Bus de date CAN digital (Mercedes-Benz G-Class W463)

Informații generale

Mașinile moderne folosesc mai multe magistrale de rețea de schimb de date CAN (Controller Area Network) între module/unități de control ale diverselor sisteme și controlere ale actuatoarelor vehiculelor.



Autobuzul este full duplex (sau doar duplex), adică orice dispozitiv conectat la acesta poate primi și transmite simultan mesaje.

Semnalul de la elementul sensibil al informației corespunzătoare (senzorul) intră în cea mai apropiată unitate de control, care îl prelucrează și îl transmite către magistrala de schimb de date CAN.

Orice unitate de control conectată la magistrala de date CAN poate citi acest semnal, poate calcula parametrii de control pe baza acestuia și poate controla funcționarea actuatorului corespunzător.

Avantaje

Cu cablarea convențională a dispozitivelor electrice și electronice, fiecare unitate de control este conectată direct la toți senzorii și actuatoarele de la care primește măsurători sau le controlează.

Creșterea complexității sistemului de control duce la o lungime excesivă sau la mai multe linii de cablu.

În comparație cu cablarea standard, magistrala de date oferă:

• Reducerea numărului de cabluri. Firele de la senzori se extind doar la cea mai apropiată unitate de control, care convertește valorile măsurate într-un pachet de date și transmite pe acesta din urmă către magistrala CAN;
• Servomotorul poate fi controlat de orice unitate de control, care primește pachetul de date corespunzător prin magistrala CAN și, pe baza acestuia, calculează valoarea acțiunii de control;
• Îmbunătățirea compatibilității electromagnetice;
• Reducerea numărului de conexiuni la priză și reducerea numărului de pini de contact pe unitățile de control;
• Pierdere în greutate;
• Reducerea numărului de senzori, deoarece semnale de la un senzor (de exemplu, de la senzorul de temperatură a lichidului de răcire) poate fi folosit de diverse sisteme;
• Capacități de diagnosticare îmbunătățite. Deoarece semnale de la un senzor (de exemplu, semnal de viteză) sunt utilizate de sisteme diferite, atunci dacă un mesaj de eroare este emis de toate sistemele care utilizează un semnal dat, de obicei senzorul sau unitatea de control care procesează semnalele sale este defect. Dacă un mesaj de defecțiune vine de la un singur sistem, deși acest semnal este utilizat și de alte sisteme, atunci cauza defecțiunii se află cel mai adesea în unitatea de control al procesării sau servomecanismul;
• Viteză mare de transfer de date - posibilă până la 1 Mbit/s cu o lungime maximă a liniei de 40 m. În prezent, pe vehiculele Mercedes-Benz rata de transfer de date variază de la 83 Kbit/s la 500 Kbit/s;
• Mai multe mesaje pot fi transmise alternativ pe aceeași linie.

Busul de date CAN este format dintr-un fir cu două fire realizat sub forma unei perechi răsucite. Toate dispozitivele sunt conectate la această linie (unități de control al dispozitivului).



Transmiterea datelor se realizează cu duplicare pe ambele fire, iar nivelurile logice ale magistralei de date au o imagine în oglindă (adică dacă un nivel logic zero (0) este transmis de-a lungul unui fir, atunci este un nivel logic (1) transmis de-a lungul celuilalt fir și invers).

Circuitul de transmisie cu două fire este utilizat din două motive: pentru controlul erorilor și ca bază pentru fiabilitate.

Dacă un vârf de tensiune apare pe un singur fir - de exemplu din cauza problemelor de compatibilitate electromagnetică (EMC) - unitățile receptor pot identifica aceasta ca o eroare și pot ignora vârful.

În cazul unui scurtcircuit sau întrerupere a unuia dintre cele două fire ale magistralei CAN, datorită sistemului integrat de fiabilitate software și hardware, acesta trece la modul de funcționare cu un singur fir. O linie de transmisie deteriorată devine inutilizabilă.

Ordinea și formatul a ceea ce este transmis și primit de către utilizatori (abonati) mesajele sunt definite în protocolul de comunicare.

O caracteristică distinctivă semnificativă a magistralei de date CAN în comparație cu alte sisteme de magistrală bazate pe principiul adresei abonaților este adresarea legată de mesaj.

Aceasta înseamnă că fiecărui mesaj transmis prin magistrală i se atribuie adresa permanentă (identificator), marcând conținutul acestui mesaj (de exemplu: temperatura lichidului de răcire). Protocolul de magistrală de date CAN permite transmiterea a până la 2048 de mesaje diferite, adresele de la 2033 la 2048 fiind alocate permanent.



Volumul de date dintr-un mesaj prin magistrala CAN este de 8 octeți.

Blocul receptor procesează numai acele mesaje care sunt stocate în propria listă de identificare (controlul acceptării).

Pachetele de date pot fi transmise numai dacă magistrala de comunicație CAN este liberă (adică dacă după ultimul pachet a existat un interval de 3 biți și niciuna dintre unitățile de control nu începe să transmită următorul mesaj). În acest caz, nivelul logic al magistralei de date trebuie să fie recesiv (logic "1").

Dacă mai multe unități de control încep să transmită mesaje în același timp, intră în vigoare principiul priorității, conform căruia mesajul cu cea mai mare prioritate va fi transmis mai întâi fără pierderi de timp sau de biți (arbitrajul cererilor de acces la magistrala comună de date).

Fiecare unitate de control care își pierde drepturile de arbitrare trece automat la recepție și încearcă din nou să-și trimită mesajul de îndată ce magistrala de date devine din nou liberă.

Pe lângă pachetele de date, la schimbul de informații, pe magistrala de date CAN sunt utilizate și pachete de solicitare pentru anumite mesaje - la o astfel de solicitare răspunde unitatea de control care este capabilă să furnizeze informațiile solicitate.

Format de transmisie a datelor

În modul normal de transmisie, sunt utilizate pachete din următoarele configurații:

• Data Frame (cadru de mesaj) pentru transmiterea mesajelor prin magistrala de date CAN (de exemplu: temperatura lichidului de răcire);
• Remote Frame (cadru de cerere) pentru a solicita mesaje prin magistrala de date CAN de la o altă unitate de control;
• Error Frame (cadru de eroare), - toate unitățile de control conectate sunt notificate că a apărut o eroare și ultimul mesaj de pe magistrala de date CAN este invalid.

Protocolul magistralei de date CAN acceptă două formate diferite de cadre de mesaje care diferă doar în lungimea identificatorului: Standard și Extins.



În prezent, sistemele de schimb de date ale sistemului de control al vehiculelor Daimler Chrysler utilizează doar un format standard.



Fiecare cadru de mesaje transmis prin magistrala CAN este format din șapte câmpuri consecutive:

• Start of Frame (start bit): marchează începutul unui mesaj și sincronizează toate modulele;
• Arbitration Field (domeniul arbitrajului): Acest câmp constă dintr-un identificator de 11 biți (adresă) și un bit de control (Remote Transmission Request-Bit), marcând cadrul ca un cadru de date (cadru de date) sau ca cadru de la distanță (cadru de solicitare de la distanță);
• Control Field (biți de control): Câmpul de control pe 6 biți conține bitul IDE definitor (Identifier Extension Bit), folosit pentru a recunoaște tipul de format utilizat (standard sau extins), un bit de rezervă pentru extensiile ulterioare și, - în ultimii 4 biți, - informații despre numărul de octeți de date stocați în câmpul de date (vezi mai jos);
• Data Field (date): câmpul de date poate conține de la 0 la 8 octeți de date, - transmiterea de mesaje de 0 octeți prin magistrala CAN este utilizată pentru sincronizarea proceselor distribuite;
• CRC Field (câmpul de control): câmp CRC (Cyclic-Redundancy-Check Field) conține 16 biți și este utilizat pentru recunoașterea erorilor de control în timpul transmisiei;
• ACK Field (confirmarea recepției): câmp ACK (Acknowledgement Field) conține un semnal de confirmare pentru primirea tuturor unităților receptor care au primit un mesaj prin magistrala CAN fără erori;
• End of Frame (capătul cadrului): marchează sfârșitul cadrului;
• Intermission (interval): intervalul dintre două cadre de date adiacente. Lungimea intervalului trebuie să fie de cel puțin 3 biți, după identificarea careia dintre unitățile de control poate începe să transmită următorul pachet;
• IDLE (modul de odihnă): Dacă nicio unitate de control nu transmite mesaje, magistrala CAN rămâne în modul de repaus (standby) până când este transmis următorul pachet.

Priorități

Pentru a procesa datele în timp real, trebuie să fie posibilă transmiterea rapidă a acestora.

Acest lucru necesită nu numai prezența unei linii cu o rată fizică mare de transfer de date, dar necesită și acces prompt la o magistrală CAN comună dacă mai multe unități de control trebuie să transmită simultan mesaje.

Pentru a diferenția mesajele transmise prin magistrala de date CAN în funcție de gradul de urgență, sunt prevăzute diferite priorități pentru mesajele individuale.

Timpul de aprindere, de exemplu, are cea mai mare prioritate, valorile de alunecare au prioritate de mijloc, iar temperatura aerului exterior are cea mai mică prioritate.

Prioritatea cu care este transmis un mesaj prin magistrala CAN este determinată de identificator (câmpul de adresă) mesajul corespunzător.

Identificatorul care corespunde unui număr binar mai mic are prioritate mai mare și invers.

Protocolul magistralei de date CAN se bazează pe două stări logice: biții sunt fie "recesivi" ("1 logic"), fie "dominanți" ("0" logic). Dacă un bit dominant este transmis de cel puțin un modul, atunci biții recesivi transmiși de alte module sunt suprascriși.

Exemplu

Dacă mai multe unități de control încep simultan să transmită date, conflictul de acces la magistrala comună de date este rezolvat prin "arbitraj bazat pe biți a cererilor de resurse partajate" folosind identificatorii corespunzători.

Când transmite un câmp de identificare, unitatea emițător verifică după fiecare bit dacă mai are dreptul de a transmite sau dacă o altă unitate de control transmite deja un mesaj cu o prioritate mai mare asupra magistralei.

Dacă bitul recesiv transmis de primul bloc emițător este suprascris de bitul dominant al altui bloc emițător, atunci primul bloc emițător își pierde dreptul de transmisie (arbitraj) și devine bloc receptor.

Alte unități de control vor încerca să-și transmită mesajele prin magistrala de date CAN numai după ce aceasta este din nou liberă. În acest caz, dreptul de transmisie va fi din nou acordat în conformitate cu prioritatea mesajului pe magistrala de date CAN.

Recunoașterea erorilor

Interferența poate duce la erori în transmiterea datelor. Astfel de erori de transmisie ar trebui recunoscute și corectate. Protocolul magistralei de date CAN distinge două niveluri de detectare a erorilor:

• Mecanisme la nivelul cadrului de date (cadru de date);
• Mecanisme la nivel de bit.

Mecanisme la nivelul cadrului de date

Cyclic-Redundancy-Check

Pe baza mesajului transmis prin magistrala de date CAN, unitatea de transmisie calculează biții de control, care sunt transmisi împreună cu pachetul de date în câmpul "CRC Field" (sume de control). Unitatea de recepție recalculează acești biți de control pe baza mesajului primit pe magistrala de date CAN și îi compară cu biții de control primiți împreună cu acest mesaj.

Frame Check

Acest mecanism verifică structura blocului transmis (cadru), adică câmpurile de biți cu un format fix și lungimea cadrului sunt din nou verificate.

Erorile detectate de Frame Check sunt marcate ca erori de format.

Mecanisme la nivel de biți

Monitorizare

Fiecare modul, atunci când transmite un mesaj, monitorizează nivelul logic al magistralei de date CAN și determină diferențele dintre biții transmisi și recepționați. Acest lucru asigură recunoașterea fiabilă a erorilor globale și locale de biți care apar în unitatea transmițător.

Bit Stuffing

În fiecare cadru de date dintre câmp "Start of Frame" iar sfârșitul "Câmpului CRC" nu trebuie să fie mai mult de 5 biți consecutivi de aceeași polaritate.

După fiecare secvență de 5 biți identici, blocul transmițător adaugă un bit cu polaritatea opusă fluxului de biți.

Unitățile de recepție șterg acești biți după ce primesc un mesaj pe magistrala de date CAN.

Depanare

Dacă orice modul magistrală de date CAN detectează o eroare, acesta întrerupe procesul curent de transfer de date prin trimiterea unui mesaj de eroare. Mesajul de eroare este format din 6 biți dominanti.

Datorită mesajului de eroare, toate unitățile de control conectate la magistrala de date CAN sunt notificate despre o eroare locală și, prin urmare, ignoră mesajul transmis anterior.

După o scurtă pauză, toate unitățile de control vor putea din nou să trimită mesaje prin magistrala de date CAN, mesajul cu cea mai mare prioritate fiind din nou trimis primul.

Unitatea de control al cărei mesaj de pe magistrala de date CAN a cauzat eroarea începe, de asemenea, să își retransmită mesajul (funcția de cerere de repetare automată).

Tipuri Autobuzul CAN

Diferite magistrale CAN sunt utilizate pentru diferite zone de control. Ele diferă unele de altele prin viteza de transfer de date.

Viteza de transmisie a magistralei de date CAN a motorului și a șasiului (CAN-C) este de 125 kbit/s, în timp ce magistrala de date CAN interioară (CAN-B) este proiectată pentru o rată de transmisie de numai 83 kbit/s datorită numărului mai mic. de mesaje deosebit de urgente /Cu.

Schimbul de date între două sisteme de magistrală se realizează prin așa-numitele "gateway-uri", adică. unități de control conectate la ambele magistrale de date.

Bus fibra optica D2B (Digital Daten-Bus) date aplicate zonei "Audio/Comunicații/Navigație". Un cablu de fibră optică poate transmite mult mai multe informații decât un autobuz cu cablu de cupru.

CAN-C - autobuz "Motor și șasiu"

În unitatea de control terminal, pe fiecare parte există un așa-numit rezistor de terminare a magistralei de date cu o rezistență de 120 ohmi, conectat între ambele fire ale magistralei de date.

Busul de date CAN al compartimentului motor este activat numai când contactul este pus.

Mai mult de 7 unități de control pot fi conectate la magistrala CAN-C.

CAN-B - autobuz "Salon"

Unele unități de control conectate la magistrala de date CAN interioară sunt activate indiferent de pornirea contactului (de exemplu: sistem de blocare unică).

Prin urmare, magistrala de date CAN interioară trebuie să fie în modul de pregătire funcțională chiar și atunci când contactul este oprit, ceea ce înseamnă că posibilitatea de transmitere a pachetelor de date trebuie asigurată chiar și atunci când contactul este oprit.

Pentru a reduce cât mai mult consumul de curent în repaus, magistrala de date CAN, în absența datelor necesare transmiterii, intră în modul standby pasiv și se reactivează abia la următoarea accesare.

Dacă în modul standby pasiv al magistralei de date CAN interior orice unitate de control (de ex. modul de control al blocării unice) transmite un mesaj peste el, este primit doar de modulul principal al sistemului (comutator electronic de aprindere, EZS/EIS). Modulul EZS stochează acest mesaj în memorie și trimite un semnal de trezire către toate unitățile de control conectate la magistrala CAN-B.

Când este activat, EZS verifică prezența tuturor utilizatorilor magistralei de date CAN și apoi transmite mesajul stocat anterior în memorie.

Mai mult de 20 de unități de control pot fi conectate la magistrala CAN-B.