Автодоктор

 

 

        8-985-600-81-18                                                                                                                       support@avtodoktor.msk.ru 

 

Автокниги      Магазин автозапчастей

 

Ремонт автоэлектрики легковых и грузовых автомобилей. Помощь на дороге. Выезд Москва и Подмосковье.8-985-600-81-18

 

CAN -шина

С появлением большого числа устройств, которыми зачастую необходимо взаимосвязанно управлять, стала расти потребность в создании соответствующих средств управления. И такие средства, промышленные сети, в начале 1980-х годов появились. Работая с использованием цифровых технологий, они позволили уменьшить физический объем средств передачи данных, передавать сложные управляющие сигналы, повысить надежность системы и скорость реакции на событие и синхронизировать взаимодействие внутри каждой из них. В отношении автомобильной индустрии можно сказать следующее: помимо упрощения технологии сборки автомобилей с мультиплексными системами только на проводке удается сэкономить ~50 кг массы.

Любая промышленная сеть, в том числе автомобильная, представляет собой совокупность датчиков, исполнительных механизмов, вычислительных устройств и органов управления, объединенных системой передачи данных и взаимодействующих по правилам, задаваемым протоколом. Он — центральный элемент, определяющий характеристики и возможности связанных им систем.

SAE разделяет автомобильные сети на три класса — А, В и С, отличающиеся скоростью передачи данных и областями применения (табл. 1). Причем к сетям класса С предъявляются особо жесткие требования, поскольку они по одному каналу связи обслуживают наиболее ответственные системы автомобиля, а передаваемые по ним сообщения могут быть как периодическими, так и случайными. Такие сети должны быть не только надежными, но и обеспечивать возможность расстановки приоритетов различным сообщениям, сигнализировать об ошибках в передаче управляющих сигналов, иметь скорость реакции на важное сообщение определенной длительности, быть защищенными от внешних воздействий.

Автомобильные системы, независимо от их класса, в принципе, могут выполняться (и выполняются) по одной из трех топологических схем (способов объединения устройств) сетей: "звезда", "кольцо" и "шина". Рассмотрим их.

"Звезда". В данной схеме есть центральный узел, связанный с каждым устройством системы отдельным каналом связи. То есть для связи двух или более таких устройств необходимо, чтобы информация прошла через "центр". Плюс у схемы один — Простота протоколов обмена информацией. Но недостатков, к сожалению, гораздо больше, и они явно перекрывают этот плюс. В их числе: большое время задержки и число проводов; ограниченное число коммутируемых устройств, низкая надежность из-за наличия центрального узла. Поэтому схема используется редко.

 

Таблица 1

 

  Класс     Скорость передачи                       Область применения

  сети             данных

   А              10 Кбит/с                                     Системы комфорта

   В              10-125 Кбит/с                              Самодиагностика

   С           125 Кбит/с-1 Мбит/с                     Системы управления двига-

                                                                    телем, тормозами, коробкой

                                                                    передач, АБС и т. д.

 

"Кольцо". В этой схеме все устройства равноправны, так как последовательно объединены в кольцо. Значит, передаваемые сигналы должны проходить по нескольким звеньям. Отсюда вытекают и недостатки схемы: потеря работоспособности при разрыве цепи или выходе из строя одного устройства; большая задержка и ее увеличение при добавлении нового звена.

Схема "шина" позволяет функционировать устройствам в общей среде передачи данных, используя широковещательную передачу; не требует доработок системы при подключении дополнительных устройств; в ней возможна реализация любого типа доступа к среде передачи данных, а время их передачи невелико. Самая важная задача протокола здесь — решение вопросов доступа в среду передачи данных.

Как видим, для автомобиля предпочтительнее именно эта схема: она экономит провода, обеспечивает высокую надежность системы управления.

Схема "шина" реализует доступ трех типов: основной узел по определенным правилам опрашивает дочерние узлы; получив от синхронизирующего пакета сигнал, отправляет данные тому дочернему узлу, который соответствует полученному от пакета сигналу; получив сигнал от дочернего узла, открывает последнему доступ в сеть.

Первые два типа доступа называются централизованными, третий — децентрализованным. Он особенно эффективен, так как не тратится время на "холостые" опросы, т. е. обеспечивается мгновенное реагирование на высокоприоритетное сообщение.

Большинство европейских автомобилестроительных фирм в системах управления двигателем, безопасности и обеспечения комфорта применяют сетевой протокол CAN. Причем в ближайшие годы, как ожидается, на базе данного протокола будет введен единый интерфейс и для систем компьютерной диагностики. Таким образом, на каждом западно-европейском автомобиле в скором времени будет по крайней мере один узел данной сети. И это вполне объяснимо. Протокол CAN обладает важнейшим достоинством: идентификаторы сообщений используются не только для алгоритма разрешений коллизий, но и для описания сообщений, когда применяется не прямая адресация данных, а лишь отмечается характер информации, представленной в сообщении (например, "давление масла"). Поэтому большинство автомобилестроителей выбрали этот протокол для построения сетей именно класса С.

Физически CAN представляет собой последовательную асинхронную шину, данные которой передаются или по витой паре, или по оптоволокну, или по радиоканалу. Шина — мультимастерная, т. е. управлять ею могут сразу несколько устройств. Теоретически число подсоединяемых к ней устройств не отраничено. Скорость передачи данных задается программно (не более 1 Мбит/с).

В настоящее время действующей спецификацией для протокола CAN служит "CAN Soecjfication version 2,0", состоящая из двух частей — А и В, первая из них описывает обмен данными по сети с использованием 11-битного идентификатора, а вторая — 29-битного. И если узел CAN поддерживает обмен данными только с использованием 11-битного идентификатора, не выдавая при этом ошибки на обмен данными с использованием 29-битного идентификатора, то его обозначают "CAN2.0A Active, CAN2.0В Passive"; если с использованием и 11 -битного, и 29-битного идентификаторов, то "CAN2.0B Active".

Существуют также и узлы, которые поддерживают обмен данными с использованием только 11-битного идентификатора, а при обнаружении в сети данных с 29-битным идентификатором выдают ошибку. Но на автомобилях устанавливают, само собой, только согласованные системы. Они работают в двух сетях, имеющих разные (250 и 125 Кбит/с) скорости передачи данных. Первые обслуживают основные системы управления (двигатель, автоматическая коробка передач, АБС и т. д.), вторые — системы вспомогательные (стеклоподъемники, освещение и пр.).

Сеть CAN состоит из узлов с собственными тактовыми генераторами. Любой ее узел посылает сообщение всем системам, подсоединенным к шине, а получатели решают, относится ли данное сообщение к ним. Для этого предусмотрена аппаратная реализация фильтрации сообщений.

Протокол CAN обладает исключительно развитой системой обнаружения и сигнализации ошибок, включающей поразрядный контроль, прямое заполнение битового потока, проверку пакета сообщений CRC-полиномом, контроль формы пакета сообщений, подтверждение верного приема пакета данных. В итоге общая вероятность необнаружения ошибки не превышает 4,7 • 10-11. Кроме того, имеющаяся система арбитража протокола CAN исключает потерю информации и времени при "столкновениях" на шине.

Как известно, возможны два основных способа работы протокола — по событиям и временным меткам. В CAN реализован именно первый способ. Однако ЕС одновременно финансировал и программу исследования по второму способу — коммуникационному протоколу для высоконадежных приложений ТТР ("временно-пусковой" протокол). Над ним работали "ДаймлерКрайслер", "Бритиш Аэропак", ФИАТ, "Форд", "Марелли", "Бош", "Вольво" и Венский технический университет. В итоге была разработана архитектура ТТА, которая признана эффективной для критичных по безопасности систем (автомобильных, железнодорожных, авиационных).

Архитектуры систем на основе протоколов ТТР и CAN, в общем-то, сходны. Обе системы распадаются на ряд подсистем (кластеров), т. е. распределенных компьютерных систем, и наборы узлов, объединенных последовательным каналом. Для выполнения функций, которые невозможно реализовать на одном узле (таких, как точная координация работы двигателя, тормозов и др.), узлы обмениваются сообщениями через последовательный коммуникационный канал.

Каждый узел, в свою очередь, состоит из трех элементов — компьютера, коммуникационного контроллера и подсистемы ввода—вывода для связи с датчиками и элементами управления. Все эти элементы связаны между собой двумя интерфейсами — коммуникационным интерфейсом сети (CNI) между компьютером и коммуникационным контроллером и управляемым интерфейсом объекта (COI) между компьютером и подсистемой ввода—вывода процесса.

 

 

Компьютер узла содержит ЦПУ, память, часы реального времени и собственную операционную систему, а также прикладное программное обеспечение. Он принимает и передает данные от и в CNI и COI, исполняет приложения реального времени в заданные временные интервалы.

Коммуникационный контроллер в случае протокола ТТР образован коммуникационным каналом и совокупностью управляемых временем коммуникационных контроллеров кластера, каждый из которых держит в памяти диспетчер-таблицу, определяющую в какую точку данное сообщение послано или в какой точке ожидается его получение. Коммуникационный же контроллер CAN, управляемый событиями, такой таблицы не имеет, так как передача сообщения инициируется командой с компьютера узла.

Таблица 2

 

Пример содержания      "Вентиль прикрыт                                "Вентиль открыт на 60* "

    сообщения                       на 5* "

 

Содержание поля          Информация о со-                                  Информация о событии

     данных                               бытии

 

Характер                       После возникно-                                   Периодически, через задан-

посылок                         вения события                                     ные интервалы времени

 

Управление во             Прерывание, выз-                                    Выборки, вызываемые

времени                         ванное возникно-                                  ходом времени

                                    вением события

 

Обработка в при-          Очередь и замена                                    Новая версия заменяет

емнике                           (поглощение) при                                   предыдущую, поглощения

                                      чтении                                                  при чтении нет

 

Последствия по-           Потеря синхрони-                                     Недоступность текущей

тери сообщения             зации состояний                                      информации о текущем со-

                                        отправителя и                                      стоянии на время интервала

                                             приемника                                     выборки

 

Назначение коммуникационной системы — передавать (в масштабе реального времени) сообщения либо о значении параметра (переменной состояния, например, скорости), либо о возникновении события от узла-передатчика одному или нескольким узлам-приемникам этого кластера. Сообщение состоит из трех частей: имени переменной состояния или события; наблюдаемого значения переменной состояния; времени наблюдения переменной состояния или события. Ключевое место в нем занимает значение переменной состояния или события. Причем, сообщение может не содержать значение времени, тогда это значение принимается по факту приема сообщения.

Как видим, протоколы CAN и ТТА базируются на понятиях "событие" и "состояние". Разницу между ними иллюстрирует табл. 2. Но следует иметь в виду, что в ряде случаев информацию о новом состоянии можно упаковывать в сообщение о событии, которое посылается только при изменении состояния.

Итак, протокол CAN есть коммуникационная система, управляемая сообщениями, которые посылаются, если компьютер узла запрашивает передачу сообщения и канал не занят. Но если другие узлы в данный конкретный момент времени тоже хотят послать сообщение, то оно посылается с наибольшим приоритетом.

Протокол ТТР — система, управляемая временем. Доступ к физической среде управляется бесконфликтной стратегией ТDМА (разделенный во времени множественный доступ). Каждый узел получает уникальный временной слот в цикле TDMA. Каждый контроллер ТТР содержит таблицу диспетчеризации (список дискрипторов сообщений, MEDI) с информацией о том, какой узел имеет право послать и какое сообщение в конкретный момент времени, два дублированных канала коммуникации — для того чтобы не допустить возможную потерю информации.

Система, основанная на протоколе ТТР, подкупает величиной возможного потока данных (до 4 Мбит/с), надежностью (за счет дублирования коммуникационного канала) и строгим регламентом работы во времени, который позволяет заранее определить свойства системы. Вероятно, что будущее именно за этой системой: она, как предполагается, будет управлять всеми жизненными функциями автомобилей (электронным рулем, акселератором, тормозами и другими высокоприоритетными устройствами). Это особенно актуально в свете того, что на протяжении последних лет демонстрируются многочисленные концептуальные автомобили и даже ходовые макеты, которые не имеют механических связей между органами управления и исполнительными механизмами. Однако на современном этапе развития пока еще возможен только частичный мулътиплекс, когда сетевая схема состоит из набора элементов, которые включают датчики и устройства, подключенные к распределительному устройству посредством проводов.

Rambler's Top100

Рейтинг@Mail.ru

 

Вся документация собрана из открытых источников интернета. Данные постоянно обновляются. Если есть пожелания или замечания по работе сайта пишите:    support@avtodoktor.msk.ru

 

 

На главную

 

Сброс сервисного интервала на автомобиле

 

Инструкции по установке блокираторов на коробки передач автомобилей

 

Каталог автомобилей по марке

 

    Сигнализации: инструкции по установке и эксплуатации

 

   Программы для диагностики автомобилей

 

Техническая информация по ремонту грузовых автомобилей

 

Библиотека автоэлектрики

 

Услуги автоэлектрика-диагноста

 

  Контакты

 

Карта сайта

 

Статьи на автомобильную тему

 

  Очень нужная информация

 

Рекомендации при выборе автомобиля с пробегом

 

Полезные ссылки для автолюбителей

 

Обмен ссылками с автомобильными сайтами

 

Автоэлектрик приглашается в автотехпомощь на постоянную работу или подработку в свободное от основной работы время для
ремонта легковых и грузовых автомобилей на выезде (запуск двигателя, разблокировка сигнализаций, автоэлектрика). Свободный
график, возможность совмещения двух работ, возможна работа в регионе проживания. Обязательно: наличие автомобиля,
инструмента, опыта работы на выезде. Контактный телефон 8-985-600-81-18

 7gear

 

 

 

 

 

 

 

                 

На страницах нашего сайта Вы найдёте информацию по следующим темам: ремонт автоэлектрики, ремонт автоэлектрики
выезд, автоэлектрик выезд, техпомощь на дорогах Москвы и Подмосковья, установка автосигнализаций, установка замка
АКПП, разблокировка сигнализации, компьютерная диагностика автомобилей, частный автоэлектрик, услуги автоэлектрика, вызов
автоэлектрика, вскрытие автомобилей без повреждения, установка сигнализации, противоугонные системы, разблокировка
сигнализации, ремонт сигнализации, электросхемы, инструкции к автосигнализациям, точки подключения автосигнализации