датчика) поступает в ближайший блок управления, который обрабатывает его и передаёт на шину данных CAN.

Любой блок управления, подключённый к шине данных CAN, может считывать этот сигнал, вычислять на его основе значение управляющего воздействия и управлять исполнительным сервомеханизмом.

Обмен данными по шине CAN

B — Датчик 1 CAN — Шина данных	М — Исполнительные элементы I - III (сервомеханизмы) N — Блоки управления (контроллеры) I - V

Преимущества

При обычном кабельном соединении электрических и электронных устройств осуществляется прямое соединение каждого блока управления со всеми датчиками и исполнительными элементами, от которых он получает результаты измерений или которыми управляет.

Усложнение системы управления приводит к чрезмерной длине или многочисленности кабельных линий.

По сравнению со стандартной кабельной разводкой шина данных обеспечивает:

• Уменьшение количества кабелей. Провода от датчиков тянутся только к ближайшему блоку управления, который преобразует измеренные значения в пакет данных и передаёт его в шину CAN.
• Управлять исполнительным механизмом может любой блок управления, который по шине CAN получает соответствующий пакет данных, и на его основе рассчитывает значение управляющего воздействия на сервомеханизм.
• Улучшение электромагнитной совместимости.
• Уменьшение количества штекерных соединений и уменьшение количества контактных выводов на блоках управления.
• Снижение веса.
• Уменьшение количества датчиков, т.к. сигналы одного датчика (например, с датчика температуры охлаждающей жидкости) могут быть использованы различными системами.
• Улучшение возможностей диагностирования. Т.к. сигналы одного датчика (например, сигнал скорости) используются различными системами, то в случае, если сообщение о неисправности выдают все использующие данный сигнал системы, неисправным является, как правило, датчик или блок управления, обрабатывающий его сигналы. Если же сообщение о неисправности поступает только от одной системы, хотя данный сигнал используется и другими системами, то причина неисправности, чаще всего, заключена в обрабатывающем блоке управления или сервомеханизме.
• Высокая скорость передачи данных – возможна до 1Мбит/с при максимальной длине линии 40 м. В настоящее время на а/м скорость передачи данных составляет от 83 Кбит/с до 500 Кбит/с.
• Несколько сообщений могут поочерёдно передаваться по одной и той же линии.

Шина данных CAN состоит из двужильного провода, выполненного в виде витой пары. К этой линии подключены все устройства (блоки управления устройствами).

Передача данных осуществляется с дублированием по обоим проводам, причём логические уровни шины данных имеют зеркальное отображение (то есть, если по одному проводу передаётся уровень логического нуля, то по другому проводу передаётся уровень логической единицы, и наоборот).

Двухпроводная схема передачи используется по двум причинам: для выявления ошибок и как основа надёжности.

Если пик напряжения возникает только на одном проводе (например, вследствие проблем с ЭМС (электромагнитная совместимость)), то блоки-приёмники могут идентифицировать это как ошибку и проигнорировать этот пик напряжения.

Если же произойдёт короткое замыкание или обрыв одного из двух проводов шины данных CAN, то благодаря интегрированной программно-аппаратной системе надёжности произойдёт переключение в режим работы по однопроводной схеме. Повреждённая передающая линия использоваться не будет.

Порядок и формат передаваемых и принимаемых пользователями (абонентами) сообщений определён в протоколе обмена данными.

Существенным отличительным признаком шины данных CAN по сравнению с другими шинными системами, базирующимися на принципе абонентской адресации, является соотнесённая с сообщением адресация.

Это значит, что каждому сообщению по шине данных CAN присваивается его постоянный адрес (идентификатор), маркирующий содержание этого сообщения (например: температура охлаждающей жидкости). Протокол шины данных CAN допускает передачу до 2048 различных сообщений, причём адреса с 3 по 2048 являются постоянно закреплёнными.

Объём данных в одном сообщении по шине данных CAN составляет 8 байт.

Блок-приёмник обрабатывает только те сообщения (пакеты данных), которые сохранены в его списке принимаемых по шине данных CAN сообщений (контроль приемлемости).

Пакеты данных могут передаваться только в том случае, если шина данных CAN свободна (т.е., если после последнего пакета данных последовал интервал в 3 бита, и никакой из блоков управления не начинает передавать сообщение).

При этом логический уровень шины данных должен быть рецессивным (логическая «1»).

Если несколько блоков управления одновременно начинают передавать сообщения, то вступает в силу принцип приоритетности, согласно которому сообщение по шине данных CAN с наивысшим приоритетом будет передаваться первым без потери времени или битов (арбитраж запросов доступа к общей шине данных).

Каждый блок управления, утрачивающий право арбитража, автоматически переключается на приём и повторяет попытку отправить своё сообщение, как только шина данных CAN снова освободится.

Кроме пакетов данных существует также пакет запроса определённого сообщения по шине данных CAN.

В этом случае блок управления, который может предоставить запрашиваемый пакет данных, реагирует на данный запрос.

<1><2>