Для чого потрібна може шина в сигналізації. CAN-шина: що це таке і навіщо використовується в автомобілі? Розшифровка позначення

Сучасні автомобілі дедалі більше підлаштовуються під конкретні потреби людей. Вони з'явилося багато додаткових систем та функцій, пов'язані з необхідністю передачі певної інформації. Якби до кожної такої системи довелося підключати окремі дроти, як це було раніше, весь салон перетворився б на суцільне павутиння і водієві складно було б керувати машиною через велику кількість проводів. Але вирішення цієї проблеми знайшлося – це встановлення Can-шини. Яку її роль водій зможуть дізнатися зараз.

Can шина – чи має вона щось спільне із звичайними шинами і для чого потрібна

УВАГА! Знайдено зовсім простий спосіб скоротити витрати пального! Не вірите? Автомеханік із 15-річним стажем теж не вірив, поки не спробував. А тепер він заощаджує на бензині 35 000 рублів на рік!

Почувши таке визначення, як CAN шина, недосвідчений водій подумає що це ще один вид автомобільної гуми. Але насправді, до звичайних шин цей пристрій не має жодного стосунку. Цей пристрій створювався для того, щоб не було необхідності встановлювати в машині купу дротів, адже керування всіма системами машин повинне вестись з одного місця. Can шина дає можливість зробити салон автомобіля комфортним для водія та пасажирів, адже за її наявності не буде великої кількості проводів, дозволяє керувати всіма системами машини та підключати у зручний спосіб додаткове обладнання – трекери, сигналізації, маяки, секретки та інше. У машині старого зразка ще немає такого пристосування, це завдає багато незручностей. Цифрова шина краще справляється з поставленими на неї завданнями, а стандартна система – з купою дротів, є складною та незручною.

Коли була розроблена цифрова CAN шина та яке її призначення

Розробка цифрової шини розпочалася ще у ХХ столітті. Відповідальність за цей проект взяли він дві компанії – INTEL і BOSCH.
Після деяких спільних зусиль спеціалістами цих компаній був розроблений мережевий індикатор – CAN. Це була провідна система нового зразка, за якою передаються дані. Таку розробку назвали шиною. Вона являє собою два кручені дроти досить великої товщини і по них передається вся необхідна інформація для кожної із систем автомобіля. Є і шина, яка являє собою джгут дротів – її називають паралельною.

Якщо до CAN шини підключити автосигналізацію, можливості охоронної системи збільшаться, а прямим призначенням цієї автомобільної системи можна назвати:

• спрощення механізму підключення та роботи додаткових систем автомобіля;
• можливість підключити до системи автомобіля будь-які пристрої;
• можливість одночасно приймати та передавати цифрову інформацію з кількох джерел;
• знижує вплив зовнішніх електромагнітних полів на працездатність основних та додаткових систем автомобіля;
• прискорює процес передачі даних до необхідних пристроїв та систем машини.

Щоб підключитися до CAN шини необхідно знайти в системі помаранчевий проводів, він повинен бути товстим. Саме до нього потрібно підключатися, щоб налагодити взаємодію із цифровою шиною. Ця система працює як аналізатор та розповсюджувач інформації, завдяки їй забезпечується якісна та регулярна робота всіх систем автомобіля.

Can шина – параметри швидкості та особливості передачі даних

Принцип роботи, за яким діє аналізатор CAN шини полягає в тому, що йому необхідно швидко переробити інформацію, що надійшла, і відправити її назад як сигнал для певної системи. У кожному окремому випадку швидкість передачі даних для систем автомобіля буває різною. Основні параметри швидкості виглядають таким чином:

• загальна швидкість передачі інформаційних потоків цифровою шиною –1 мб/с;
• швидкість передачі переробленої інформації між блоками керування автомобіля – 500 кб/с;
• швидкість надходження інформації до системи "Комфорт" - 100 кб/с.

Якщо до цифрової шини підключена автосигналізація, то інформація від неї надходитиме максимально швидко, а задані людиною команди, за допомогою брелока, будуть виконані точно і вчасно. Аналізатор системи працює без перебоїв, і тому робота всіх систем машини буде постійно справною.

Цифрова шина – це ціла мережа контролерів, які об'єдналися в один компактний пристрій та мають можливість швидко отримувати або передавати інформацію, запускаючи або вимикаючи певні системи. Послідовний режим передачі даних робить роботу системи більш злагодженою та коректною. CAN шина – це механізм, який має тип доступу Collision Resolving і при встановленні додаткового обладнання необхідно враховувати цей факт.

Чи можуть виникати проблеми в роботі кан шини

Кан шина або цифрова шина працює з багатьма системами одночасно і постійно передає дані. Але як і в кожній системі, в механізмі CAN шини можуть відбуватися збої, і від цього аналізатор інформації працюватиме вкрай некоректно. Проблеми з кан шиною можуть виникати через такі ситуації:

При виявленні несправності системи необхідно шукати причину цього, враховуючи, що вона може ховатися у додатковому обладнанні, яке встановлювалося – автосигналізація, датчики та інші зовнішні системи. Пошуки проблеми повинні здійснюватися так:

• перевірити роботу системи загалом та запросити банк несправностей;
• перевірка напруги та опору провідників;
• перевірка опору резисторних перемичок.

Якщо з цифровою шиною виникають проблеми і аналізатор не може продовжувати коректну роботу, не варто намагатися самостійно вирішити цю проблему. Для грамотної діагностики та проведення необхідних дій необхідна підтримка фахівця у цій галузі.

Які системи входять у сучасну Can шину автомобіля

Всі знають що кан шина – це аналізатор інформації та доступний пристрій для передачі команд до основних та додаткових систем транспортного засобу, додаткового обладнання – автосигналізація, датчики, трекери. Сучасна цифрова шина включає такі системи:

До цього списку не ходять зовнішні системи, які можна підключати до цифрової шини. На місці таких може бути автосигналізація або додаткове обладнання такого типу. Отримувати інформацію з шини і стежити за тим, як працює аналізатор можна за допомогою комп'ютера. Для цього потрібна установка додаткового адаптера. Якщо до кан-шини підключено сигналізацію та додатково маяк, то можна керувати деякими системами автомобіля, використовуючи для цього мобільний телефон.

Не кожна сигналізація має можливість підключення до цифрової шини. Якщо власник автомобіля хоче, щоб його автосигналізація мала додаткові можливості, а він постійно міг керувати системами свого автомобіля на відстані, варто задуматися про купівлю більш дорогого та сучасного варіанта охоронної системи. Така сигналізація легко підключається до дроту кан шини і працює дуже ефективно.

CAN шина, як підключається автосигналізація до цифрової шини

Аналізатор цифрової шини справляється не тільки із внутрішніми системами та пристроями автомобіля. Підключення зовнішніх елементів –сигналізація, датчики, інші пристрої, додає цифрового пристрою більше навантаження, але при цьому його продуктивність залишається незмінною. Автосигналізація, яка має адаптер для підключення до цифрової шини, встановлюється за стандартною схемою, а для того, щоб підключитися до CAN необхідно пройти кілька простих кроків:

1. Автосигналізація за стандартною схемою підключається до всіх точок автомобіля.
2. Власник транспортного засобу шукає помаранчевий, товстий провід – він веде до цифрової шини.
3. Адаптер сигналізації підключається до дроту цифрової шини автомобіля.
4. Виробляються необхідні дії, що закріплюють – встановлення системи в надійному місці, ізоляція проводів, перевірка правильності проведеного процесу.
5. Налаштовуються канали для роботи із системою, задається функціональний ряд.

Можливості сучасної цифрової шини великі, адже виток із двох проводів поєднує в собі доступ до всіх основних та додаткових систем автомобіля. Це допомагає уникнути наявності великої кількості проводів у салоні та спрощує роботу всієї системи. Цифрова шина працює за типом комп'ютера, а це в сучасному світі дуже актуально та зручно.

Кількість встановлених датчиків на сучасних моделях автомобілів часто дає змогу називати їх «комп'ютерами на колесах». Щоб упорядкувати управління численними електронними системами, була створена CAN-шина. Що це та які принципи її роботи, розглянемо у цій статті.

Історична довідка

Перші продукти автомобілебудівної галузі обходилися без електричних кіл. Для запуску двигуна автомобіля використовувався спеціальний магнітоелектричний пристрій, що виробляє електроенергію з кінетичної.

Однак поступово машини все більше обплутувалися проводами, і в 1970 році за ступенем напханості різними датчиками вони змагалися з літаками. І чим більше приладів розміщувалося в автомобілі, тим очевиднішою стала необхідність раціоналізації ланцюгів електропроводки.

Вирішення проблеми стало можливим з мікропроцесорною революцією і проходило в кілька етапів:

• 1983 року німецький концерн «Bosch» розпочав розробку нового протоколу передачі даних для застосування в автомобілебудівній галузі;
• Через три роки на конференції в Детройті цей протокол був офіційно представлений широкому загалу під назвою «Мережа простору датчиків» (Controller Area Network), або скорочено англійською CAN;
• Практичною реалізацією німецького винаходу зайнялися компанії «Інтел» та «Філіпс». Перші прототипи датуються 1987;
• У 1988 році автомобіль БМВ 8-ї серії став першою машиною, що зійшла з конвеєра, на якому всі датчики були організовані за технологією «КАН»;
• Через три роки «Бош» оновила стандарт та додала нові характеристики;
• У 1993 році стандарт «КАН» став міжнародним та отримав класифікатор ІСО;
• 2001 року кожен чотириколісний засіб пересування в Європі в обов'язковому порядку став оснащуватися КАН-шиною;
• У 2012 році вийшла нова версія шини: було підвищено швидкість передачі інформації, а також організовано сумісність із низкою нових пристроїв.

CAN-шина: принцип роботи

Шина включає лише пару проводів, приєднаних до єдиного мікрочіпа. По кожному кабелю передаються кілька сотень сигналів одночасно різні контролери автомобіля. Швидкість передачі даних можна порівняти з широкосмуговим інтернетом. Крім того, у разі потреби сигнал буде посилено до необхідного рівня.

Роботу технології можна розбити на кілька етапів:

1. Фоновий режим- всі вузли системи вимкнені, але на КАН-мікрочіп продовжує надходити електроживлення. Рівень споживання енергії дуже малий і становить крихітні частки міліампер;
2. Запуск- як тільки водій повертає ключ запалення (або натискає кнопку «Старт» для запуску двигуна - на деяких моделях автомобілів), система буквально «прокидається». Включається режим стабілізації живлення, що надходить на датчики;
3. Активна робота- всі контролери обмінюються необхідною (як діагностичною, і поточної) інформацією. Рівень споживання електроенергії зростає на пікових навантаженнях до рекордних 85 міліампер;
4. Засипання- як тільки вимикається двигун машини, датчики "КАН" миттєво перестають працювати. Кожен із вузлів системи самостійно відключається від електричної мережі та переходить у режим сну.

Що таке CAN-шина в автомобілі?

CAN стосовно автомобіля можна назвати «хребтом», до якого приєднуються всі електротехнічні пристрої. Сигнали мають цифровий формат, а провідники до кожного контролера підключені паралельно. Завдяки цьому досягається висока швидкодія мережі.

У сучасних автомобілях в єдину мережу об'єднані датчики з наступних пристроїв:

• Двигун;
• Коробка перемикання передач;
• Еірбегі (подушки безпеки);
• Антиблокувальна система;
• Підсилювач рульового керування;
• Запалювання;
• Приладова панель;
• Шини (контролери, що визначають рівень тиску);
• «Двірники» на лобовому склі;
• мультимедійна система;
• Навігація (ГЛОНАСС, GPS);
• Бортовий комп'ютер.

Застосування в інших галузях

Легкість і простота технології CAN розкривають можливості її застосування не тільки для залізних коней. Шина використовується також у таких областях:

• Виробництво велосипедів. Японська марка «Сімано» анонсувала у 2009 році велосипед із багаторівневою системою управління механізму перемикання швидкостей на базі CAN. Ефективність цього кроку була настільки очевидною, що стопами «Сімано» вирішили піти й інші фірми - «Маранц» і «Байон-ікс». Останній виробник використовує шину системи прямого приводу;
• Відома реалізація так званого "розумного будинку" за принципом CAN-шини. Безліч пристроїв, які можуть вирішувати певні завдання без участі людей (автоматичний полив трави на газоні, термостат, система відеоспостереження, керування освітленням, клімат-контроль тощо) об'єднані в єдину систему передачі даних. Щоправда, фахівці знаходять застосування суто автомобільної технології в людській оселі досить сумнівним. Серед слабких сторін такого кроку – відсутність єдиного міжнародного стандарту КАН для «розумних будинків».

Переваги і недоліки

"КАН-шина" цінується в машинобудуванні за такі позитивні якості:

• Швидкодія: система пристосована до роботи за умов жорсткого цейтноту;
• Відносна простота вбудовування у машину та невеликий рівень витрат на проведення монтажних робіт;
• Підвищена толерантність до перешкод;
• Багаторівнева система контролю, що дозволяє уникнути багатьох помилок у процесі виходу-входу даних;
• Розкид швидкостей роботи дозволяє пристосуватися практично до будь-якої ситуації;
• Підвищений рівень безпеки: блокування неавторизованого доступу ззовні;
• Розмаїття стандартів, і навіть компаній-виробників. Палітра шин, що є на ринку, дозволяє знайти варіант навіть для найдешевшої машини.

Незважаючи на безліч переваг, технологія CAN не позбавлена ​​і низки слабких сторін:

• Обсяг інформації, доступний для одночасної передачі в «пакеті даних», досить обмежений для сучасних вимог;
• Значна частина даних, що передаються, має службове та технічне призначення. На власне корисні дані припадає мізерна частина трафіку у мережі;
• Протокол вищого рівня не стандартизований.

Компанія «Бош» винайшла не лише свічку запалювання та паливний фільтр, а й своєрідний «інтернет» для датчиків автомобіля під назвою CAN-шина. Що це за стандарт у сфері зв'язування всіх контролерів в єдину нейромережу, стало відомо близько 30 років тому.

Відео: як працює can-шина в авто

У цьому ролику механік Артур Камалян розповість, для чого використовується can-шина в автомобілі та як до неї підключитися:

Поява цифрових шин в автомобілях відбулася пізніше, ніж у них почали широко впроваджуватись електронні блоки. Тоді цифровий «вихід» їм був потрібен лише для «спілкування» з діагностичним обладнанням – для цього вистачало низькошвидкісних послідовних інтерфейсів на кшталт ISO 9141-2 (K-Line). Однак ускладнення бортової електроніки, що здається, з переходом на CAN-архітектуру стало її спрощенням.

Справді, навіщо мати окремий датчик швидкості, якщо блок АБС має інформацію про швидкість обертання кожного колеса? Достатньо передавати цю інформацію на панель приладів і в блок управління двигуном. Для систем безпеки це ще важливіше: так, контролер подушок безпеки вже стає здатний самостійно заглушити двигун при зіткненні, надіславши відповідну команду на ЕБУ двигуна, і знеструмити максимум бортових ланцюгів, передавши команду на блок управління живленням. Раніше ж доводилося для безпеки застосовувати не надійні заходи на кшталт інерційних вимикачів та піропатронів на клемі акумулятора (власники BMW з його глюками вже добре знайомі).

Однак на старих принципах реалізувати повноцінне спілкування блоків управління було неможливо. На порядок зросли обсяг даних та їх важливість, тобто була потрібна шина, яка не тільки здатна працювати з високою швидкістю та захищена від перешкод, а й забезпечує мінімальні затримки при передачі. Для машини, що рухається на високій швидкості, навіть мілісекунди вже можуть грати критичну роль. Рішення, яке задовольняє такі запити, вже існувало в промисловості – йдеться про CAN BUS (Controller Area Network).

Суть CAN-шини

Цифрова CAN-шина – це конкретний фізичний протокол. Принцип роботи CAN-шини, розроблений Bosch ще у вісімдесятих роках, дозволяє реалізувати її з будь-яким типом передачі - хоч по дротах, хоч по оптоволокну, хоч по радіоканалу. КАН-шина працює з апаратною підтримкою пріоритетів блоків та можливістю «важливішого» перебивати передачу «менш важливого».

Для цього введено поняття домінантного та рецесивного бітів: спрощено кажучи, протокол CAN дозволить будь-якому блоку у потрібний момент вийти на зв'язок, зупинивши передачу даних від менш важливих систем простою передачею домінантного біта під час наявності на рецесивній шині. Це відбувається суто фізично - наприклад, якщо "плюс" на дроті означає "одиницю" (домінантний біт), а відсутність сигналу - "нуль" (рецесивний біт), то передача "одиниці" однозначно придушить "нуль".

Уявіть клас на початку уроку. Учні (контролери низького пріоритету) спокійно розмовляють між собою. Але варто вчителю (контролеру високого пріоритету) голосно дати команду «Тиша в класі!», перекриваючи шум у класі (домінантний біт придушив рецесивний), як передача даних між контролерами-учнями припиняється. На відміну від шкільного класу, у CAN-шині це правило працює на постійній основі.

Для чого це потрібно? Щоб важливі дані були передані з мінімумом затримок навіть ціною того, що неважливі дані не будуть передані на шину (це відрізняє CAN шину від знайомого всім комп'ютерам Ethernet). У разі аварії можливість ЕБУ впорскування отримати інформацію про це від контролера SRS незрівнянно важливіше, ніж панелі приладів отримати черговий пакет даних про швидкість руху.

У сучасних автомобілях вже стало нормою фізичне розмежування низького та високого пріоритетів. У них використовуються дві і навіть більш фізичні шини низької та високої швидкості - зазвичай це "моторна" CAN-шина та "кузовна", потоки даних між ними не перетинаються. До всіх одразу підключено лише контролер CAN-шини, який дає можливість «спілкуватися» з усіма блоками через один роз'єм.

Наприклад, технічна документація Volkswagen визначає три типи CAN-шин, що застосовуються:

• Швидка шина, що працює на швидкості 500 кілобіт в секунду, об'єднує блоки управління двигуном, ABS, SRS і трансмісією.
• Повільна функціонує на швидкості 100 кбіт/с і об'єднує блоки системи Комфорт (центральний замок, склопідйомники і так далі).
• Третя працює на тій самій швидкості, але передає інформацію лише між навігацією, вбудованим телефоном тощо. На старих машинах (наприклад, Golf IV) інформаційна шина та шина "комфорт" були об'єднані фізично.

Цікавий факт: на Renault Logan другого покоління та його "соплатформенниках" також фізично дві шини, але друга з'єднує виключно мультимедійну систему з CAN-контролером, на другій одночасно присутні і ЕБУ двигуна, і контролер ABS, і подушки безпеки, і ЦЕКБС.

Фізично ж автомобілі з CAN-шиною використовують її у вигляді кручений диференціальної пари: в ній обидва дроти служать для передачі єдиного сигналу, який визначається як різниця напруги на обох проводах. Це потрібно для простого та надійного завадозахисту. Неекранований провід працює як антена, тобто джерело радіоперешкод здатне навести в ньому електрорушійну силу, достатню для того, щоб перешкода сприйнялася контролерами як реально переданий біт інформації.

Але в кручений парі на обох проводах значення ЕРС перешкоди буде однаковим, так що різниця напруг залишиться незмінною. Тому, щоб знайти CAN-шину в автомобілі, шукайте кручену пару проводів - головне не переплутати її з проводкою датчиків ABS, які так само для захисту від перешкод прокладаються всередині машини кручений парою.

Діагностичний роз'єм CAN-шини не стали вигадувати заново: дроти вивели на вільні піни вже стандартизованою в колодки, в ній CAN-шина знаходиться на контактах 6 (CAN-H) та 14 (CAN-L).

Оскільки CAN-шин на автомобілі може бути кілька, часто практикується використання кожної різних фізичних рівнів сигналів. Знову для прикладу звернемося до документації Volkswagen. Так виглядає передача даних у моторній шині:

Коли на шині не передаються дані або передається рецесивний біт, на обох проводах кручений пари вольтметр покаже по 2,5 відносно "маси" (різниця сигналів дорівнює нулю). У момент передачі домінантного біта на дроті CAN-High напруга піднімається до 3,5, тоді як на CAN-Low опускається до півтора. Різниця в 2 вольти і означає «одиницю».

На шині "Комфорт" все виглядає інакше:

Тут "нуль" - це, навпаки, 5 вольт різниці, причому напруга на дроті Low вище, ніж на дроті High. «Одиниця» ж - це зміна різниці напруги до 2,2 В.

Перевірка CAN-шини фізично ведеться за допомогою осцилографа, що дозволяє побачити реальне проходження сигналів по кручений парі: звичайним тестером, природно, «розглянути» чергування імпульсів такої довжини неможливо.

"Розшифрування" CAN-шини автомобіля також ведеться спеціалізованим приладом - аналізатором. Він дозволяє виводити пакети даних із шини у тому вигляді, як вони передаються.

Самі розумієте, що діагностика шини CAN на «аматорському» рівні без відповідного обладнання та знань немає сенсу, та й банально неможлива. Максимум, що можна зробити «підручними» засобами, щоб перевірити каншину – це виміряти напругу та опір на проводах, порівнявши їх з еталонними для конкретного автомобіля та конкретної шини. Це важливо – ми вище навмисно навели приклад того, що навіть на одному автомобілі між шинами може бути серйозна різниця.

Несправності

Хоча інтерфейс CAN і добре захищений від перешкод, електричні несправності стали йому серйозною проблемою. Об'єднання блоків у єдину мережу зробило її вразливою. КАН-інтерфейс на автомобілях став справжнім кошмаром малокваліфікованих автоелектриків вже за однією своєю особливістю: сильні стрибки напруги (наприклад, зимовий) здатні не тільки «повісити» помилку CAN-шини, що виявляється, але й заповнити пам'ять контролерів спорадичними помилками, випадкового характеру.

У результаті на панелі приладів спалахує ціла «гірлянда» індикаторів. І, поки новачок в шоці чухатиме голову: «та що ж це таке?», грамотний діагност насамперед поставить нормальний акумулятор.

Чисто електричні проблеми - це обриви проводів шини, їх замикання на масу або плюс. Принцип диференціальної передачі при обриві будь-якого з дротів або «неправильному» сигналі на ньому стає нереалізованим. Найстрашніше замикання дроту, оскільки воно «паралізує» всю шину.

Уявіть собі просту моторну шину у вигляді дроту, на якому сидять у ряд кілька блоків - контролер двигуна, контролер АБС, приладова панель і діагностичний роз'єм. Обрив у роз'єму автомобілю не страшний – всі блоки продовжать передавати інформацію один одному в штатному режимі, неможливою буде лише діагностика. Якщо обірвати провід між контролером АБС та панеллю, ми зможемо побачити сканером на шині тільки її, ні швидкість, ні оберти двигуна вона не показуватиме.

А ось при обриві між ЕБУ двигуна та АБС машина, швидше за все, вже не заведеться: блок, не «бачачи» потрібний йому контролер (інформація про швидкість враховується при розрахунку часу упорскування та кута випередження запалення), піде в аварійний режим.

Якщо не різати дроти, а просто постійно подати на один з них плюс або масу, автомобіль піде в нокаут, оскільки жоден з блоків не зможе передавати дані іншому. Тому золоте правило автоелектрика в перекладі на російську цензурну звучить як «не лізь кривими руками в шину», а ряд автовиробників забороняє підключати до CAN-шини несертифіковані додаткові пристрої стороннього виробництва (наприклад, сигналізації).

Благо підключення CAN-шини сигналізації не роз'єм у роз'єм, а врізаючись безпосередньо в шину автомобіля, дають «криворукому» установнику можливість переплутати дроти місцями. Автомобіль після цього не те що відмовиться заводитися - за наявності контролера управління бортовими ланцюгами, що розподіляє живлення, навіть запалення не факт, що включиться.

Зміна температури кондиціонера Ford Fusion за допомогою команд через шину CAN.

Ariel Nuñez
Зміна температури кондиціонера Ford Fusion за допомогою команд через шину CAN.


Рисунок 1: Як за допомогою програми керувати ключовими функціями автомобіля?
Нещодавно я разом із своїми друзями з компанії Voyageпрацював над реалізацією програмного управління системою кондиціювання у Ford Fusion. На даний момент Voyage займається розробкою бюджетних самоврядних автомобілів. Кінцева мета: щоб кожен зміг викликати автомобіль до своїх вхідних дверей та безпечно подорожувати туди, куди заманеться. У компанії Voyage вважають надто важливою можливістю надання доступу до ключових функцій автомобіля із заднього крісла, оскільки не за горами той день, коли робота водія буде повністю автоматизована.
Навіщо потрібна шинаCAN
Сучасні автомобілі використовують безліч систем управління, які в багатьох випадках функціонують подібно до мікро-служб у веб-розробці. Наприклад, подушки безпеки, гальмівні системи, регулювання швидкості руху (круїз контроль), електропідсилювач керма, аудіосистеми, керування вікнами та дверима, підлаштування скла, системи зарядки для електричних автомобілів тощо. . У 1983 році в компанії Bosch почалася розробка шини CAN (Controller Area Network; Локальна мережа контролерів) для вирішення цього складного завдання.
Можна сказати, що шина CAN є простою мережею, де кожна система автомобіля може зчитувати і відсилати команди. Ця шина інтегрується всі складні компоненти елегантним чином, що дає можливість реалізувати всі улюблені функції автомобіля, якими ми користуємося.


Малюнок 2: Вперше шинаCAN почала використовуватися в 1988 році в БМВ 8 серії
Самокеровані автомобілі та шинаCAN
Оскільки інтерес до розробки самоврядних автомобілів серйозно зріс, відповідно словосполучення «шина CAN» також стає популярним. Чому? Більшість компаній, що створюють самоврядні автомобілі, не займаються виробництвом з нуля, а намагаються навчитися програмно керувати машинами після виходу з конвеєра фабрики.
Розуміння внутрішнього пристрою шин CAN, що використовується в автомобілі, дозволяє інженеру формувати команди за допомогою програмного забезпечення. Найпотрібніші команди, як ви можете здогадатися, пов'язані з керуванням, прискоренням та гальмуванням.


Рисунок 3: Введення в LIDAR (ключовий сенсор самоврядного автомобіля)
За допомогою сенсорів на кшталт LIDAR (light detecting and ranging; оптична локаційна система) машина здатна дивитися на світ як суперлюдина. Потім комп'ютер всередині автомобіля на базі отриманої інформації приймає рішення та надсилається команди в шину CAN для управління кермом, прискорення та гальмуванням.
Не кожен автомобіль здатний стати самоврядним. І з деяких причин компанія Voyage обрала модель Ford Fusion (докладніше про причини можна почитати у цій статті).
Дослідження шиниCAN вФордFusion
Перед початком дослідження систем кондиціювання повітря у Ford Fusion я відкрив мою улюблену книгу The Car Hacker's Handbook. Перед зануренням у суть питання заглянемо до Глави 2 , де описуються три важливі концепції: протоколи шини, шина CAN та CAN-фрейми.
ШинаCAN
Шина CAN почала використовуватися в американських легкових машинах та невеликих вантажівках з 1994 року та з 2008 року в обов'язковому порядку (у європейських автомобілях з 2001 року). У цій шині передбачено два дроти: CAN high (CANH) та CAN low (CANL). Шина CAN використовує диференціальний сигналінг, суть якого полягає в тому, що при надходженні сигналу на одному дроті вольтаж підвищується, а на іншому знижується на одну й ту саму величину. Диференціальний сигналінг використовується в середовищах, які мають бути малочутливими до шуму, наприклад, в автомобільних системах або під час виробництва.


Малюнок 4: Необроблений сигнал шиниCAN, що відображається на осцилографі
З іншого боку, пакети, що передаються по шиніCAN, не стандартизовано. Кожен пакет містить 4 ключові елементи:

• АрбітражнийID (ArbitrationID) являє собою широкомовне повідомлення, що ідентифікує пристрій, який намагається розпочати комунікацію. Будь-який пристрій може надсилати кілька арбітражних ID. Якщо в одиницю часу по шині надсилаються два CAN-пакети, пропускається той, у якого нижче арбітражний ID.
• Розширення ідентифікатора(Identifierextension; IDE) – у випадку з шиною CAN стандартної конфігурації цей біт завжди дорівнює 0.
• Код довжини даних (Datalengthcode; DLC) визначає розмір даних, що варіюється від 0 до 8 байт.
• Дані.Максимальний розмір даних, які переносяться стандартною шиною CAN, може бути до 8 байт. У деяких системах відбувається примусове доповнення пакета до 8 байт.

Малюнок 5: Формат стандартнихCAN-пакетів
CAN кадри
Для того щоб увімкнути/вимкнути кліматичну систему ми повинні знайти потрібну шину CAN (в автомобілі таких шин кілька). У Ford Fusion є щонайменше 4 задокументовані шини. 3 шини працюють на високій швидкості 500 кбіт/с (High Speed ​​CAN; HS) та 1 шина на середній швидкості 125 кбіт/с (Medium Speed ​​CAN; MS).
До порту OBD-II підключено дві високошвидкісні шини HS1 та HS2, проте там стоїть захист, який не дозволяє підробляти команди. Разом з Аланом з Voyage ми вийняли порт OBD-II і знайшли місця з'єднання з усіма шинами (HS1, HS2, HS3 і MS). На задній стінці OBD-II усі шини підключалися до модуля шлюзу (Gateway Module).


Малюнок 6:Homer – перше самоврядне таксі від компаніїVoyage
Оскільки кліматична система керується через медіа-інтерфейс (SYNC), нам доведеться надсилати команди через середньошвидкісну шину (MS).
Читання та запис CAN-пакетів здійснюється за допомогою драйвера та мережевого стека SocketCAN, створеного дослідницьким відділом компанії Volkswagen для ядра в Linux.
Ми під'єднуватимемо три дроти від машини (GND, MSCANH, MSCANL) до перехідника Kvaser Leaf Light HSv2 (можна купити за 300$ на Амазоні) або до CANable (продається за 25$ на Tindie) і завантажувати на комп'ютері зі свіжим Linux-ядром шину CAN як мережевий пристрій.

Modprobe може
modprobe kvaser_usb
ip link set can0 type can bitrate 1250000
ifconfig can0 up

Після завантаження запускаємо команду candump can0 і починаємо відстежувати трафік:

Can0 33A 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 415 00 00 C4 FB 0F FE 0F FE can0 346 00 00 00 03 03 00 C0 00 can0 348 00 00 00 can0 3E0 00 00 00 00 80 00 00 00 can0 167 72 7F FF 10 00 19 F7 00 can0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 can0 216 00 00 00 00 82 00 00 00 can0 3AC FF FF FF FF FF FF FF FF can0 415 00 00 C8 FA 0F FE 0F FE can0 08 0 F0 0 0 0 can0 3BC 0C 00 08 96 01 BB 27 00 can0 167 72 7F FF 10 00 19 F7 00 can0 3BE 00 20 AE EC D2 03 54 00 can0 333 00 00 00 can0 42C 05 51 54 00 90 46 A4 00 can0 33B 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 42E 93 00 00 E1 78 03 CD 40 can0 42F 7D 0 7 0 0 can0 3E7 00 00 00 00 00 00 00 00 can0 216 00 00 00 00 82 00 00 00 can0 415 00 00 CC F9 FF FF 0 0 can0 50B 1E 12 00 00 00 00 00 00

Незважаючи на те, що вказана вище інформація еквівалентна амплітуді звукового сигналу, досить важко зрозуміти, що відбувається, і виявити будь-які закономірності. Нам потрібно щось схоже на частотний аналізатор, і такий еквівалент є у вигляді утиліти cansniffer. Cansniffer показує список ідентифікаторів та дозволяє відстежувати зміни в секції даних усередині CAN-фрейму. У міру того як ми вивчатимемо певні ідентифікатори, ми можемо встановити фільтр потрібних ID, які стосуються нашого завдання.
На малюнку нижче показано приклад інформації, знятої за допомогою cansniffer з шини MS. Ми відфільтрували все, що стосується ідентифікаторів 355, 356 і 358. Після натискання і відпускання кнопок, пов'язаних з підстроюванням температури, в самому кінці з'являється значення 001C00000000.


Малюнок 7: Інформація з шиниMS, знята за допомогою утиліти cansniffer
Далі необхідно поєднати функціонал для керування кліматичною системою з комп'ютером, що працює всередині автомобіля. Комп'ютер працює на ОС (Robot Operating System; Операційна система для роботів). Оскільки ми використовуємо SocketCAN, то модуль socketcan_bridge серйозно спрощує завдання перетворення CAN-фрейму в блок інформації, що розуміється операційною системою ROS.
Нижче наведено приклад алгоритму декодування:

If frame.id == 0x356:
raw_data = unpack("BBBBBBBB", frame.data)
fan_speed = raw_data / 4
driver_temp = parse_temperature(raw_data)
passenger_temp = parse_temperature(raw_data)

Отримані дані зберігаються у CelsiusReport.msg:

Bool auto
bool system_on
bool unit_on
bool dual
bool max_cool
bool max_defrost
bool recirculation
bool head_fan
bool feet_fan
bool front_defrost
bool rear_defrost string driver_temp
string passenger_temp

Після натискання всіх потрібних кнопок у машині, у нас з'являється наступний список:

CONTROL_CODES = (
"ac_toggle": 0x5C,
"ac_unit_toggle": 0x14,
"max_ac_toggle": 0x38,
"recirculation_toggle": 0x3C,
"dual_temperature_toggle": 0x18,
"passenger_temp_up": 0x24,
"passenger_temp_down": 0x28,
"driver_temp_up": 0x1C,
"driver_temp_down": 0x20,
"auto": 0x34,
"wheel_heat_toggle": 0x78,
"defrost_max_toggle": 0x64,
"defrost_toggle": 0x4C,
"rear_defrost_toggle": 0x58,
"body_fan_toggle": 0x04,
"feet_fan_toggle": 0x0C,
"fan_up": 0x2C,
"fan_down": 0x30,
}

Потім ці рядки надсилаються на вузол під керуванням операційної системи ROS і далі відбувається трансляція в коди, що розуміються автомобілем:

Rostopic pub /celsius_control celsius/CelsiusControl ac_toggle

Висновок
Тепер ми можемо створювати і посилати ті ж коди в шину CAN, які формуються при натисканні фізичних кнопок, пов'язаних з підвищенням і зниженням температури, що дає можливість віддаленої зміни температури автомобіля за допомогою програми, коли ми знаходимося на задньому сидінні автомобіля.


Малюнок 8: Дистанційне керування кліматичною системою автомобіля
Це лише невеликий крок при створенні самоврядного таксі разом із фахівцями компанії Voyage. Я отримав багато позитивних емоцій під час роботи над цим проектом. Якщо ви теж цікавитеся цією темою, можете ознайомитись зі списком вакансій у компанії Voyage.

CAN-шина – це електронний пристрій, вбудований в електронну систему автомобіля для контролю технічних характеристик та їздових показників. Вона є обов'язковим елементом для оснащення автомобіля протиугінною системою, але це лише мала частина її можливостей.

CAN-шина – це один із пристроїв в електронній автоматиці автомобіля, на який покладається завдання щодо об'єднання різних датчиків та процесорів у загальну синхронізовану систему. Вона забезпечує збір та обмін даними, за допомогою чого в роботу різних систем та вузлів машини вносяться необхідні коригування.

Абревіатура CAN розшифровується як Controller Area Network, тобто мережа контролерів. Відповідно, CAN-шина - це пристрій, що приймає інформацію від пристроїв і передає між ними. Цей стандарт було розроблено та впроваджено понад 30 років тому компанією Robert Bosch GmbH. Зараз його використовуються в автомобілебудуванні, промисловій автоматизації та сфері проектування об'єктів, що позначаються «розумними», наприклад, будинків.

Як працює CAN шина

Фактично, шина є компактним пристроєм з безліччю входів для підключення кабелів або роз'єм, до якого приєднуються кабелі. Принцип її дії полягає у передачі повідомлень між різними компонентами електронної системи.

Для передачі різної інформації повідомлення включаються ідентифікатори. Вони унікальні та повідомляють, наприклад, що в конкретний момент часу автомобіль їде зі швидкістю 60 км/год. Серія повідомлення надсилається на всі пристрої, але завдяки індивідуальним ідентифікаторам вони обробляють лише ті, що призначаються саме для них. Ідентифікатори CAN-шини можуть мати довжину від 11 до 29 біт.

Залежно від призначення КАН шини поділяються на кілька категорій:

• Силові. Вони призначені для синхронізації та обміну даними між електронним блоком двигуна та антиблокувальною системою, коробкою передач, запаленням, іншими робочими вузлами автомобіля.
• Комфорт. Ці шини забезпечують спільну роботу цифрових інтерфейсів, які пов'язані з ходовими блоками машини, а відповідають комфорт. Це система підігріву сидінь, клімат-контроль, регулювання дзеркал тощо.
• Інформаційно-командні. Ці моделі розроблені для оперативного обміну інформацією між вузлами, які відповідають за обслуговування авто. Наприклад, навігаційною системою, смартфоном та ЕБУ.

Для чого CAN шина в автомобілі

Поширення інтерфейсу КАН в автомобільній сфері пов'язане з тим, що він виконує низку важливих функцій:

• спрощує алгоритм приєднання та функціонування додаткових систем та приладів;
• знижує вплив зовнішніх перешкод працювати електроніки;
• забезпечує одночасне отримання, аналіз та передачу інформації до пристроїв;
• прискорює передачу сигналів до механізмів, ходових вузлів та інших пристроїв;
• зменшує кількість необхідних дротів;

У сучасному автомобілі цифрова шина забезпечує роботу наступних компонентів та систем:

• центральний монтажний блок та замок запалювання;
• антиблокувальна система;
• двигун та коробка перемикання передач;
• подушки безпеки;
• рульовий механізм;
• датчик повороту керма;
• силовий агрегат;
• електронні блоки для паркування та блокування дверей;
• датчик тиску в колесах;
• блок керування склоочисниками;
• паливний насос високого тиску;
• звукова система;
• інформаційно-навігаційні модулі.

Це не повний список, тому що до нього не включаються зовнішні сумісні прилади, які також можна з'єднати з шиною. Часто в такий спосіб підключається автомобільна сигналізація. CAN-шина також доступна для підключення зовнішніх пристроїв для моніторингу робочих показників та діагностики на ПК. А при підключенні автосигналізації разом із маяком можна керувати окремими системами ззовні, наприклад, зі смартфона.

Плюси та мінуси CAN шини

Фахівці з автомобільної електроніки, висловлюючись на користь використання CAN-інтерфейсу, відзначають такі переваги:

• простий канал обміну даними;
• швидкість передачі;
• широка сумісність з робітниками та діагностичними приладами;
• більш проста схема установки автосигналізації;
• багаторівневий моніторинг та контроль інтерфейсів;
• автоматичний розподіл швидкості передачі з пріоритетом на користь основних систем та вузлів.

Але є у CAN-шини та функціональні недоліки:

• при підвищеному інформаційному навантаженні на канал зростає час відгуку, що особливо характерно для роботи автомобілів, «напханих» електронними пристроями;
• через використання протоколу найвищого рівня трапляються проблеми стандартизації.

Можливі проблеми з CAN шиною

Через включення в багато функціональних процесів, неполадки в роботі CAN-шини виявляються дуже швидко. Серед ознак порушень найчастіше виявляються:

• індикація знака питання на приладовій панелі;
• одночасне світіння декількох лампочок, наприклад, CHECK ENGINE та ABS;
• зникнення показників рівня палива, оборотів двигуна, швидкості на панелі приладів.

Такі проблеми виникають з різних причин, пов'язаних із харчуванням або порушенням електроланцюга. Це може бути замикання на масу або акумулятор, обрив ланцюга, пошкодження перемичок, падіння напруги через проблеми з генератором або АКБ.

Першим заходом для перевірки шини є комп'ютерна діагностика всіх систем. Якщо вона показує шину, необхідно виміряти напругу на висновках H і L (має бути ~4V) і вивчити форму сигналу на осцилограф під запалюванням. Якщо сигналу немає або він відповідає напруги мережі, є замикання або обрив.

Зважаючи на складність системи та велику кількість підключень, комп'ютерну діагностику та усунення несправностей доцільно передати в руки фахівців з високоякісним обладнанням.