Digitális CAN adatbusz (Mercedes-Benz C-Class W203)

Adatcsere CAN buszon keresztül

Alapok

A jármű több CAN adatcsere hálózati buszt használ (Controller Area Network) különböző rendszerek vezérlőegységei (moduljai) és a jármű működtetőinek vezérlői között.

Az egyes vezérlőegységek közös hálózatban kapcsolódnak egymáshoz, és képesek adatcserére.

A busz kétirányú, pl. bármely csatlakoztatott eszköz képes üzeneteket fogadni és továbbítani.

Az érzékeny elem (szenzor) jele a legközelebbi vezérlőegységbe kerül, amely feldolgozza és továbbítja a CAN adatbuszra.

Bármely, a CAN adatbuszra csatlakoztatott vezérlőegység képes ezt a jelet kiolvasni, ez alapján kiszámítani a vezérlési művelet értékét és vezérelni az aktuátor szervomechanizmusát.

Előnyök

Az elektromos és elektronikus eszközök hagyományos kábelezésénél minden vezérlőegység közvetlenül csatlakozik az összes érzékelőhöz és aktuátorhoz, amelyektől méréseket kap vagy vezérli azokat.

A vezérlőrendszer bonyolultabbá válása túlzott hosszúsághoz vagy több kábelvonalhoz vezet.

A szabványos kábelezéshez képest az adatbusz:

• A kábelek számának csökkentése. Az érzékelők vezetékei csak a legközelebbi vezérlőegységig terjednek, amely a mért értékeket adatcsomaggá alakítja és továbbítja a CAN buszra.
• Az aktuátor bármely vezérlőegységgel vezérelhető, amely a megfelelő adatcsomagot a CAN-buszon keresztül kapja, és ennek alapján számítja ki a szervomechanika vezérlési műveletének értékét.
• Továbbfejlesztett elektromágneses kompatibilitás.
• A dugaszolható csatlakozások számának csökkentése és a vezérlőegységeken lévő érintkezők számának csökkentése.
• Fogyás.
• Az érzékelők számának csökkentése, mert jeleket egy érzékelőtől (például a hűtőfolyadék hőmérséklet-érzékelőjétől) különféle rendszerek használhatók.
• Továbbfejlesztett diagnosztikai képességek. Mert jeleket egy érzékelőtől (például sebességjelző) különböző rendszerek használják, akkor ha egy adott jelet használó összes rendszer hibaüzenetet ad ki, akkor általában az érzékelő vagy vezérlőegység a hibás, amelyik feldolgozza a jeleit. Ha csak egy rendszerből érkezik hibaüzenet, bár ezt a jelet más rendszerek is használják, akkor a hiba oka leggyakrabban a feldolgozó vezérlőegységben vagy szervomechanikában rejlik.
• Nagy adatátviteli sebesség - akár 1 Mbit/s is lehetséges 40 m-es maximális vonalhosszal. Jelenleg a Mercedes-Benz járműveken az adatátviteli sebesség 83 Kbit/s-tól 500 Kbit/s-ig terjed.
• Több üzenet is továbbítható egymás után ugyanazon a vonalon.

A CAN adatbusz egy csavart érpár formájában készült kéterű vezetékből áll. Minden eszköz ehhez a vonalhoz csatlakozik (készülékvezérlő egységek).



Az adatátvitel mindkét vezetéken duplikálással történik, és az adatbusz logikai szintjei tükörképesek (vagyis ha egy vezetéken logikai nulla szint (0) kerül átvitelre, akkor logikai egy szint (1) a másik vezetéken továbbítják, és fordítva).

A kétvezetékes átviteli áramkört két okból használják: a hibák észlelésére és a megbízhatóság alapjaként.

Ha csak egy vezetéken lép fel feszültségcsúcs (például EMC-problémák miatt (elektromágneses kompatibilitás)), akkor a vevőegységek ezt hibaként azonosíthatják, és figyelmen kívül hagyhatják ezt a feszültségcsúcsot.

Ha a CAN adatbusz két vezetéke közül az egyikben rövidzárlat vagy szakadás következik be, akkor az integrált szoftveres és hardveres megbízhatósági rendszernek köszönhetően a rendszer egyvezetékes üzemmódba kapcsol. Sérült távvezeték nem használható.

A felhasználók által továbbított és fogadott tartalmak sorrendje és formátuma (előfizetők) üzeneteket a kommunikációs protokoll határozza meg.

A CAN adatbusz lényeges megkülönböztető jellemzője a többi előfizetői címzési elven alapuló buszrendszerhez képest az üzenethez kapcsolódó címzés.

Ez azt jelenti, hogy a CAN adatbuszon minden üzenethez állandó cím van hozzárendelve (azonosító), megjelölve ennek az üzenetnek a tartalmát (például: hűtőfolyadék hőmérséklet). A CAN adatbusz protokoll akár 2048 különböző üzenet továbbítását teszi lehetővé, a 2033 és 2048 közötti címek állandó hozzárendelése mellett.

Az adatmennyiség egy üzenetben a CAN adatbuszon keresztül 8 bájt.

A fogadó blokk csak azokat az üzeneteket dolgozza fel (adatcsomagok), amelyek a CAN adatbuszon keresztül fogadott üzenetek listájában vannak tárolva (elfogadás ellenőrzése).



Adatcsomagok csak akkor továbbíthatók, ha a CAN adatbusz szabad (azaz ha az utolsó adatcsomagot 3 bites intervallum követte, és egyetlen vezérlőegység sem kezd el üzenetet küldeni).

Ebben az esetben az adatbusz logikai szintjének recesszívnek kell lennie (logikai "1").

Ha egyszerre több vezérlőegység kezd üzenetet küldeni, akkor életbe lép a prioritási elv, amely szerint a CAN adatbuszon a legmagasabb prioritású üzenet kerül először továbbításra idő- és bitveszteség nélkül (a közös adatbuszhoz való hozzáférési kérelmek eldöntése).

Minden vezérlőegység, amely elveszíti a választottbírósági jogot, automatikusan vételre vált, és újra megpróbálja elküldeni üzenetét, amint a CAN adatbusz ismét szabaddá válik.

Az adatcsomagokon kívül egy kérési csomag is található egy adott üzenethez a CAN adatbuszon.

Ebben az esetben a kért adatcsomagot biztosítani tudó vezérlőegység válaszol erre a kérésre.

Adatcsomag formátum

Normál átviteli módban az adatcsomagok a következő blokkkonfigurációkkal (keretekkel) rendelkeznek:

• Data Frame (üzenet keret) üzenetek továbbítására a CAN adatbuszon keresztül (pl.: hűtőfolyadék hőmérséklet).
• Remote Frame (kérés keret) üzeneteket kérni a CAN adatbuszon keresztül egy másik vezérlőegységtől.
• Error Frame (hiba keret) minden csatlakoztatott vezérlőegység értesítést kap, ha hiba történt, és a CAN adatbuszon az utolsó üzenet érvénytelen.

A CAN adatbusz protokoll két különböző CAN adatbusz üzenet keretformátumot támogat, amelyek csak az azonosító hosszában térnek el egymástól:

• szabványos formátum;
• kiterjesztett formátum.

Jelenleg a DaimlerChrysler csak a szabványos formátumot használja.



A CAN adatbuszon keresztüli üzenetek továbbítására szolgáló adatcsomag hét egymást követő mezőből áll:

• Start of Frame (start bit): Kijelöli az üzenet kezdetét, és szinkronizálja az összes modult.
• Arbitration Field (azonosító és kérés): Ez a mező egy 11 bites azonosítóból (címből) és 1 ellenőrző bitből áll (Remote Transmission Request-Bit). Ez a vezérlőbit adatkeretként jelöli meg a csomagot (üzenet keret) vagy távoli keretként (kérés keret) nincs adatbájt.
• Control Field (vezérlő bitek): A vezérlőmező (6 bit) IDE bitet tartalmaz (Identifier Extension Bit) a szabványos és kiterjesztett formátum felismerésére, egy tartalék bit a későbbi kiterjesztések számára és - az utolsó 4 bitben - az adatmezőben tárolt adatok bájtjainak száma (adatmező).
• Adatmező: Az adatmező 0 és 8 bájt közötti adatot tartalmazhat. A CAN adatbuszon egy 0 bájt hosszú üzenet szolgál az elosztott folyamatok szinkronizálására.
• CRC Field (vezérlő mező): CRC mező (Cyclic-Redundancy-Check Field) 16 bitet tartalmaz, és az átvitel során a vezérlési hiba felismerésére szolgál.
• ACK Field (a fogadás megerősítése): ACK mező (Acknowledgement Field) megerősítő jelet tartalmaz minden olyan vevőegységhez, amely hiba nélkül kapott üzenetet a CAN buszon keresztül.
• End of Frame (keret vége): Az adatcsomag végét jelöli.
• Szünet: két adatcsomag közötti időköz. Az intervallumnak legalább 3 bitesnek kell lennie. Ezt követően bármelyik vezérlőegység továbbíthatja a következő adatcsomagot.
• IDLE (pihenő mód): Ha egyetlen vezérlőegység sem küld üzenetet, a CAN-busz készenléti üzemmódban marad a következő adatcsomag továbbításáig.

Prioritások

Az adatok valós idejű feldolgozásához lehetővé kell tenni azok gyors továbbítását.

Ez nem csak egy nagy fizikai adatátviteli sebességű vonal meglétét igényli, hanem azonnali hozzáférést is igényel egy közös CAN-buszhoz, ha több vezérlőegységnek kell egyidejűleg üzeneteket továbbítania.

A CAN adatbuszon keresztül továbbított üzenetek sürgősségi fok szerinti megkülönböztetése érdekében az egyes üzeneteknek eltérő prioritásokat biztosítanak.

A gyújtás időzítése például a legmagasabb prioritású, a csúszási értékek a középső prioritásúak, és a külső levegő hőmérséklete a legalacsonyabb.

Az üzenet továbbításának prioritását a CAN buszon a megfelelő üzenet azonosítója (címe) határozza meg.

A kisebb bináris számnak megfelelő azonosító magasabb prioritású, és fordítva.

A CAN adatbusz protokoll két logikai állapoton alapul: A bitek vagy "recesszívek" (logikai "1") vagy "dominánsak" (logikai "0"). Ha egy domináns bitet legalább egy modul továbbít, akkor a többi modul által továbbított recesszív bitek felülíródnak.

Példa

Ha több vezérlőegység egyidejűleg kezdi meg az adatátvitelt, a közös adatbuszhoz való hozzáférési konfliktust a "megosztott erőforrás-kérelmek bitalapú válogatása" oldja fel a megfelelő azonosítók használatával.

Azonosítómező továbbításakor az adóegység minden bit után ellenőrzi, hogy van-e még adási joga, vagy másik vezérlőegység küld-e már magasabb prioritású üzenetet a CAN adatbuszon keresztül.

Ha az első adóblokk által továbbított recesszív bitet felülírja egy másik adóblokk domináns bitje, akkor az első adóblokk elveszti adási jogát (arbitráció), és vevőblokk lesz.





Az első vezérlőegység (NI) a 3. bittől kezdődően elveszti az arbitrációt.

A harmadik vezérlőegység (N III) a 7. bittől elveszti az arbitrációt.

A második vezérlőegység (N II) fenntartja a hozzáférési jogot a CAN adatbuszhoz, és továbbíthatja üzenetét.

Más vezérlőegységek csak akkor próbálják meg üzeneteiket továbbítani a CAN adatbuszon keresztül, ha az ismét szabaddá válik. Ebben az esetben az átviteli jog ismét a CAN adatbuszon lévő üzenet prioritása szerint kerül megadásra.

Hibafelismerés

Az interferencia adatátviteli hibákhoz vezethet. Az ilyen átviteli hibákat fel kell ismerni és ki kell javítani.

A CAN adatbusz protokoll két hibaészlelési szintet különböztet meg:

• mechanizmusok az Adatkeret szintjén (üzenet keret);
• bitszintű mechanizmusok.

Mechanizmusok az adatkeret szintjén

Cyclic-Redundancy-Check

A CAN adatbuszon keresztül továbbított üzenet alapján az adóegység kiszámítja a vezérlőbiteket, amelyeket az adatcsomaggal együtt továbbít a "CRC Field" mezőben (ellenőrző összegeket). A vevő egység újraszámítja ezeket a vezérlőbiteket a CAN adatbuszon kapott üzenet alapján, és összehasonlítja őket az üzenettel együtt kapott vezérlőbitekkel.

Frame Check

Ez a mechanizmus ellenőrzi az átvitt blokk (frame) szerkezetét, vagyis az adott fix formátumú bitmezőket és a keret hosszát újraellenőrzi.

A Frame Check által észlelt hibák formátumhibákként vannak megjelölve.

Bitszintű mechanizmusok

Monitoring

Mindegyik modul üzenet továbbításakor figyeli a CAN adatbusz logikai szintjét, és meghatározza az átvitt és vett bitek közötti különbségeket. Ez biztosítja az adóegységben előforduló globális és lokális bithibák megbízható azonosítását.

Bit Stuffing

Minden adatcsomagban a mező között "Start of Frame" és a "CRC mező" vége nem lehet több, mint 5 egymást követő azonos polaritású bit.

Minden 5 azonos bitből álló sorozat után az adóblokk hozzáad egy ellentétes polaritású bitet a bitfolyamhoz.

A vevőegységek törlik ezeket a biteket, miután üzenetet kaptak a CAN adatbuszon.

Hibaelhárítás

Ha bármelyik CAN adatbusz-modul hibát észlel, hibaüzenet küldésével megszakítja az aktuális adatátviteli folyamatot. A hibaüzenet 6 domináns bitből áll.

A hibaüzenetnek köszönhetően a CAN adatbuszra csatlakoztatott összes vezérlőegység helyi hibáról értesül, és ennek megfelelően figyelmen kívül hagyja a korábban továbbított üzenetet.

Rövid szünet után az összes vezérlőegység ismét képes üzeneteket küldeni a CAN adatbuszon keresztül, és először a legmagasabb prioritású üzenet kerül elküldésre.

Az a vezérlőegység, amelynek a CAN adatbuszon lévő üzenete a hibát okozta, szintén elkezdi újraküldeni üzenetét (automatikus ismétlési kérés funkció).

A CAN buszok típusai

A különböző vezérlési területekhez különböző CAN buszokat használnak. Adatátviteli sebességben különböznek egymástól.

A motor és a váz CAN adatbusz (CAN-C) átviteli sebessége 125 kbit/s, míg a belső CAN adatbusz (CAN-B) a kisebb szám miatt mindössze 83 kbit/s átviteli sebességre lett tervezve. különösen sürgős üzenetek /Wi.

Az adatcsere két buszrendszer között úgynevezett "átjárókon" keresztül történik, azaz az úgynevezett "átjárókon" keresztül. mindkét adatbuszra csatlakoztatott vezérlőegységek.

D2B optikai busz (Digital Daten-Bus) az "Audio/Kommunikáció/Navigáció" területre alkalmazott adatok. Az optikai kábel lényegesen nagyobb mennyiségű információt képes továbbítani, mint egy rézkábellel ellátott busz.

CAN C - busz "Motor és alváz"

A sorkapcsos vezérlőegységben mindkét oldalon egy 120 ohmos ellenállású, úgynevezett adatbusz-lezáró ellenállás található, amely az adatbusz mindkét vezetéke közé van kötve.

A motortér CAN adatbusz csak bekapcsolt gyújtásnál aktiválódik.

7 vezérlőegység csatlakozik a CAN-C buszra.

CAN B - busz "Szalon"

Egyes, a belső CAN adatbuszra csatlakoztatott vezérlőegységek a gyújtás bekapcsolásától függetlenül aktiválódnak (például: egyzáras rendszer).

Ezért a belső CAN adatbusznak a gyújtás kikapcsolt állapotában is működőképes készenléti módban kell lennie, ami azt jelenti, hogy az adatcsomagok továbbításának lehetőségét a gyújtás kikapcsolt állapotában is biztosítani kell.

A nyugalmi áramfelvétel lehetőség szerinti csökkentése érdekében a CAN adatbusz az átvitelhez szükséges adatcsomagok hiányában passzív készenléti üzemmódba lép, és csak a következő elérésekor aktiválódik újra.

Ha a belső CAN adatbusz passzív készenléti üzemmódjában bármely vezérlőegység (pl. egyzáras vezérlőegység) üzenetet küld a CAN adatbuszon keresztül, azt csak a fő rendszermodul veszi (elektronikus gyújtáskapcsoló, EZS). Az EZS egység ezt az üzenetet a memóriában tárolja, és ébresztő jelet küld a belső CAN adatbuszra csatlakoztatott összes vezérlőegységnek.

Aktiválásakor az EZS ellenőrzi az összes CAN adatbusz-felhasználó jelenlétét, majd továbbítja a korábban a memóriában tárolt üzenetet.

20 vezérlőegység csatlakozik a CAN-B buszra.

A kommunikációs hálózat (CAN) elemei

CAN B (szalon)
K1	Elülső regisztrációs és vezérlőegység biztosítékkal és relédobozzal (SAM/SRB-V)
K2	Hátsó regisztrációs és vezérlőegység biztosítékkal és relédobozzal (SAM/SRB-H)
K3	Bal oldali ülés vezérlőegység (SSG)
K4	Jobb oldali ülésvezérlő egység (SSG)
K5	Bal első ajtó vezérlőegység (TSG)
K6	Jobb első ajtó vezérlőegység (TSG)
K7	Bal hátsó ajtó vezérlőegység (TSG)
K8	Jobb hátsó ajtó vezérlőegység (TSG)
K9	Tetővezérlő egység (DBE)
K10	Felső vezérlőmező (OBF)
K11	Alsó vezérlőmező (UBF)
K12	Elektronikus gyújtás indító kapcsoló (EZS)
K13	Műszerfal (KI)
K14	COMMAND rendszer/audio 10/audio 30/audio 30 APS
K15	Parktronic rendszer (PTS)
K16	Pótkocsi vonószerkezet (AAG)
K17	Többfunkciós vezérlőegység speciális modellekhez (MSS)
K18	Parkoló fűtés
K19	Fűtés (KKLA/BKLA – SA)
K20	Forgalmazó CAN-B RBA jog
K21	Elosztó CAN-B RBA maradt
K22	Elosztó CAN-B Cockpit
K23	Légzsákok integrált hívórendszerrel ARMINCA
CAN C (Hajtás és alváz)
K12	Gyújtáskapcsoló (EZS)
K13	Műszerfal (KI)
K24	Elektronikus sebességváltó vezérlés (EGS vagy KGS)
K25	Motorvezérlő egység (MSG)
K26	Elektronikus sebességváltó egység (EMW)
K27	CAN-elosztó, C osztályú RBA maradt
K28	Elektronikus csúszásgátló rendszer (ESP)
Nem szerepel az SG hálózatban
K29	Automatikus távolságszabályozás (ALWR)
K30	TV tuner

A D2B optikai buszhoz csatlakoztatott elemek

D2B (Audio/Kommunikáció/Navigáció)
Száloptikai kábel
K14	COMMAND/audio 10/audio 30/audio 30 APS
K31	Telefonos rendszer (MINNA, segélyhívás)
K32	Linguatronic Voice Control (SBS)
K33	Mobiltelefon vezérlő (interfész)
K34	Hangerősítő
K35	CD váltó
Nem mindegyik látható
A2	Rádió vagy magnó
A2/6	CD váltó
A40/3	Kijelző és vezérlőegység a COMAND rendszer működtetéséhez
A2/13	Hangerősítő
A35/11	Hangvezérlő rendszer vezérlőegysége
A59/1	D2B interfész mobil/beágyazott telefonhoz
A35	Mobiltelefon adó-vevő (CTEL)/TELE AID segélyhívó rendszer
A35/8	TELE AID vezérlőegység
A, B, C	Kapcsolatok
M1	Száloptikai kábel 1
M2	Száloptikai kábel 2
M3	Száloptikai kábel 3
M4	Száloptikai kábel 4
M5	Száloptikai kábel 5
M6	Száloptikai kábel 6
M7	Száloptikai kábel 7
ws	Fehér betét
rt	Piros betét