IC TECH nr. 17 / 2015

TRAINING TEHNIC nr.16 / 2016

MULTIPLEX REȚELE CAN-BUS

Cuprins Multiplex rețelele CAN-BUS Ce este multiplexarea

1

Terminologie

4

Transmiterea datelor

5

MULTIPLEX REȚELE CAN-BUS CE ESTE MULTIPLEXAREA? Actuator ECU

Actuator ECU

Sensor

Actuator ECU

Sensor

Într-un sistem electric normal: pentru că un sistem ce foloseste senzori și actuatori să funcționeze vom avea nevoie de un cablaj specific pentru fiecare în parte. În sistemul multiplex o linie BUS conectează toate ECU-rile sistemelor individuale între ele, pentru a stabili o comunicare între acestea. Astfel, este posibil ca un sistem să folosească comutatorul, senzorul sau actuatorul altui sistem, fără să fie necesar să folosim alte linii de comunicare (alte cablaje ,senzori, în plus).

Prin multiplexare s-a putut obține o reducere considerabilă de cablaj.

Sensor

În trecut motoarele cu sistem primar de management motor aveau mau mulți senzori de temperatură a motorului care se aflau pe o flanșă de apă pe o parte a chiulasei: unul pentru a controla ventilatorul, unul pentru a indica temperatura în bord și unul informa temperatura către calculatorul motor (FIECARE AVEA CABLAJ SEPARAT).

Prin multiplexare vom putea avea un singur senzor de temperatură, care va trimite informații la calculatorul motor, cablajul acestuia fiind redus considerabil.

1

Actuator ECU

Actuator

Sensor

Actuator

ECU

ECU

Sensor

Sensor

În figura de mai jos regăsim procedura de comunicare ce a fost multă vreme implementată pe vehicule și încă cu succes, însă, pe masură ce elecronica s-a dezvoltat, iar cerințele șoferului au crescut, acest sistem de comunicații trebuia îmbunătățit.

Lumini Motor

Baterie

Radiator Solenoid Intrerupatoare

2

În sistemul de comunicare multiplex, calculatorul din stanga transfera cerintele soferului la calculatorul din dreapta, fiecare comandă fiind codată și unică. Calculatorul ce primește aceste informații le decodează și acționează în consecință.

On

Baterie

On

Lumini Motor

ECU

Off

ECU

Comunicații date de serie

Radiator Solenodi

Întrerupătoare

Beneficiile sunt numeroase prin utilizarea multiplexarii: - cablaj mai puțin (cablajul de cupru este greu – reducere în greutate – reduceri de emisii poluante), - mai puține terminale, calculatoare mai înguste (numărul de terminale determină dimensiunea acestuia) - toate traducându-se prin COSTURI REDUSE DE PRODUCTIE. Tehnologia vehiculelor a avansat, cerințele șoferilor au crescut și implicit era nevoie de un control electronic mai riguros. Mai mult control electronic însemna cablaje cu lungimi crescute. Trebuia găsita o soluție de către constructori pentru această problemă și astfel s-a adoptat din industria computerelor liniile BUS. - În SUA, Cadillac a exprimentat sisteme BUS prin anii 1980.

- În UK primii 2 constructori ce au promovat primiele sisteme de multiplexare au fost BMW și LEXUS în martie 1990. În zilele de azi aproape toate vehiculele au o formă de sistem de multiplexare acestea fiind montate în număr tot mai mare pe măsură ce rețelele au crescut ca viteză de procesare. La acest fapt se adaugă și cerințele șoferilor, cerințe ce s-au înmulțit și s-au diversificat.

Calculatoarele au început să fie de dimensiuni tot mai mici, în pricipiu, dimensiunea fizică a calculatorului fiind determinată de numărul de terminale.

3

Prin multiplexare semnalul oricărui senzor este transmis celui mai apropiat calculator deoarece semnalul este codat și va putea fi recepționat și folosit doar de calculatorul căruia îi este destinat - această abordare se numește “ partiționare zonală”. Deoarece multiplexarea combină mai multe calculatoare în buclă sau pe linie BUS (o linie bus este un traseu de comunicare - dacă deschidem un calculator liniile de metal de pe circuitele integrate sunt linii BUS) semnalul de la senzor poate fi purtat peste tot până ajunge la calculatorul căruia îi era destinat.

Dezvoltarea sistemelor mașinilor este acum mai ușoară pentru constructorii de mașini – nu mai necesită așa de multă cercetare și dezvoltare, sistemele noi putând fi simplu intercalate pe o linie bus sau buclă deja existentă.

TERMINOLOGIE

Noduri

Bus de date Body ECU

Engine ECU

Meter ECU

Informație / Mesaj

4

Door ECU

Other ECU

A/C ECU

Limba folosită= Protocol

BUS de date= cablajul sau cablajele prin care se trimit mesajele. BUS-ul de date poate că este un termen nou pentru unii tehnicieni, însă acesta există de mai mulți ani ( circuitele integrate sunt o forma de BUS). Un BUS în mod convențional duce pasagerii dintr-un loc în următorul: comunicarea pe BUS face cam același lucru de aceea a și primit această denumire.

Nod = un nod este denumirea din sistemul MULTIPLEX pentru ECU/ECM/controller = este dispozitivul ce trimite semnalul pe linia de comunicare BUS. Mesajul informației = acesta este mesajul codat trimis de la un senzor celui mai apropiat ECU care va plasa mesajul pe linia de date BUS. Mesajul informației este făcut din mai multe părți – mesajul este construit din 8 frame-uri separate.

O rețea este un grup de calculatoare, toate interconectate în scopul de a împărți date (data sharing). O rețea multiplex este de multe ori denumită rețea LAN ( local area network = rețea locală de date) deoarece calculatoarele nu au conexiune cu exteriorul (în afara vehiculului) rețeaua fiind localizată în vehicul.

Internetul pe care îl folosim la muncă sau acasă este de tip WAN= wide area network= rețea de arie largă ar mai fi de adăugat că unele vehicule comunică extern, acest lucru fiind denumit ca telemetrie.

Există mai multe tipuri de multiplexare dezvoltate de constructori de-a lungul anilor, fiecare având o viteză și un limbaj specific. Asemănător oamenilor, lucrurile ce comunică în limbaje diferite au nevoie de traducători: la vehicule se folosește un calculator gateway pentru a se permite utilizarea mai multor sisteme de multiplex să comunice între ele ( lucru ce se va discuta mai târziu în curs). Acest lucru ne dă voie să avem pe vehicul mai multe tipuri diferite de multiplex în funcțiune.

TRANSMITEREA DATELOR Cablajele sunt în buclă și trec prin fiecare ECM legat la BUS: în fiecare ECM datele intră într-un microcontroler care interpretează mesajul și acesta îl acceptă pt ECMul în cauza sau îl trimite mai departe pe BUS spre următorul ECM.

Unele sisteme CAN, MSCAN = mid speed can (rețea CAN cu viteză medie), HSCAN = high speed CAN (rețea CAN de viteză mare), folosesc 2 cabluri răsucinte pentru a transmite informația acesta uneori fiind protejate de exterior. Cablurile răsucite dă voie semnalului să fie în oglindă unul față de celălalt, ceea ce previne interferența electrică (sunetul electric).

CAN (Tensiuni diferite de comandă)

BEAN (Comandă pe un fir)

Pereche de cabluri răsucite

Un singur cablaj

5

Dacă un vârf indus de interferență electrică ar fi să se întâmple în perechea răsucită de cabluri, acest vârf de interferență ar avea un efect egal și cu direcții opuse pe fiecare cablaj astfel încat semnalul nu va fi corupt: acest lucru se întâmplă deoarece tensiunea dintre cele 2 cablaje va rămâne constantă una față de cealaltă.

Mai jos avem reprezentată o schemă obișnuită de circuit cu 2 ECU gateway conectate la 2 linii BUS. Fiecare linie are un rezistor de 120 ohm la final, acești rezistori terminali/buffer fiind folosiți pentru a opri reflectarea semnalelor, dar și în scopul diagnozei.

Când semnaul liniei CAN ajunge în unitatea de control acesta trece prin trei etape: microprocesorul (poziția 3 din figură) interpretează semnalul și îl trimite spre controlerul CAN (poziția 2 din figură), acest controler actionează asupra datelor și ori le trimite înapoi pe linia CAN-BUS prin intermediul unor emițătoarereceptoare ori le oprește pentru această unitate de control.

6

Calculatoarele ECM/ECU înțeleg numai sistemul binar, adică 1 sau 0: cu acest sistem orice număr poate fi reprezentat prin combinații de 1 și de 0. Este ca un întrerupător de lumină care este ori închis ori deschis, 1 reprezentând tesiune mică sau un bit receptor, iar 0 reprezintă o tensiune mare sau bitul dominant.

Mesajele încep întotdeauna cu biții dominanți 0, numărul bitului dominant semnificând prioritatea mesajului când sunt mai multe mesaje recepționate de un ECM/ECU.

La toate mașinile cu sisteme moderne, singurul mod de a citi corect un semnal este cu un osciloscop, astfel se va ști dacă semnalul este parțial corupt sau distrus. Nu toate sistemele de ECU vor genera un cod de eroare dacă un semnal este slab sau într-un fel distrus sau distorsionat, așa că citirea semnalului este OBLIGATORIE.

În umătorul exemplu avem un semnal pe CAN BUS ce folosește 2 cablaje, ambele cabluri folosind o tensiune de bază de 2.5V aplicate în starea de 1 binar.

Pe linia albastră de CAN+ avem o creștere de 1V în starea binară 0, iar pe CAN- linia roșie avem o scădere de 1V în starea binară 0. În acest exemplu semalul arată o imagine în oglinda unul față de celalălt datorită sistemului de răsucire între ele a cablajelor.

Fiecare mesaj este făcut din câteva frameuri – 8 în CAN, fiecare frame purtând părți diferite ale mesajului cum ar fi:

1. Mesajul peste pe drum 2. Prioritatea mesajului (numărul de zerouri de la începutul mesajului. Mai multe zerouri = prioritate mai mare) 3. Câmpul de verificare: acesta confirmă lungimea mesajului pentru a se asigura că se va primi mesajul în întregime.

7

4. Mesajul în sine : informația ce trebuie transmisă , de ex: temperature lichidului de răcire al motorului de 78°C. 5. Al doilea câmp de verificare: acesta detectează greșelile de transfer a informațiilor.

6. Câmpul de confirmare.

Frame-ul de start și de sfârșit separă fiecare mesaj.

Să luăm un exemplu cu 3 mesaje de la ecu ABS, motor și cutia de viteze. Ambele calculatoare de la ABS și cel de motor au un al doilea bit 0, iar ECU de cutie are al doilea bit 1, așa că acestă va ceda locul primleor două mesaje.

7. Sfârșitul frame-ului.

ABS / TC

ECM

TCM

A CAN-bus

B

1 Semnalul de la ECM-ul ABS/TC are un al treilea bit 0, iar al treilea bit de la ECM motor este un bit 1: astfel mesajul de la ABS/TC primește prioritate înaintea celorlalte 2 mesaje.

Unitatea de ABS/TC își trasmite mesajul, apoi ECM-ul motor transmite mesajul. După ce și acesta a încetat, cutia de viteze își trasmite mesajul. Transmiterea se întâmplă așa de repede încât șoferul nu remarcă nicio întârziere: trebuie să așteptați vreodată ca geamurile electrice să coboare mai mult de o fracțiune de secundă? Mesajele critice de siguranță primesc întotdeauna prioritate: este nevoie de milisecunde pentru ca ABS/TRC să reacționeze în situații de frânări de urgent.

8

2

În exemplul nostru , dacă un alt mesaj critic de siguranță ar fi să fie transmis pe BUS, chiar după ce primul mesaj de la ABS/TC a fost transmis, dar înainte de trasmiterea celui de la ECM-ul motor, dacă ar avea mai mulți zero dominanți, noul mesaj ar fi transmis, iar mesajul ECM-ului de motor ar aștepta din nou.

ABS / TC

Numerele pinilor importanți din mufa OBD de diagnoză:

ECM

TCM

CAN-bus - 16 Alimentarea cu tensiune de 12V - 3 & 11 linia MSCAN - 6 & 14 linia HSCAN - 4 Masa șasiului - 5 Semnalul de masă În general vorbind, modulele de control de pe o rețea BUS au posibilitatea de a intra în modul de dormire, în momentul în care funcțiile respective nu sunt necesare. Nodurile/ECU/ECM-urile întră în modul de somn pe o rețea LSCAN (de joasă viteză) dacă operațiunile intreconectate nu sunt cerute. MSCAN și HSCAN se opresc din funcționare când se ia contactul.

Primul bit este ÎNTOTDEAUNA 0

Sistemul LSCAN este singurul CAN-BUS care este în stare să comunice cu contactul luat (este necesar, deoarece unele sisteme, cum ar fi închiderea centralizata și protecția antifurt, trebuie să funcționeze când contactul este luat). LSCAN funcționează de obicei între 0 si 4 V. Nodurile sunt ținute de o parte de un semnal specific pe BUS; acest semnal se poate selecta pentru toate nodurile sau doar pentru câteva; în momentul când nodurile trebuie să se trezească, BCMul trimite un impuls de 12V pe LSCAN. În calculatoare vor exista 2 puncte pe circuit unde CAN-HIGH si CAN-LOW se cuplează cu câte doi rezistori bufferi de 120 ohmi. Acești rezistori sunt conectați în paralel, rezistența totală a celor doi va fi în jur de 60 ohmi. Deținând aceasta informație, va fi foarte ușor să diagnosticăm un defect de circuit CAN.

9