Управление по can шине. CAN-шина – как работает электроника в современных автомобилях

Современный автомобиль оснащен электронными блоками управления различных систем: двигателя, антиблокировочной системы тормозов, кузова и другими. По-существу, эти блоки представляют собой микрокомпьютеры.

Для того, чтобы понять что такое CAN-шина в автомобиле, представьте что в машине организована локальная сеть, к которой подключены эти микрокомпьютеры — чтобы они работали в комплексе.

Это подобно тому, как в сеть объединяются офисные компьютеры, для того чтобы сотрудники могли без проблем брать информацию друг от друга, а начальник имел возможность оперативно контролировать работу офисных сотрудников.

В качестве начальника в автомобиле выступает бортовой компьютер и система диагностики.

История разработки и унификации Controller Area Network

Компания BOSCH, производя исследования в области автоматизации в 80-х годах прошлого века, предложила стандарт микроконтроллерной связи, который можно было применять и в автомобилестроении.

Стандарт CAN применяется не только в автомобилях. В настоящее время его используют в концепции «умный дом», промышленной автоматике и т.д.

Применительно к автомобильной технике стандарт CAN (Controller Area Network) адаптирован к шине с физическим уровнем. Она организована при помощи витой пары проводников, по которым идут пакеты сигналов разной полярности.

Такой стандарт получил международную классификацию ISO 11898. Кадр (пакет) включает 11-битный информационный сигнал (либо 29-битный в расширенном режиме).

В общем, CAN-шина не обязательно может быть реализована при помощи витой пары проводников. Это может быть и оптоволокно, и радиоканал.

Можно предположить, что с введением беспилотных транспортных средств CAN-шина трансформируется в мобильный интерфейс передачи информации одного, а возможно, и комплекса автомобилей.

CAN-шина автомобиля: что это такое и её принцип работы

Шина представляет собой локальную сеть, при помощи которой производится обмен информацией между блоками управления различными системами автомобиля. Таким образом, блок управления, например, двигателя автомобиля, помимо основного микроконтроллера, обслуживающего двигатель, предполагает наличие CAN-контроллера, который формирует посылки импульсов по двум шинам: CAN-высокий и CAN-низкий (Н и L).

Эти сигналы передаются по проводникам (витой паре) трансивером. Трансиверы, или приемо-передатчики, предназначены для:

• усиления сигналов,
• обеспечения помехозащищенности передаваемых импульсов;
• регулировки скорости передачи цифрового потока;
• защиты линии в случае повреждения CAN-шины.

Сейчас в автомобильной технике применяют следующие виды приемо-передатчиков — High Speed и Fault Toleran. High Speed трансмиттер обеспечивает относительно высокую скорость передачи информации – до 1 мегабит в секунду. Второй тип трансмиттера обладает меньшей скоростью передачи информации – до 120 килобит в секунду. Зато он менее чувствителен (толерантен к ошибкам) к качеству CAN-шины, допускает отклонение ее параметров.

Схема организации обмена данными

Структурно схему подключения различных блоков автомобиля к CAN-шине можно изобразить в таком виде:

Для согласования всех устройств, то есть организации оптимальных условий и скорости приемо — передачи, выходные сопротивления трансмиттеров должны быть приблизительно одинаковы.

В случае отключения или повреждения каких-либо из блоков управления систем автомобиля, сопротивление шины изменяется, нарушается согласование по сопротивлению, которое приводит к значительному уменьшению скорости передачи информации по шине. Такие нарушения могут привести к полной потере связи по CAN-шине.

На некоторых автомобилях для устранения проблем с синхронизацией CAN-информации применяется отдельный модуль межсетевого интерфейса.

Каждое сообщение, передаваемое по CAN-шине, имеет собственный идентификатор, например «температура охлаждающей жидкости» и код, соответствующий ее значению, типа «98,7 градусов Цельсия». Не обязательно это будут абсолютные значения, в большинстве случаев это относительные двоичные единицы, которые далее преобразуются в сигналы управления и контроля.

Эти же данные используют средства диагностики для контроля и обработки информации об основных системах автомобиля.

Основные режимы работы CAN-шины:

• активный (зажигание включено);
• спящий (при выключенном зажигании);
• пробуждение и засыпание (при включении и выключении зажигания).

Во время спящего режима ток потребления шины минимальный. Однако при этом по шине (с меньшей частотой) передаются сигналы о состоянии открытия дверей и окон, других систем, связанных с охранными функциями автомобиля.

В большинстве современных диагностических устройств предусмотрен режим диагностирования ошибок по CAN-шине. Технически это организовано непосредственным подключением проводников к диагностическому разъему.

Преимущества и недостатки применения КАН-шины в автомобиле

Начать следует с того, что, если бы в 80-х годах прошлого века не был предложен стандарт CAN, его место обязательно занял другой вид взаимодействия систем автомобиля.

Можно, конечно, разместить все блоки управления системами автомобиля в едином суперблоке, в котором программно обеспечить взаимодействие разных систем. Такие попытки были у французских производителей. Однако, с увеличением функциональности и производительности значительно увеличивается вероятность отказов. Сбои, например, дворников, могут привести к отказу запуска двигателя.

Основные преимущества применения CAN-шины:

• возможность проведения оперативного контроля и ;
• объединение потоков информации в едином помехозащищенном канале;
• универсальность, способствующая унификации процессов диагностирования;
• возможность подключения охранных систем по CAN-шине (нет необходимости тянуть проводку к каждому элементу контроля).

Недостатки CAN-шины:

• невысокая надежность;
• повреждение одного из блоков управления может привести к полной неработоспособности CAN-соединения.

Устранение неисправностей

На приборной панели автомобиля отсутствует индикаторная лампа неисправности CAN. Судить о том, что работоспособность CAN-шины нарушается, можно по косвенным показателям:

• на приборной панели одновременно загорелись несколько индикаторных ламп неисправностей;
• пропали показатели температуры охлаждающей жидкости, уровни топлива;

Прежде всего, следует выполнить диагностику. Если она покажет на неисправность CAN-шины, следует приступить к устранению проблемы.

Последовательность работ:

1. Найти проводники витой пары шины. Часто они имеют черный (высокий уровень) и оранжево-коричневый (низкий) цвета.
2. Проверить при включенном зажигании с помощью мультиметра напряжения на проводниках. Уровни не должны быть равны 0 или более 11 Вольт (обычно около 4,5 Вольта).
3. Выключить зажигание, снять клемму аккумуляторной батареи. Измерить сопротивление между проводниками. Если оно будет стремиться к нулю, значит, в шине присутствует короткое замыкание, если к бесконечности – обрыв.

Уникальный автомобильный сканер Scan Tool Pro

CAN (Controller Area Network). Она была предложена Робертом Бошем (Robert Bosch) в 80-х годах для автомобильной промышленности, затем стандартизована ISO (ISO 11898) и SAE (Society of Automotive Engineers). (Описание стандартов и большой объем документации по CAN можно найти на сайте http://www.can-cia.de/) Сегодня большинство европейских автомобильных гигантов (например, Audi, BMW, Renault, Saab, Volvo, Volkswagen) используют CAN в системах управления двигателем, безопасности и обеспечения комфорта. В Европе в ближайшие годы будет введен единый интерфейс для систем компьютерной диагностики автомобиля. Это решение также разрабатывается на базе CAN, так что со временем в каждом автомобиле будет по крайней мере один узел этой сети.

Однако сети CAN используются и в таких сложных установках, как современные оптические телескопы с большим диаметром зеркала. Так как такие зеркала невозможно сделать монолитными, их сейчас делают составными, а управление отдельными зеркальцами (их может быть больше сотни) осуществляется сетью микроконтроллеров. Другие сферы применения - корабельные бортовые сети, управление системами кондиционирования воздуха, лифтами, медицинскими и промышленными установками. В мире уже установлено более 100 млн. узлов сетей CAN, ежегодный прирост составляет более 50%.

CAN представляет собой асинхронную последовательную шину, использующую в качестве среды передачи витую пару проводов (см. рисунок 1). При скорости передачи 1 Мбит/с длина шины может достигать 30 м. При меньших скоростях ее можно увеличить до километра. Если требуется большая длина, то ставятся мосты или повторители. Теоретически число подсоединяемых к шине устройств не ограничено, практически - до 64-х. Шина мультимастерная, т. е. сразу несколько устройств могут управлять ею.

Характеристики шины Controller Area Network (CAN)

Топология: последовательная шина, с обоих концов линии стоят заглушки (120 Ом)

Обнаружение ошибок: 15-битовый CRC-код

Локализация ошибок: различают ситуации с постоянной ошибкой и временной; устройства с постоянной ошибкой отключаются

Текущая версия: CAN 2.0B

Скорость передачи: 1 Мбит/с

Длина шины: до 30 м

Количество устройств на шине: ~ 64 (теоретически неограничено)

На рынке CAN присутствует в двух версиях: версия А задает 11-битную идентификацию сообщений (т. е. в системе может быть 2048 сообщений), версия B - 29-битную (536 млн. сообщений). Отметим, что версия В, часто именуемая FullCAN, все больше вытесняет версию А, которую называют также BasicCAN.

Сеть CAN состоит из узлов с собственными тактовыми генераторами. Любой узел сети CAN посылает сообщение всем системам, подсоединенным к шине, таким, как приборная доска или подсистема определения температуры бензина в автомобиле, а уж получатели решают, относится ли данное сообщение к ним. Для этого в CAN имеется аппаратная реализация фильтрации сообщений.

Каждый подключенный к CAN-шине блок имеет определенное входное сопротивление, в результате образуется общая нагрузка шины CAN. Общее сопротивление нагрузки зависит от числа подключенных к шине электронных блоков управления и исполнительных механизмов. Так, например, сопротивление блоков управления, подключенных к CAN-шине силового агрегата, в среднем составляет 68 Ом, а системы "Комфорт" и информационно-командной системы - от 2,0 до 3,5 кОм.

Следует учесть, что при выключении питания происходит отключение нагрузочных сопротивлений модулей, подключенных к CAN-шине.

Системы и блоки управления автомобиля имеют не только различные нагрузочные сопротивления, но и скорости передачи данных, все это может препятствовать обработке разнотипных сигналов.

Для решения данной технической проблемы используется преобразователь для связи между шинами.

Такой преобразователь принято называть межсетевым интерфейсом, это устройство в автомобиле чаще всего встроено в конструкцию блока управления, комбинацию приборов, а также может быть выполнено в виде отдельного блока.

Также интерфейс используется для ввода и вывода диагностической информации, запрос которой реализуется по проводу "К", подключенному к интерфейсу или к специальному диагностическому кабелю CAN-шины.

В данном случае большим плюсом в проведении диагностических работ является наличие единого унифицированного диагностического разъема (колодка OBD).

Следует учесть, что на некоторых марках автомобилей, например, на Volkswagen Golf V, CAN-шины системы "Комфорт" и информационно-командная система не соединены межсетевым интерфейсом.

В таблице представлены электронные блоки и элементы, относящиеся к CAN-шинам силового агрегата, системы "Комфорт" и информационно-командной системы. Приведенные в таблице элементы и блоки по своему составу могут отличаться в зависимости от марки автомобиля.

Диагностика неисправностей CAN-шины производится с помощью специализированной диагностической аппаратуры (анализаторы CAN-шины) осциллографа (в том числе, со встроенным анализатором шины CHN) и цифрового мультиметра.CAN шина силового агрегата

Электронный блок управления двигателя

Электронный блок управления КПП

Блок управления подушками безопасности

Электронный блок управления АБС

Блок управления электроусилителя руля

Блок управления ТНВД

Центральный монтажный блок

Электронный замок зажигания

Датчик угла поворота рулевого колеса

CAN-шина системы "Комфорт"

Комбинация приборов

Электронные блоки дверей

Электронный блок контроля парковочной системы

Блок управления системы "Комфорт"

Блок упрввления стеклоочистителей

Контроль давления в шинах

CAN-шина информационно-командной

Комбинация приборов

Система звуковоспроизведения

Информационная система

Навигационная система

Как правило работы по проверке работы CAN-шины начинают с измерения сопротивления между проводами шины. Необходимо иметь в виду, что CAN-шины системы "Комфорт" и информационно-командной системы, в отличие от шины силового агрегата, постоянно находятся под напряжением, поэтому для их проверки следует отключить одну из клемм аккумуляторной батареи.

Основные неисправности CAN-шины в основном связаны с замыканием/обрывом линий (или нагрузочных резисторов на них), снижением уровня сигналов на шине, нарушениями в логике ее работы. В последнем случае поиск дефекта может обеспечить только анализатор CAN-шины.

В мире производится множество типов контроллеров CAN. Их объединяет общая структура - каждый контроллер имеет обработчик протокола (CAN protocol handler), память для сообщений, интерфейс с ЦП. Во многих популярных однокристальных микропроцессорах есть встроенный контроллер шины CAN.

Поддержкой технологии CAN занимается некоммерческая международная группа CiA (CAN in Automation, http://www.can-cia.de/), образованная в 1992 г. и объединяющая пользователей и производителей технологии CAN. Группа предоставляет техническую, маркетинговую и продуктовую информацию. Осенью 1999 г. в CiA было около 340 членов. Она также занимается разработкой и поддержкой различных базирующихся на CAN протоколов высокого уровня, таких, как CAL (CAN Application Layer), CAN Kingdom, CANopen и DeviceNet. Кроме того, члены группы дают рекомендации, касающиеся дополнительных свойств физического уровня, например скорости передачи и назначения штырьков в разъемах.

В будущее эта шина развивается в нескольких направлениях. В новом проекте стандарта будет увеличена скорость передачи данных, так как в автомобиле появилось много компьютерных подсистем, связанных с передачей аудио- и видеоинформации. Повышение надежности требует введения так называемой двойной (дублированной) шины CAN. Другие изменения достаточно кардинальны и вызваны появлением нового протокола, рассмотренного ниже.

15.Устройство и принцип действия форсунки Коммон-Ройл. Электро-гидро-механическая форсунка (будем далее ее называть ЭГМ-форсунка) – самый интересный элемент во всей этой конструкции.

«Электро» - потому что она управляется ECU.

«Гидро» - потому что в нее «заходит» как и топливо, так и масло. И то и другое под высоким давлением.

«Механическая» - потому что внутри движутся механические части.

ЭГМ-форсунка вставляется вертикально в головку блока цилиндров таким образом, что бы совпали отверстия (на рисунке они обозначены красным и синим на «теле» форсунки) на форсунке и отверстия на "топливо-масляной рейке". Далее "легким движением руки" форсунка "защелкивается" на два уплотнения и крепится "болтиком на 12". Все очень просто и доступно. На рисунке выше приведен немного другой тип форсунок системы Common Rail.

При начале вращении двигателя, через шестеренчатый привод начинает вращаться и ТНВД (назовем его так или – «топливный аккумулятор») начинает создавать давление.

Давление как топлива, так и масла.

Топливо через систему фильтров забирается из топливного бака, а масло - из картера, через такую же систему фильтров.

По своим гидролиниям (и через «топливо-масляную рейку»), топливо и масло попадают в форсунку.

Теперь самое интересное: форсунка открывается по сигналам ECU.

Пока нет сигнала, и топливо, и масло «стоят перед форсункой", им деваться некуда (давление и того и другого может составлять 150 - 200 и намного более кг\см2).

Но как только сигнал от ECU поступает на электромагнитную форсунку, то происходит СЛОЖЕНИЕ СИЛ – давления масла и электромагнита, и запорная игла форсунки приподнимается на то время, на какое рассчитан управляющий импульс.

Происходит впрыск топлива в камеру сгорания.

Импульс исчез, и сильно подпружиненная запорная игла снова возвращается в свое исходное положение.

То есть: конструкция ЭГМ-форсунки рассчитана таким образом, что для впрыска топлива необходимо иметь ДВЕ силы – самого электромагнита и давления масла

(происходит так называемое гидроусиление электромагнитного клапана).

Если не будет выполнено хотя бы одно условие, то форсунка не сработает. Или сработает «неправильно», топлива тогда будет впрыснуто или больше, или меньше. То есть – «нерасчетное» количество.

Вот это и есть самое главное и особенное отличие системы Common Rail от «обычных» дизельных двигателей.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИЛОВЫХ АГРЕГАТОВ И ТРАНСМИССИИ

Эксплуатация автомобилей при низких температурах. Поддержание теплового режима движения при безгаражном хранении

Причины и характер изнашивания ЦПГ. Диагностика ЦПГ

Причины и характер изнашивания КИМ. Диагностика КИМ

Причины и характер изнашивания топливной аппаратуры дизельных двигателей. Диагностика системы питания дизельного двигателя

Диагностирование системы охлаждения и системы зажигания карбюраторного двигателя

Гидравлическая коробка передач. Устройство и принцип гидротрансформатора, его характеристики, виды гидротрансформаторов

Механические коробки передач, виды, требования и диагностика

Дифференциация. Назначение и типы требования к дифференциалу

Количественная оценка состояния автомобилей и показателей эффективности их эксплуатации

Основные факторы, влияющие на расход топлива автомобилями. Влияние ТО на экономию топлива. Нормирование расхода топлива на АТП

Виды полуосей автомобиля и требования к ним. Виды мостов автомобилей

ТЭСАТ 1.Эксплуатация автомобилей при низких температурах. Поддержание теплового режима движения при безгаражном хранении.

Затруднения пуска двигателей возникает из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Для надежного пуска двигателя скорость проворачивания или частота вращения коленчатого вала должна быть равной или превышать минимальную частоту вращения, обеспечивающую процесс подготовки горючей смеси в карбюраторе. Эта величина сильно зависит от окружающей среды.

При снижении температуры масла значительно увеличивается его вязкость, в результате чего увеличивается сопротивление прокручивания коленчатого вала и снижается скорость его вращения. Это, естественно, вызывает ухудшение условий воспламенения.

Снижение температуры электролита аккумуляторной батареи в значительной мере ухудшает энергетические возможности аккумулятора, а, следовательно, уменьшает и скорость проворачивания коленчатого вала и, в конечном итоге, ухудшает воспламенение топлива. При холодном пуске топливо хуже испаряется, т.к. испарение – процесс эндотермический, т.е. проходящий с поглощением теплоты.

Некоторые исследователи утверждают, что износ холодных двигателей в процессе пуска составляет 50-70% от общих эксплуатационных износов. В наиболее неблагоприятных условиях с точки зрения износов при низких температурах находятся агрегаты трансмиссии – коробка передач и задние мосты.

Снижение надежности машин при низких температурах вызывается рядом причин, эти причины в свою очередь приводят к увеличению частоты пусковых отказов, снижению долговечности элементов машин, ухудшению ремонтопригодности. Причиной поломок рессор является хладноломкость, возникающая при воздействии на материал низких температур. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур связана с увеличением расхода топлива, это объясняется:

Повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания смазки; - неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распылевания топлива;

Необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя; - увеличением сопротивления качению колес при движении по зимней дороге.

Одним из широко распространенных способов подогрева или разогрева автомобильных двигателей при низких температурах является вода или парообогрев.

Воздухообогрев – один из наиболее распространенных способов безгаражного хранения автомобилей. Он используется широко на предприятиях Норильска, Челябинска, Тюмени. Для получения горячего воздуха и подачи его к обогреваемым автомобилям площадки безгаражного хранения оборудуются специальными установками, составными частями которой являются: устройство для подогрева и подачи воздуха (калориферные агрегаты), воздуховоды, соединительные рукава, для подвода воздуха к автомобильным агрегатам, система контроля и сигнализация.

Электрообогрев достаточно эффективен и позволяет осуществлять регулирование количества подаваемого к автомобилям тепла в широких пределах. Электрообогрев широко используется не только в нашей стране, но и за рубежом. При групповом обогреве автомобилей используют электрическую энергию от трансформаторов подстанции. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяются нагревательные элементы, которые можно разделить на 2 группы: с твердым проводником и жидкостные. В качестве твердых проводников используется сплавы нихром, фехраль, кантал, хромам, лучшим является нихром. Применяются электронагревательные элементы из твердых проводников с открытой или закрытой спиралью. Среди нагревателей с твердым проводником, хорошо себя зарекомендовали цилиндрические электронагреватели, у которых спираль монтируется внутри патрубка системы охлаждения.

Инфракрасный газовый обогрев. Обогревание двигателей осуществляется с помощью горелок инфракрасного излучения, применяется сравнительно недавно. Он основан на том, что инфракрасные лучи по природе своей являющиеся электромагнитными колебаниями с длиной волны до 1 мкм (конец видимого спектра) до 1 мм (наиболее короткие радиоволны) практически не поглощаются чистым воздухом, а металл обогреваемых агрегатов поглощает излучение и нагревается. Для этого разработаны специальные горелки, предназначенные для работы в стационарных условиях и передвижные. «Газоавтоматика», «Радиант». Горелки могут работать как на природном газе, так и на пропане.

К индивидуальным средствам и способам безгаражного хранения автомобилей относятся утеплительные чехлы, утепление агрегатов, утепление аккумуляторных батарей.

ТЭСАТ 2.Причины и характер изнашивания ЦПГ. Диагностика ЦПГ. 2. Интенсивность изнашивания зависит от очень большого количества факторов.

Основные факторы можно подразделить на конструкторские;

эксплуатационные.

К конструкторским факторам относятся:вид трения (сухое, жидкостное, граничное); вид металла (механические характеристики, химический состав, структура);

вид обработки металла (термообработка, различные виды упрочнений, насыщение поверхностного слоя другими металлами и т.д.).

К эксплуатационным факторам относятся:условия работы автомобиля; режим работы его сопряжений.

Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) является основным и важнейшим узлом трения ДВС. Внутренняя поверхность цилиндра, днище поршня и крышка образуют камеру сгорания. Боковая поверхность (зеркало цилиндра) служит направляющей для движения поршня.

Поршни ДВС, являясь подвижным элементом пары трения, работают в условиях высоких механических и тепловых нагрузок.

Блоки цилиндров обычно выполняют как коробчатую конструкцию с отверстиями для цилиндровых гильз и каналов охлаждающей среды.

По конструкции гильзы подразделяют на "мокрые", омываемые снаружи охлаждающей жидкостью, и "сухие", имеющие небольшую толщину стенок (2-4 мм), что позволяет без больших расходов применять качественные износостойкие материалы.

Диагностирование кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов двигателя

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) включает цилиндро-поршневую группу – гильзы цилиндров, поршни и поршневые кольца, коленчатый вал с шатунными и коренными подшипниками, шатуны со втулками, поршневые пальцы и маховик. Неисправности деталей этого механизма вызывают значительное изменение диагностических параметров: мощность двигателя падает на 15…20%, увеличивается угар масла и прорыв газов в картер, уменьшение компрессии, нарастают шум и вибрации, появляются стуки, резко увеличивается загрязнение картерного масла продуктами износа. Поэтому, основными параметрами, по которым определяют состояние цилиндро-поршневой группы, являются угар масла, количество прорывающихся в картер газов, компрессия, утечка сжатого газа, шумы, стуки, вибрации.

Угар масла определяется в эксплуатационных условиях. Для этого учитывают расход масла и расход топлива в течение нескольких контрольных смен. Однако этот метод, весьма приближённый, так как невозможно точно учесть расход масла. Имеют место утечки масла через неплотности сальников коленчатого вала и разъёмов картеров. Кроме того, угар масла в течение длительного времени работы двигателя изменяется незначительно и лишь при большом износе деталей цилиндропоршневой группы, в частности поршневых колец, начинает резко возрастать. Такой характер изменения угара масла в зависимости от наработки затрудняет прогнозирование остаточного ресурса. Наибольшее распространение для оценки состояния цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) получил способ определения количества газов, прорывающихся в картер. Этот метод более объективен и то-чен. Однако, при измерении количества газов ротаметром имеют место утечки части газов в атмосферу. Чтобы избежать этого, во время измерений газы из картера отсасывают, обеспечивая прохождение их только через измерительное устройство.

Измерение количества газов, прорывающихся в картер, осуще-ствляют индикатором КИ-13671. Индикатор устанавливают на двигатель и полностью открывают дроссель индикатора. Пускают двигатель и устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала. Поворотом крышки плавно перекрывают дроссельное отверстие до тех пор, пока поршень не займёт среднее положение относительно проточки на трубке сигнализатора. В этом положении считывают показания индикатора по цифре, находящейся против указателя на шкале крышки.

Разница в значениях компрессии у нового и изношенного двигателя возрастает с понижением частоты вращения коленчатого вала, поэтому компрессию следует определять при пусковой частоте вращения коленчатого вала. Для правильной сравнительной оценки состояния ЦПГ по компрессии должно быть соблюдено равенство и постоянство частоты вращения коленчатого вала и температуры стенок цилиндров при проверке каждого из них в отдельности. Соблюдение отмеченных условий не всегда представляется возможным, следовательно, компрессия является ориентировочным показателем состояния ЦПГ.

Примечание: перед подключением устройства КИ-13936 к масляной маги-страли у дизеля ЯМЗ-238НБ заменяют фильтрующий элемент.

Перед прослушиванием объекта диагностирования автотестоскоп вынимают из футляра, ввёртывают наконечник и вставляют штеккер телефона в соответствующие гнёзда. Прикладывают наконечник к месту прослушивания, предварительно закрепив телефон на ухе. Если стуков не слышно, то меняют режим работы двигателя, отключают отдельные цилиндры или дросселируют выхлоп, перекрывая выпускную трубу. По характеру появившегося стука или шума в КШМ устанавливают причину неисправности и способ её устранения. Характер стуков изменяется с увеличением зазоров сопряжённых деталей и изменении режимов работы двигателя. При этом, количественная оценка зазоров зависит от слуховых качеств и опыта оператора.

ТЭСАТ 3. Причины и характер изнашивания КШМ. Диагностика КШМ . При прослушивании карбюраторных двигателей минимальная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу должна быть 400мин, а для дизеля 500 мин.

Для того чтобы на слух определить причину неисправности, необходимо знать характер стуков при различных неисправностях.

Неисправность поршней характеризуется глухим щёлкающим звуком, который прослушивается выше плоскости разъёма картера при резком уменьшении частоты вращении коленчатого вала сразу после пуска холодного двигателя.

На неисправность коренных подшипников указывает сильный глухой низкий звук, который прослушивается в плоскости разъёма картера двигателя при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.

При неисправности поршневого пальца слышен резкий звонкий высокий звук в зоне верхнего и нижнего положения поршневого пальца при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Не путать с детонационными стуками, которые проявляются при большом угле опережения зажигания и исчезают при его уменьшении.

Значительное снижение мощности двигателя происходит из-за увеличенного износа рабочих поверхностей деталей цилиндро – поршневой группы – поршня, гильзы цилиндра, компрессионных колец, а также неплотного прилегания клапанов к седлам, повреждения прокладки головки блока цилиндров или ослабление крепления головки блока цилиндров. Эти неисправности вызывают потерю компрессии, снижение давления в цилиндре в конце такта сжатия.Основными неисправностями КШМ являются:

Изнашивание, заклинивание, разрушение вкладышей;

Деформация постелей в блоке;-Деформация коленчатого вала; -Деформация и изнашивание отверстий нижней головки шатуна; -Обрыв шатуна или шатунных болтов;

Изнашивание втулки верхней головки шатуна;

Изнашивание подшипников балансирных валов;

Заклинивание или разрушение подшипников балансирных валов.Основными причинами неисправности ГРМ являются:

Нарушение тепловых зазоров между стержнями клапанов и носками коромысел;-Подгорание рабочих фасок клапанов и седел;-Потеря упругости или поломка пружин клапанов;

Повышенное изнашивание толкателей, штанг, коромысел, направляющих втулок клапанов, опорных шеек, втулок и кулачков распределительного вала, его упорного фланца и зубьев распределительного зубчатого колеса.

ТЭСАТ 4.Причины и характер изнашивания топливной аппаратуры дизельных двигателей. Диагностика системы питания дизельного двигателя. К системе питания дизелей относятся топливо- и воздухоподводящая аппаратура, выпускной газопровод и глушитель шума отработавших газов. В четырехтактных дизелях наибольшее распространение получила топливоподводящая аппаратура разделенного типа, у которой топливный насос высокого давления ТНВД и форсунки конструктивно выполнены отдельно и соединены трубопроводами. Топливоподача осуществляется по двум основным магистралям: низкого и высокого давления. Назначение механизмов и узлов магистрали низкого давления состоит в хранении топлива, его фильтрации и подачи под малым давлением к насосу высокого давления. Механизмы и узлы магистрали высокого давления обеспечивают подачу и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя.

Техническое состояние механизмов и узлов системы питания двигателя существенно влияет на его мощность и экономичность. Распространенными неисправностями системы питания являются: топливный бак – трещины на баке, негерметичность из-за коррозии;

топливопроводы – поломка, трещины на них, негерметичность в местах присоединения:

топливопроводов к топливным фильтрам, ТНВД, форсункам, засорение топливопроводов;топливные фильтры - их засорение;топливоподкачивающий насос - поломка пружин впускное и выпускного клапанов, отсутствие полной посадки клапанов в седла из-за попадания под них загрязнений, снижения упругости пружины поршня, износ поверхностей цилиндра и поршня; ТНВД - износ плунжерных пар, нарушение оптимальных регулировок насоса, износ сопряжения нагнетательный клапан - седло, поломка пружин нагнетательных клапанов и плунжеров, поломка пружин регулятора частоты вращения; форсунки - износ выходных отверстий, их закоксовывание и засорение, потеря упругости или поломка затяжной пружины, негерметичность сопряжения игла - распылитель.

Диагностика систем питания дизельных двигателей проводится методами ходовых и стендовых испытаний и оценки состояния механизмов и узлов системы после их демонтажа.

При диагностике методом ходовых испытаний определяют расход топлива при движении автомобиля с постоянной скоростью на мерном горизонтальном участке (1 км) шоссе с малой, интенсивностью движения. Чтобы исключить влияние подъемов и спусков, выбирают маятниковый маршрут, т. е. такой, на котором автомобиль движется до конечного пункта и возвращается по той же дороге. Количество израсходованного топлива измеряют с помощью расходомеров объемного типа. Диагностирование систем питания можно проводить и одновременно с испытанием тяговых качеств автомобиля на стенде с беговыми барабанами.

Токсичность отработавших газов двигателей проверяют на холостом ходу. Для дизельных двигателей при этом используются фотометры (дымомеры) или специальные фильтры.

Диагностирование системы питания дизельных двигателей включает в себя проверку герметичности системы и состояния топливных и воздушных фильтров, проверку топливо подкачивающего насоса, а также насоса высокого давления и форсунок.

Состояние топливных и воздушных фильтров проверяют визуально.Форсунки дизельного двигателя проверяют на стенде НИИАТ-1609 на герметичность, давление начала подъема иглы и качество распыливания топлива.

Перспективным методом диагностики топливной аппаратуры дизелей является измерение давления топлива и виброакустического импульса в звеньях топливоподающей системы. Для измерения давления между трубкой высокого давления и форсункой системы питания дизеля устанавливают датчик давления. Для измерения виброимпульсов на грани нажимной гайки трубки высокого давления монтируется соответствующий вибродатчик.

ТЭСАТ 5.Диагностирование системы охлаждения и системы зажигания карбюраторного двигателя. Система охлаждения двигателя обеспечивает его работу в оптимальном температурном режиме, равном 85-90°С, при различных условиях эксплуатации.

Характерными неисправностями системы охлаждения являются подтекания и недостаточная эффективность охлаждения двигателя. Первое происходит из-за повреждения шлангов их соединений, сальника водяного насоса, порчи прокладок, трещин, а второе - из-за пробуксовки ремня вентилятора или его обрыва, поломок водяного насоса, неисправности термостата, внутреннего или внешнего загрязнения радиатора, в результате образования накипи.

Признаками неисправности системы охлаждения служит перегрев двигателя и закипание охлаждающей жидкости в радиаторе. Они являются результатом длительной и большой нагрузки двигателя или неправильной регулировки системы зажигания или системы питания.

Диагностирование системы охлаждения двигателя заключается в определении ее теплового состояния и герметичности, проверке натяжения ремня вентилятора и работы термостата. Разность температур между верхним и нижним бачками радиатора при полностью прогретой системе охлаждения должна быть в пределах 8-12°С. Герметичность системы контролируют на холодном двигателе. Течь охлаждающей жидкости может быть обнаружена по следам подтеканий через сальник жидкостного насоса, в местах соединения патрубков и т.д. Герметичность проверяют под давлением 0,06 МПа.

Натяжение ремня 1 (см. рис.) привода вентилятора или жидкостного насоса проверяют замером прогиба ремня при нажатии посередине между шкивами с усилием примерно 30-40 Н. Прогиб должен быть в пределах 8-14 мм.

Работу термостата проверяют при замедленном прогреве двигателя после пуска или, наоборот - при быстром его прогреве и перегреве в процессе работы. Снятый термостат погружают в подогреваемую ванну с водой, контролируя температуру термометром. Момент начала и конца открытия клапана должен происходить соответственно при температурах 65-70 и 80-85"С. Неисправный термостат заменяют.Диагностика с применением 4-х компонентного газоанализатора.

Диагностирование карбюраторных и впрысковых двигателей не имеет принципиальных отличий. И карбюратор и система впрыска выполняют одну и ту же задачу, только последняя - на более современном, высоком уровне. Поэтому рассмотрим методику диагностики на примере карбюраторного двигателя, делая заметки для систем впрыска.

Проверку необходимо начинать с параметров холостого хода.

Завышенное содержание СО на холостом ходе (>1,5%) приводит к перерасходу топлива в городском цикле и провалу в начале движения дроссельной заслонки. Если не удаётся отрегулировать винтом качества смеси карбюратор на предмет снижения СО до необходимого уровня, то наиболее вероятными причинами могут быть:

1. повреждение уплотнительного кольца на винте качества

2. завышенный уровень топлива в поплавковой камере

3. увеличенный размер главного топливного жиклёра

4. заедание в приоткрытом состоянии заслонки во вторичной камере.

5. засорился воздушный фильтр или жиклёр.

Заниженное значение СО (<0,3%) вызывает "вялый" разгон, начальный провал и перерасход топлива, т.к приходится чаще дросселировать. А значение СО<0,1% вызывает "проскоки" искры, а значит увеличение содержания СН и, следовательно, перерасход топлива. Если не удаётся отрегулировать заниженное СО, то наиболее вероятны:

1. занижен уровень топлива в поплавковой камере

2. малая подача топлива в карбюратор

3. засорился главный топливный жиклёр или система холостого хода

Для систем впрыска:

1. недостаточние давление в топливной рампе (бензонасос, фильтр тонкой очистки, регулятор давления топлива)

СО - 1,0-2,5% - большой расход топлива при максимальной мощности на средних оборотах

Средние обороты - это трассовый цикл движения автомобиля. Большую часть времени двигатель работает именно на этих оборотах, и, соответственно, по ним определяется расход топлива.

Остаточное содержание углеводородов СН в выхлопных газах показывает качество сгорания ТВ-смеси. Чем полнее сгорает бензин, тем ниже содержание СН.

Данные параметры при "потраивании" четырёхцилиндрового двигателя говорят о том, что свеча в одном цилиндре не срабатывает:

А) каждое пятое искрообразованиеБ) каждое третье

В) каждое второе Г) свеча полностью не работает

Как правило, свечи начинают выходить из строя на холостом ходе. Поэтому при пропусках зажигания уменьшается доля СО и СО2, а доля О2 возрастает. Если при увеличении оборотов до средних характеристика восстанавливается полностью, то необходимо проверить свечи.

ТЭСАТ 6.Гидравлическая коробка передач.Устройство и принцип гидротрансформатора, его характеристики, виды гидротрансформаторов. АКПП состоит из:

1) Гидротрансформатор (ГТ) – соответствует сцеплению в механической трансмиссии, но не требует непосредственного управления со стороны водителя.

2) Планетарный ряд - соответствует блоку шестерен в механической коробке передач и служит для изменения передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач.

3) Тормозная лента, передний фрикцион, задний фрикцион – компоненты, посредством которых осуществляется переключение передач.

4) Устройство управления. Этот узел состоит из маслосборника (поддон коробки передач), шестеренчатого насоса и клапанной коробки. Клапанная коробка представляет собой систему каналов с расположенными в них клапанами и плунжерами, которые выполняют функции контроля и управления. Это устройство преобразует скорость движения автомобиля, нагрузку двигателя и степень нажатия на педаль газа в гидравлические сигналы. На основе этих сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически изменяются передаточные отношения в коробке передач.

Гидротрансформатор (или torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач. Он установлен в промежуточном кожухе, между двигателем и коробкой передач и выполняет функции обычного сцепления. В процессе работы этот узел, наполненный трансмиссионной жидкостью, несет довольно высокие нагрузки и вращается с достаточно большой скоростью. Он не только передает крутящий момент, поглощает и сглаживает вибрации двигателя, но и приводит в действие масляный насос, находящийся в корпусе коробки передач. Масляный насос наполняет трансмиссионной жидкостью гидротрансформатор и создает рабочее давление в системе управления и контроля. Поэтому является неверным мнение о том, что автомобиль, оснащенный автоматической трансмиссией, можно завести принудительно, не используя стартер, а разогнав его до высокой скорости. Шестеренчатый насос получает энергию только от двигателя, и если двигатель не работает, то давление в системе управления и контроля не создается, в каком бы положении не находился рычаг выбора режима движения. Следовательно, принудительное вращение карданного вала не обязывает коробку передач работать, а двигатель - вращаться.

Планетарный ряд В отличие от простой механической трансмиссии, в которой используются параллельные валы и сцепляющиеся между собой шестерни, в автоматических трансмиссиях в подавляющем большинстве используются планетарные передачи.

Составные части фрикционаПоршень (piston) приводится в действие давлением масла. Двигаясь под давлением масла вправо (по рисунку), поршень посредством конического диска (dished plate) плотно прижимает ведущие диски пакета к ведомым, заставляя их вращаться как единое целое и осуществляя передачу крутящего момента от барабана к втулке. В корпусе самой коробки передач расположены несколько планетарных механизмов, они и обеспечивают необходимые передаточные отношения. А передача крутящего момента от двигателя через планетарные механизмы к колесам происходит с помощью фрикционных дисков, дифференциала и других сервисных устройств. Управление всеми этими устройствами осуществляется благодаря трансмиссионной жидкости через систему управления и контроля. Тормозная лента Устройство, используемое для блокировки элементов планетарного ряда.

Виды гидротрансформаторов. По конструктивным особенностям различают гидротрансформаторы: одноступенчатые и многоступенчатые, если в круге циркуляции имеется соответственно один или несколько рядов (ступеней) лопаток турбинного колеса; одноциркуляционные и многоциркуляционные, если в его состав входит соответственно один или несколько кругов циркуляции; простые и комплексные, если он не обладает или, наоборот, обладает свойством гидромуфты. В отечественном тепловозостроении имеются примеры выполнения и применения всех названных выше конструктивных видов гидротрансформаторов. Наряду с разделением гидротрансформаторов по конструктивным особенностям существует разделение их по так называемому свойству прозрачности: непрозрачные и прозрачные.

Под прозрачностью гидротрансформатора понимается его свойство оказывать влияние на режим нагрузки дизеля при изменении внешнего сопротивления движению поезда. На рис. б видно, что в непрозрачном гидротрансформаторе момент насосного колеса Мя (сплошная линия) при постоянной частоте вращения не изменяется при всех значениях момента турбинного колеса и его частоте вращения.

ТЭСАТ 7.Механические коробки передач, виды, требования и диагностика. Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.

В зависимости от числа ступеней различают следующие конструкции: четырехступенчатая коробка передач;

пятиступенчатая коробка передач; шестиступенчатая коробка передач; и выше.

Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.

Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальная коробка передач;

двухвальная коробка передач.

Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Устройство трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач имеет следующее устройство:

ведущий (первичный) вал; шестерня ведущего вала;

промежуточный вал; блок шестерен промежуточного вала;

муфты синхронизаторов; механизм переключения передач;

картер (корпус) коробки передач.

Устройство двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач имеет следующее устройство:

ведущий (первичный) вал; блок шестерен ведущего вала;

ведомый (вторичный) вал; блок шестерен ведомого вала;

муфты синхронизаторов; главная передача; дифференциал;

механизм переключения передач; картер коробки передач.

Уход и эксплуатация

При эксплуатации коробки передач необходимо следить за уровнем масла в картере и доливать его в случае необходимости. Полная замена масла производится в сроки, указанные в инструкции по эксплуатации автомобиля. При грамотном обращении с рычагом переключения передач и периодической замене масла в картере коробки, она не напоминает о себе практически до конца срока службы автомобиля. Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, то когда-нибудь обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями. Передачи надо переключать спокойным плавным движением, с небольшой паузой в нейтрали для того, чтобы сработали синхронизаторы.

Основные неисправности коробки передач:

Подтекание масла может быть следствием повреждения уплотнительных прокладок, сальников и ослабления крепления крышек картера;

Шум при работе коробки передач может возникнуть из-за неисправного синхронизатора, износа подшипников, шестерен и шлицевых соединений;

Затрудненное включение передач может происходить из-за поломок деталей механизма переключения, износа синхронизаторов или шестерен;

Самовыключение передач случается из-за неисправности блокировочного устройства, а также при сильном износе шестерен или синхронизаторов.

1.Шум в коробке передач

Повышенный шум работы КПП может быть вызван следующими причинами: износом зубьев шестерен;

износом подшипников; недостаточным уровнем масла

Устранить эти неисправности можно заменив изношенные детали и долив масло, уровень которого должен находиться между контрольными метками указателя уровня масла. При необходимости нужно заменить поврежденные или изношенные сальники.

2.Затрудненное переключения передач

Затрудненное переключения передач может быть вызвано следующими причинами:

Неполное выключение сцепления

Деформация тяги привода управления механизмом переключения передач или реактивной тяги

Ослабление винтов крепления шарнира или рычага штока выбора передач

Неправильная регулировка привода переключения передач

Износ или поломка пластмассовых деталей в прводе переключения передач

Для устранения этих неисправностей необходимо отрегулировать или заменить поврежденные или неисправные детали КПП.

3.Самопроизвольное выключение передач

При самопроизвольном выключении передач основными причинами могут быть:

Повреждение или износ торцев зубьев синхронизаторов на шестерне и муфте

Повышенные колебания силового агрегата на опорах из-за трещин или расслоение резины на задних опорах

Недовключение передач из-за неправильной регулировки привода переключения передачи неправильной установки (натягивания) защитного чехла тяги

Для устранения этих неисправностей необходимо заменить изношенные или поврежденные детали или отрегулировать привод.

4.Шум ("треск") в момент включения передач

Этот дефект может возникать в силу следующих причин:

Неполного включения сцепления

Износа блокирующего кольца синхронизатора включаемой передачи, которое необходимо заменить.

5.Утечка масла из КПП может возникнуть в следствии износа сальников первичного вала, корпусов шарниров равных угловых скоростей, штока выбора передач или уплотнителя валика привода спидометра. Также утечка масла возможна при ослаблении крепления и повреждении герметика в местах крепления крышки и картера коробки. Необходимо также проверить крепление сливной пробки.

ТЭСАТ 8.Дифференциация. Назначение и типы требования к дифференциалу. Назначение, принцип действия дифференциала.

Дифференциал предназначен для передачи крутящего момента от главной передачи к полуосям и позволяет им вращаться с разной скоростью при повороте автомобиля и на неровностях дороги.

На автомобилях применяют шестеренчатые конические дифференциалы (рис. а), которые состоят из полуосевых шестерен 3, сателлитов 4 и объединяющего их корпуса, прикрепленного к ведомой шестерне главной передачи.

Дифференциалы такого типа используют между колесами ведущих мостов как межколесные. Для различных автомобилей они отличаются конструкцией корпуса и числом сателлитов. Конические дифференциалы используют также и в качестве межосевых. В этом случае они распределяют крутящий момент между главными передачами ведущих мостов.

На рисунке для упрощения не показан корпус дифференциала, поэтому для рассмотрения принципа действия будем считать, что ось 1 сателлитов установлена в корпусе. При вращении ведущей шестерни 5 и ведомой шестерни 2 главной передачи крутящий момент передается на ось 1 сателлитов, далее через сателлиты 4 на полуосевые шестерни 3 и на полуоси 6.

При движении автомобиля по прямой и ровной дороге задние колеса встречают одинаковое сопротивление и вращаются с одинаковой частотой (рис. а). Сателлиты вокруг своей оси не вращаются и на оба колеса передаются одинаковые крутящие моменты. Как только условия движения изменяются, например на повороте (рис. б), левая полуось начинает вращаться медленнее, так как колесо с которым она связана, встречает большое сопротивление. Сателлиты приходят во вращение вокруг своей оси, обкатываясь по замедляющейся полуосевой шестерне (левой) и увеличивая частоту вращения правой полуоси. В результате правое колесо ускоряет свое вращение и проходит большой путь по дуге наружного радиуса.

Одновременно с изменением скоростей полуосевых шестерен происходит изменение крутящего момента на колесах - на ускоряющемся колесе момент падает. Так как дифференциал распределяет моменты на колеса поровну, то в этом случае на замедляющемся колесе происходит также уменьшение момента. В результате суммарный момент на колесах падает и тяговые свойства автомобиля снижаются. Это сказывается отрицательно на проходимости автомобиля при движении по бездорожью и скользким дорогам, т.е. одно из колес стоит на месте (допустим, в яме), а другое в это время буксует (по сырой земле, глине, снегу). Но на дорогах с хорошим сцеплением шестеренчатый конический дифференциал обеспечивает лучшую устойчивость и управляемость, а водителю не приходится менять каждый день напрочь изношенные шины.

Типы дифференциалов.-Самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения с частичной блокировкой.-Самоблокируемый червячный дифференциал типа «Квайф» (Quaife).

Автоматическая блокировка с использованием Вискомуфты в качестве "Slip Limiter".-Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.-Полная (100%-я) ручная блокировка..

Для повышения проходимости автомобиля при движении по бездорожью применяют дифференциалы с принудительной блокировкой или самоблокирующийся дифференциал.

Сущность принудительной блокировки состоит в том, что ведущий элемент (корпус) дифференциала в момент включения блокировки жестко соединяется с полуосевой шестерней. Для этого предусмотрено специальное дистанционное устройство с зубчатой муфтой.

На данный момент практически каждый современный автомобиль укомплектовывается бортовыми компьютерами, EBD, электростеклоподъемниками и многими другими электронными приборами. Сейчас такая техника может управлять не только механическими, но и пневматическими, а также гидравлическими системами машины. И даже двигатель не может обойтись без электроники. В нем установлен специальный прибор - CAN-шина. Именно о нем пойдет сегодня речь.

История возникновения

Впервые понятие CAN-шина появилось в 80-х годах прошлого века. Тогда известная немецкая компания «БОШ» совместно с фирмой «Интел» разработала новый цифровой прибор для передачи данных, который назывался

Что она может?

Данная шина может соединить между собой все датчики, блоки и контроллеры, которые находятся в автомобиле. CAN может соединяться с иммоблайзером, системой SRS, ESP, электронным блоком управления двигателем, коробкой передач и даже подушками безопасности. Помимо этого, шина контактирует с датчиками подвески, и климат-контроля. Соединяются все эти механизмы в дуплексном режиме со до 1 Мбит/ с.

CAN-шина: описание и особенности прибора

При всей своей функциональности данный механизм состоит всего лишь из двух проводов и одного чипа. Раньше для соединения со всеми датчиками CAN-шина снабжалась десятками штекеров. И если в 80-х годах по каждому проводу передавался всего лишь один сигнал, то сейчас данное значение достигает сотни.

Современная шина CAN также отличается тем, что имеет функцию подключения к мобильному телефону. Электронный брелок, выполняющий функцию ключа зажигания, тоже может подключаться к данному прибору и получать информацию с блока управления двигателем.

Немаловажным является то, что данный инструмент может предопределять неполадки в функционировании оборудования машины и в некоторых случаях устранять их. Он практически не поддается воздействиям помех и имеет хорошую изоляцию контактов. CAN-шина имеет очень непростой алгоритм работы. Данные, которые передаются через нее битами, мгновенно превращаются в кадры. В качестве проводника информации служит 2-проводная витковая пара. Также существуют изделия из оптоволокна, однако они менее эффективны в эксплуатации, поэтому не так сильно распространены, как первые варианты. Реже всего встречается CAN-шина, передающая информацию через радиоканал или

Функциональность и быстродействие

Чтобы повысить быстродействие данного устройства, производители часто укорачивают длину их проводов. Если суммарная длина шины будет составлять менее 10 метров, скорость передачи информации возрастет до 2 мегабит за секунду. Обычно на такой скорости механизм передает данные с 64 электронных датчиков и контроллеров. Если же к шине подключено большее количество устройств, создается несколько цепей для приема и передачи информации.

CAN-шина — устройство, облегчающее управление машиной за счет обмена информацией с другими системами авто. Передача данных от одного автомобильного блока к другому осуществляется по специальным каналам с использованием шифрования.

[ Скрыть ]

Что такое CAN-шина

Электронный КАН-интерфейс в авто представляет собой сеть контроллеров, использующихся для объединения всех управляющих модулей в единую систему.

Данный интерфейс представляет собой колодку, с которой можно соединять посредством проводов блоки:

• противоугонного комплекса, оборудованного функцией автозапуска либо без нее;
• системы управления мотором машины;
• антиблокировочного узла;
• системы безопасности, в частности, подушек;
• управления автоматической коробкой передач;
• контрольного щитка и т. д.

Устройство и где находится шина

Конструктивно CAN-шина представляет собой блок, выполненный в пластиковом корпусе, либо разъем для подсоединения кабелей. Цифровой интерфейс состоит из нескольких проводников, которые называются CAN. Для подключения блоков и устройств используется один кабель.

Место монтажа устройства зависит от модели транспортного средства. Обычно этот нюанс указывается в сервисном руководстве. СAN-шина устанавливается в салоне автомобиля, под контрольным щитком, иногда может располагаться в подкапотном пространстве.

Как работает?

Принцип работы автоматической системы заключается в передаче закодированных сообщений. В каждом из них имеется специальный идентификатор, являющийся уникальным. К примеру, «температура силового агрегата составляет 100 градусов» или «скорость движения машины 60 км/ч». При передаче сообщений все электронные модули будут получать соответствующую информацию, которая проверяется идентификаторами. Когда данные, передающиеся между устройствами, имеют отношение к конкретному блоку, то они обрабатываются, если нет — игнорируются.

Длина идентификатора CAN-шины может составить 11 либо 29 бит.

Каждый передатчик информации одновременно выполняет считывание данных, передающихся в интерфейс. Устройство с более низким приоритетом должно отпустить шину, поскольку доминантный уровень с высоким показателем искажает его передачу. Одновременно пакет с повышенным значением остается нетронутым. Передатчик, который потерял связь, спустя определенное время ее восстанавливает.

Интерфейс, подключенный к сигналке или модулю автоматического запуска, может функционировать в разных режимах:

1. Фоновый, который называется спящим или автономным. Когда он запущен, все основные системы машины отключены. Но при этом на цифровой интерфейс поступает питание от электросети. Величина напряжения минимальная, что позволяет предотвратить разряд аккумуляторной батареи.
2. Режим запуска или пробуждения. Он начинает функционировать, когда водитель вставляет ключ в замок и проворачивает его для активации зажигания. Если машина оборудована кнопкой Старт/Стоп, это происходит при ее нажатии. Выполняется активация опции стабилизации напряжения. Питание подается на контроллеры и датчики.
3. Активный. При активации этого режима процедура обмена данными осуществляется между регуляторами и исполнительными устройствами. Параметр напряжения в цепи увеличивается, поскольку интерфейс может потреблять до 85 мА тока.
4. Деактивация или засыпание. Когда силовой агрегат останавливается, все системы и узлы, подключенные к шине CAN, перестают функционировать. Выполняется их деактивация от электрической сети транспортного средства.

Характеристики

Технические свойства цифрового интерфейса:

• общее значение скорости передачи информации составляет около 1 Мб/с;
• при отправке данных между блоками управления различными системами этот показатель уменьшается до 500 кб/с;
• скорость передачи информации в интерфейсе типа «Комфорт» — всегда 100 кб/с.

Канал «Электротехника и электроника для программистов» рассказал о принципе отправки пакетных данных, а также о характеристиках цифровых адаптеров.

Виды CAN-шин

Условно CAN-шины можно разделить между собой на два типа в соответствии с использующимися идентификаторами:

1. КАН2, 0А. Так маркируются цифровые устройства, которые могут функционировать в 11-битном формате обмена данными. Этот тип интерфейсов по определению не может выявить ошибки на сигналы от модулей, работающих с 29 бит.
2. КАН2, 0В. Так маркируются цифровые интерфейсы, функционирующие в 11-битном формате. Но ключевая особенность состоит в том, что данные об ошибках будут передаваться на микропроцессорные устройства, если обнаруживается идентификатор на 29 бит.

CAN-шины могут делиться на три категории в соответствии с видом:

1. Для силового агрегата автомобиля. Если подключить к нему такой тип интерфейса, это позволит обеспечить быструю связь между управляющими системами по дополнительному каналу. Предназначение шины заключается в синхронизации работы ЭБУ двигателя с другими узлами. Например, коробкой передач, антиблокировочной системой и т. д.
2. Устройства типа Комфорт. Такая разновидность цифровых интерфейсов используется для соединения всех систем данной категории. К примеру, электронной регулировки зеркал, подогрева сидений и т. д.
3. Информационно-командные интерфейсы. Имеют аналогичную скорость передачи информации. Используются для обеспечения качественной связи между узлами, необходимыми для обслуживания транспортного средства. К примеру, между электронным блоком управления и навигационной системой или смартфоном.

О принципе действия, а также о разновидностях цифровых интерфейсов рассказал канал «Электротехника и электроника для программистов».

Инструкция по подключению сигнализации по CAN-шине

При монтаже противоугонной системы простой вариант ее соединения с бортовой сетью — связать охранную установку с цифровым интерфейсом. Но такой метод возможен при наличии КАН-шины в автомобиле.

Чтобы произвести установку автосигнализации и подключить ее к CAN-интерфейсу, необходимо знать место монтажа блока управления системой.

Если сигналку ставили специалисты, то надо обратиться за помощью с этим вопросом на СТО. Обычно устройство располагается за приборной панелью автомобиля или под ней. Иногда установщики ставят микропроцессорный модуль в свободное пространство за бардачком или автомагнитолой.

Что понадобится?

Для выполнения задачи потребуется:

• мультиметр;
• канцелярский нож;
• изолента;
• отвертка.

Пошаговые действия

Процедура подключения противоугонной установки к CAN-шине осуществляется так:

1. Сначала надо убедиться, что все элементы охранного комплекса установлены и работают. Речь идет о микропроцессорном блоке, антенном модуле, сервисной кнопке, сирене, а также концевых переключателях. Если сигнализация имеет опцию автозапуска, надо убедиться в правильности монтажа этого устройства. Все элементы противоугонной установки подключаются к микропроцессорному блоку.
2. Выполняется поиск основного проводника, идущего к CAN-шине. Он более толстый и его изоляция обычно окрашена в оранжевый цвет.
3. Основной блок автосигнализации соединяется с данным контактом. Для выполнения задачи используется разъем цифрового интерфейса.
4. Производится монтаж блока управления охранной системы, если он не был установлен. Его следует разместить в сухом и недоступном для посторонних глаз месте. После монтажа устройство надо качественно зафиксировать, иначе в процессе движения на него будут оказывать негативное воздействие вибрации. В результате это приведет к быстрой поломке модуля.
5. Место соединения проводников тщательно изолируется, допускается использование термоусадочных трубок. Рекомендуется дополнительно обмотать изолентой провода. Это позволит увеличить их ресурс эксплуатации и не допустить стирания изоляционного слоя. Когда подключение будет выполнено, осуществляется проверка. Если возникли проблемы в передачи пакетных данных, с помощью мультиметра следует произвести диагностику целостности электроцепей.
6. На завершающем этапе выполняется настройка всех каналов связи, в том числе дополнительных, если они имеются. Это позволит обеспечить бесперебойную работу охранной системы. Для настройки используется сервисная книжка, входящая в комплектацию противоугонной установки.

Пользователь Sigmax69 рассказал о соединении охранного комплекса с цифровым интерфейсом на примере автомобиля Хендай Солярис 2017.

Неисправности

Поскольку CAN-интерфейс завязан со многими системами автомобиля, при поломке или некорректной работе одного из узлов в нем могут появиться неполадки. Их наличие отразится на функционировании основных агрегатов.

Признаки и причины

О появлении неисправностей могут сообщить такие «симптомы»:

• на приборной панели загорелись одновременно несколько значков без причины — подушки безопасности, рулевое управление, давление в системе смазки и т. д.;
• появился световой индикатор Check Engine;
• на контрольном щитке отсутствует информация о температуре силового агрегата, уровне топлива в баке, скорости т. д.

Причины, по которым могут возникнуть неисправности в работе CAN-интерфейса:

• обрыв проводки в одной из систем или повреждение электролиний;
• короткое замыкание в работе агрегатов на батарею или землю;
• повреждение резиновых перемычек на разъеме;
• окисление контактов, в результате чего нарушается передача сигнала между системами;
• разряд АКБ автомобиля либо падение величины напряжения в электросети, что связано с неправильным функционированием генераторной установки;
• замыкание систем CAN-high либо CAN-low;
• появление неисправностей в работе катушки зажигания.

Подробнее о поломках цифрового интерфейса и тестировании с использованием компьютера рассказал канал «KV Avtoservis».

Диагностика

Чтобы определить причину появления неполадок, потребуется тестер, рекомендуется использование мультиметра.

Процесс проверки:

1. Диагностика начинается с поиска проводника витой пары КАН-шины. Кабель имеет черную либо оранжево-серую изоляцию. Первый является доминантным уровнем, а второй — второстепенным.
2. С помощью мультиметра производится проверка величины напряжения на контактных элементах. При выполнении задачи зажигание нужно включить. Процедура тестирования позволит выявить напряжение в диапазоне от 0 до 11 вольт. На практике это обычно 4,5 В.
3. Выполняется отключение зажигания. От аккумулятора отсоединяется проводник с отрицательным контактом, предварительно гаечным ключом надо ослабить зажим.
4. Выполняется измерение параметра сопротивления между проводниками. О замыкании контактов можно узнать, если эта величина стремится к нулю. Когда диагностика показала, что сопротивление бесконечно, то в электролинии имеется обрыв. Проблема может заключаться непосредственно в контакте. Требуется более детально проверить разъем и все провода.
5. На практике замыкание обычно происходит из-за поломки управляющих устройств. Для поиска вышедшего из строя модуля следует поочередно отключить от питания каждый блок и выполнить проверку величины сопротивления.

Пользователь Филат Огородников рассказал о диагностике КАН-шины с использованием осциллографа.

Как сделать анализатор своими руками?

Самостоятельно выполнить сборку данного устройства сможет только профессионал в области электроники и электротехники.

Основные нюансы процедуры:

1. В соответствии со схемой на первом фото в галерее надо приобрести все элементы для разработки анализатора. На ней подписаны составляющие детали. Потребуется плата с контроллером STM32F103С8Т6. Понадобится электросхема стабилизированного регуляторного устройства и КАН трансивер МСР2551.
2. При необходимости в анализатор добавляется блютуз-модуль. Это позволит при эксплуатации девайса записать основную информацию на мобильное устройство.
3. Процедура программирования выполняется с использованием любой утилиты. Рекомендуется применение программ КАНХакер или Ардуино. Первый вариант более функциональный и имеет опцию фильтрации пакетных данных.
4. Для осуществления прошивки потребуется преобразовательное устройство USB-TTL, оно понадобится для отладки. Простой вариант — применение ST-Link второй версии.
5. Загрузив программу на компьютер, основной файл формата ЕХЕ необходимо прошить в контроллер с использованием программатора. После выполнения задачи ставится перемычка бутлоудера, а изготовленное устройство подключается к ПК через USB-выход.
6. Заливать прошивку в анализатор можно с использованием программного обеспечения MPHIDFlash.
7. Когда обновление ПО будет завершено, надо отсоединить провод и демонтировать перемычку. Производится установка драйверов. Если устройство собрано верно, то на компьютере оно будет определяться как COM-порт, это можно посмотреть в диспетчере задач.

Фотогалерея

Схема для разработки CAN-анализатора Основная плата для сборки устройства

Плюсы и минусы CAN-шин

Преимущества, которыми обладает цифровой интерфейс:

1. Быстродействие. Устройство может оперативно обмениваться пакетными данными между разными системами.
2. Высокая устойчивость к воздействию электромагнитных помех.
3. Все цифровые интерфейсы имеют многоуровневую систему контроля. Благодаря этому можно не допустить появления ошибок при передаче информации и ее приеме.
4. При работе шина сама раскидывает скорость по каналам в автоматическом режиме. Благодаря этому обеспечивается эффективная работа электронных систем транспортного средства.
5. Цифровой интерфейс является безопасным. Если к электронным узлам и системам автомобиля кто-то попытается получить незаконный доступ, шина автоматически заблокирует эту попытку.
6. Наличие цифрового интерфейса позволяет упрощенно произвести монтаж охранной системы на машину с минимальным вмешательством в штатную бортовую сеть.

Минусы, которыми обладает CAN-шина:

1. Некоторые интерфейсы имеют ограничения по объему информации, которая может передаваться. Этот недостаток будет весомым для современного автомобиля, «напичканного» электроникой. При добавлении дополнительных устройств на шину возлагается более высокая нагрузка. Из-за этого снижается время отклика.
2. Все пакетные данные, которые передаются по шине, имеют определенное назначение. Для полезной информации отводится минимальная часть трафика.
3. Если применяется протокол повышенного уровня, это станет причиной отсутствия стандартизации.

Видео «Ремонт CAN-интерфейса своими руками»

Пользователь Roman Brock рассказал о процедуре восстановления шины приборной панели в автомобиле Форд Фокус 2 рестайлинг.

Шина CAN-bus была создана в конце 80-х годов фирмой Robert Bosch GmbH (Германия) как решение для распределенных систем, работающих в режиме реального времени. Отличительной особенностью шины является ее высокая помехозащищенность. Дополнительным преимуществом шины CAN выступает ее устойчивость к механическим повреждениям - замыкание проводников шины на общий провод, питание или между собой не приводит к выходу из строя устройств. Более того, некоторые модификации шины способны функционировать при обрыве одного из проводников.

CAN-шина в промышленных сетях

Полевая шина CAN (Controller Area Network) характеризуется высокими скоростью передачи данных и помехоустойчивостью, а также способностью обнаруживать любые возникающие ошибки. Благодаря этому CAN сегодня широко используется в таких областях, как автомобильный и железнодорожный транспорт, промышленная автоматика, авиация, системы доступа и контроля. По данным ассоциации CiA (CAN in Automation, www.can-cia.de), в настоящее время в эксплуатации находится около 300 млн CAN-узлов по всему миру. В Германии CAN-шина занимает первое место по популярности среди остальных полевых шин.

Характеристики протокола CAN Преимущества CAN

Общая тенденция в области автоматизации состоит в замене традиционной централизованной системы управления на распределенное управление путем размещения интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов рядом с управляемым процессом. Это вызвано ростом числа проводов связи, увеличением количества соединений, сложностью диагностики ошибок и проблемами с надежностью. Связь между узлами такой системы осуществляется с помощью полевой шины. CAN - это система связи для многоконтроллерных систем. Рассмотрим более подробно преимущества CAN и причины, по которым CAN приобретает все большее распространение.

Испытанный стандарт. Протокол CAN активно используется уже более 20 лет, что очень важно для таких консервативных областей как железнодорожный транспорт или судостроение. CAN был разработан в 1980 г. фирмой Robert Bosch для автомобильной промышленности. CAN-интерфейс регламентирован международными стандартами ISO 11898 для высокоскоростных и ISO 11519-1 для низкоскоростных приложений. Низкая стоимость определяется хорошим соотношением цена/производительность, также широкой доступностью CAN-контроллеров на рынке. Надежность определяется линейной структурой шины и равноправностью ее узлов, так называемой мультимастерностью (Multi Master Bus), при которой каждый узел CAN может получить доступ к шине. Любое сообщение может быть послано одному или нескольким узлам. Все узлы одновременно считывают с шины одну и ту же информацию, и каждый из них решает, принять данное сообщение или игнорировать его. Одновременный прием очень важен для синхронизации в системах управления. Отказавшие узлы отключаются от обмена по шине.

Высокая помехоустойчивость достигается благодаря подавлению синфазных помех дифференциальным приемопередатчиком, работе встроенных механизмов обнаружения ошибок (одна необнаруженная ошибка за 1000 лет при ежедневной 8-часовой работе сети на скорости 500 Кбит/с), повтору ошибочных сообщений, отключению неисправных узлов от обмена по шине и устойчивости к электромагнитным помехам.

Гибкость достигается за счет простого подключения к шине и отключения от шины CAN-узлов, причем общее число узлов не лимитировано протоколом нижнего уровня. Адресная информация содержится в сообщении и совмещена с его приоритетом, по которому осуществляется арбитраж. В процессе работы возможно изменение приоритета передаваемого сообщения. Следует также отметить возможность программирования частоты и фазы передаваемого сигнала и арбитраж, не разрушающий структуру сообщений при конфликтах. На физическом уровне есть возможность выбора разнотипных линий передачи данных: от дешевой витой пары до оптоволоконной линии связи.

Работа в реальном времени становится возможной благодаря механизмам сетевого взаимодействия (мультимастерность, широковещание, побитовый арбитраж) в сочетании с высокой скоростью передачи данных (до 1 Мбит/с), быстрой реакцией на запрос передачи и изменяемой длиной сообщения от 0 до 8 байт.

Приложения CAN

CAN является идеальным решением для любого приложения, где микроконтроллеры обмениваются сообщениями друг с другом и с удаленными периферийными устройствами. Изначально CAN использовался в автомобилях для обеспечения критичного по времени управления и обмена информацией между двигателем и коробкой передач при гарантированном времени ожидания сообщения и допуске каждого из участников сети к работе с текущими данными. Наряду с достаточно дорогими высокоскоростными решениями существуют и экономичные решения для подключения к сети инерционных устройств, которые работают в шкале времени сотен микросекунд (система управления дверьми, подъемник окна, управление зеркалом). При этом мощные жгуты электрических проводов заменяются двухпроводной CAN-сетью, узлами которой являются, в том числе, тормозные огни и указатели поворота.

Широкое применение CAN нашел в промышленной автоматике, где имеется большое число устройств управления, датчиков, механизмов, электроприводов и других объектов, которые связаны единым технологическим циклом (системы отопления и кондиционирования, насосы, конвейеры, лифты, эскалаторы, транспортеры и т. д.). Важной особенностью таких систем является возможность диагностики и управления объектами, расположенными на большой территории, по адаптивным алгоритмам. В результате достигается существенное уменьшение потребляемой мощности, шума, износа оборудования. Подобная картина наблюдается и в железнодорожных бортовых системах, где решающую роль играет обмен данными между подсистемами при наборе скорости, торможении, управлении дверьми и диагностике.

Физический уровень

Физический уровень CAN-шины представляет собой соединение «монтажное И» между всеми устройствами, подключенными к ней. Дифференциальные сигнальные линии называются CAN_H и CAN_L и в статическом состоянии находятся под потенциалом 2,5 В. Лог. 1 (рецессивный бит) обозначает состояние шины, при котором уровень на линии CAN_H выше, чем уровень CAN_L. При лог. 0 (доминантный бит) уровень на линии CAN_H ниже, чем уровень CAN_L. Принято следующее соглашение о состоянии шины: пассивное состояние шины соответствует уровню лог. 1, а активное - уровню лог. 0. Когда сообщения не передаются по шине, она находится в пассивном состоянии. Передача сообщения всегда начинается с доминантного бита. Логика работы шины соответствует «проводному И»: доминантный бит «0» подавляет рецессивный бит «1» (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Логика работы CAN шины

При физической реализации конкретного проекта с CAN необходимо определить свойства шины и ее узлов: где располагаются обрабатывающие устройства, какими свойствами они обладают, какие датчики и исполнительные механизмы присутствуют в системе, являются они интеллектуальными или нет, что можно сказать об их физическом расположении. В зависимости от условий эксплуатации могут использоваться однопроводная линия (в пределах печатной платы), двухпроводная линия, витая пара или волоконно-оптическая линия. При дифференциальном методе формирования сигналов двухпроводная линия позволяет значительно повысить помехоустойчивость. При использовании дифференциальных напряжений CAN-сеть продолжает функционировать в чрезвычайно шумной среде или при обрыве одной из сигнальных линий. Даже при простой витой паре дифференциальные входы CAN эффективно нейтрализуют шум.

Максимальная скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с при длине шины 40 м и около 40 Кбит/с при длине шины 1000 м.

Разновидности CAN

В настоящее время доступны различные устройства с CAN-интерфейсом, которые помимо передачи данных из одной точки в другую позволяют реализовать синхронизацию процессов и обслуживание по приоритетам. Более ранние реализации CAN-контроллеров используют кадры с 11-разрядным идентификатором и возможностью адресации до 2048 сообщений и соответствуют спецификации CAN V. 2.0A. Такие контроллеры носят название Basic CAN и характеризуются сильной загруженностью центрального процессора (ЦПУ), так как каждое входящее сообщение запоминается в памяти и ЦПУ решает, нужны ему данные сообщения или нет (рис. 12.2). Контроллеры Basic CAN содержат один передающий буфер и один или два приемных буфера сообщений. Чтобы послать или получить сообщение, требуется задействовать ЦПУ через прерывания «сообщение_послано» и «сообщение_получено». В результате проверки каждого входящего сообщения загрузка ЦПУ очень велика, что ограничивает реальную скорость обмена по сети. По этой причине такие контроллеры используются в сетях CAN с низкой скоростью обмена и/или малым количеством сообщений.

Рис. 12.2. Структура контроллера Basic CAN

Большинство выпускаемых сегодня CAN-контроллеров используют расширенные кадры сообщений с идентификатором длиной 29 разрядов, что позволяет адресовать до 536 млн сообщений. Такие контроллеры соответствуют спецификации CAN V. 2.0B (active) и называются контроллеры Full-CAN. В них предусмотрен буфер для нескольких сообщений, причем каждое сообщение имеет свою маску, и фильтрация осуществляется по соответствию идентификатора маске.

В случае Full-CAN ЦПУ максимально разгружено, поскольку не обрабатывает ненужные сообщения (рис. 12.3). При приеме сообщения с идентификатором, соответствующим маске, оно запоминается в специальной зоне двухпортового ОЗУ, и работа ЦПУ прерывается. Full-CAN имеет также специальный тип сообщения, которое означает: «у кого бы ни находилась эта информация, пожалуйста, пошлите ее сейчас же». Контроллер Full-CAN автоматически прослушивает все сообщения и посылает запрошенную информацию.

Рис. 12.3. Структура контроллера Full-CAN

До недавнего времени в промышленности был широко распространен Basic CAN с 11-разрядным идентификатором. Этот протокол допускает простую связь между микроконтроллерами и периферийными устройствами при скорости обмена вплоть до 250 Кбит/с. Однако при стремительном удешевлении CAN-контроллеров использование Full-CAN стало оправданным и для связи с медленными устройствами. Если в промышленных приложениях требуется высокоскоростной (до 1 Мбит/с) обмен данными, то непременно следует использовать Full-CAN.

Арбитраж узлов CAN-шины

CAN имеет много уникальных свойств, отличающих его от других шин. В протоколе CAN осуществляется посылка сообщений по общей CAN-шине, при этом отсутствуют адреса отправителя и получателя сообщения. Каждый узел постоянно «просматривает» шину и осуществляет локальную фильтрацию при приеме, используя битовые маски, и решает, какие сообщения извлекать из шины.

В результате, узел принимает и обрабатывает только те сообщения, которые предназначены именно для него.

Каждое сообщение имеет свой приоритет, значение которого содержится в идентификаторе сообщения. Кроме того, идентификаторы используются для обозначения типа сообщения. Сообщению с младшим номером идентификатора соответствует высший приоритет; наивысшим приоритетом обладает сообщение с идентификатором, состоящим полностью из нулей. Передача сообщения начинается с отправки на шину идентификатора. Если доступ к шине требуют несколько сообщений, то сначала будет передано сообщение с наиболее высоким приоритетом, то есть с меньшим значением идентификатора, независимо от других сообщений и текущего состояния шины. Каждый узел перед передачей сообщения проверяет, работает ли узел с более высоким приоритетом. Если да, то он возвращается в состояние приемника и пытается передать сообщение в другое время. Это свойство имеет особое значение при использовании в системах управления реального времени, поскольку значение приоритета жестко определяет время ожидания.

Если передача узла А приостанавливается узлом B, посылающим сообщение с более высоким приоритетом, то, как только шина освободится, будет сделана другая попытка передачи сообщения от узла A. Этот принцип получил название CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (общий доступ с опросом/предотвращение конфликтов). Такой режим в отличие от Ethernet не позволяет конфликтующим узлам в шине выяснять отношения, а сразу выявляет победителя и сокращает время обмена.

Итак, благодаря арбитражу шины сообщение с высшим приоритетом передается первым, обеспечивая функционирование системы в реальном масштабе времени и быструю передачу информации. Распределение приоритетов между различными типами сообщений задается разработчиком при проектировании сети.

Формат сообщений

Если не учитывать процедуру повтора сообщения, принятого с ошибкой, существует два вида связи между узлами: один узел передает информацию, а другой получает, или узел A запрашивает узел B о данных и получает ответ.

Рис. 12.4. Кадр данных (Data Frame)

Для передачи данных служит кадр данных - Data Frame (рис. 12.4), который содержит:

• идентификатор, указывающий на тип сообщения («скорость_двигателя», «температура_масла») и на приоритет доступа к шине. Поле идентификатора содержит различное количество бит в зависимости от разновидности протокола: в стандартном формате CAN V2.0A предусмотрен 11-разрядный идентификатор, а в расширенном CAN V2.0B - 29-разрядный;
• поле данных, содержащее соответствующее сообщение («скорость_двигателя»= 6000 об/мин, «температура_масла»=110 °C) длиной до восьми байт;
• два байта контрольной суммы - Cyclic Redundancy Check (CRC) для выявления и коррекции ошибок передачи.

Для запроса информации узел CAN использует кадр запроса данных Remote Frame (рис. 12.5), который содержит:

• идентификатор, определяющий тип запрашиваемой информации («скорость_ двигателя», «температура_масла») и приоритет сообщения;
• два байта контрольной суммы CRC .

Рис. 12.5. Кадр запроса данных Remote Frame

В этом случае за идентификатором не следуют данные и код длины данных не имеет прямого отношения к количеству байт данных. Узел, которому предложено передать информацию (датчик температуры масла), передает кадр данных, содержащий требуемую информацию. Таким образом, если узел А направляет узлу В кадр запроса с идентификатором «температура_масла», то узел В опрашивает датчик температуры и направляет узлу А кадр данных, содержащий идентификатор «температура_масла» и требуемую информацию.

Дополнительная информация, содержащаяся в кадре, позволяет определить формат и синхронизацию протокола передачи сообщения и тип посылки:

• какое сообщение послано - запрос о данных или собственно данные определяют бит удаленного запроса передачи (RTR для 11-разрядного идентификатора и SRR для 29-разрядного);
• код длины данных, сообщающий, сколько байтов данных содержит сообщение; все узлы принимают кадр данных, но те из них, которым эта информация не нужна, ее не сохраняют;
• для обеспечения синхронизации и контроля кадр содержит поля начала кадра Start of Frame, конца кадра End of Frame и подтверждения Acknowledgement Field;
• вход в режим синхронизации на шине осуществляется первым битом поля Start of Frame, далее синхронизация поддерживается фронтом при смене уровня посылаемых битов;
• используется механизм битстаффинга - вставка дополнительного бита при следующих подряд пяти нулях или единицах.

Обнаружение ошибок

Сигнализация об ошибках происходит путем передачи кадра ошибки Error Frame. Он инициируется любым узлом, обнаружившим ошибку. CAN-контроллеры используют метод статистической обработки ошибок. Каждый узел содержит счетчики ошибок при передаче и приеме Transmit Error Counter и Receive Error Counter. Если передатчик или приемник обнаруживают ошибку, значение соответствующего счетчика увеличивается. Когда значение счетчика превышает некоторый предел, текущая передача прерывается. Узел выдает сигнал об ошибке в виде Error Frame, где выставляет активный доминантный флаг ошибки длиной 6 бит. После этого узел, передача которого была прервана, повторяет сообщение. Ненадежным или частично поврежденным узлам разрешено посылать лишь пассивный рецессивный флаг ошибки.

В CAN существует несколько разновидностей ошибок. Из них три типа на уровне сообщений:

• CRC Error - ошибка контрольной суммы (при несовпадении принятой в поле CRC и вычисленной контрольных сумм).
• Form Error - ошибка формата кадра при несоответствии принятого сообщения формату CAN.
• Acknowledgement Error - ошибка подтверждения приема сообщения, если ни один из узлов не подтвердил правильного получения сообщения.

Кроме того, существует два типа ошибок на битовом уровне:

• Bit Error - обнаружение активным узлом расхождения между посланным в шину уровнем и фактическим значением за счет реализации узлом механизма самоконтроля.
• Stuff Error - наличие в поле сообщения шести следующих подряд бит 0 или 1 (ошибка битстаффинга).

Благодаря этим механизмам обнаружения и коррекции ошибок вероятность пропуска ошибки крайне мала. Например, при скорости 500 Кбит/с, загруженности шины 25 % и использовании в течение 2000 часов в год возникает лишь одна необнаруженная ошибка за 1000 лет. Кроме того, в шине невозможна ситуация блокировки неисправным узлом работы всей сети. Такие узлы обнаруживаются и отключаются от обмена по шине.