Как сделать кан шину в машине

Обновлено: 06.07.2024

Бортовые системы электроники в современных легковых и грузовых автомобилях обладают огромным количеством дополнительных устройств и исполнительных механизмов. Для того, чтобы обмен информацией между всеми устройствами был максимально эффективен, в автомобиле должна быть надежная коммуникационная сеть. В начале 80-ых годов 20 века компания Bosch и разработчик Intel предложили новый сетевой интерфейс – Controller Area Network, который в народе называется Can-шина.

О принципе работы сетевого интерфейса CAN-шина

Кан-шина в автомобиле предназначена для обеспечения подключения любых электронных устройств, которые способны передавать и получать определенную информацию. Таким образом, данные о техническом состоянии систем и управляющие сигналы проходят по витой паре в цифровом формате. Такая схема позволила снизить негативное влияние внешних электромагнитных полей и существенно увеличить скорость передачи данных по протоколу (правила, по которым блоки управления различными системами способны обмениваться информацией).

Кроме того, диагностика ЭБУ различных систем автомобиля своими руками стала проще. За счет применения подобной системы в составе бортовой сети автомобиля высвободилось определенное количество проводников, которые способны обеспечивать связь по различным протоколам, например, между блоком управления двигателем и диагностическим оборудованием, системой сигнализации. Именно наличие Кан-шины в автомобиле позволяет владельцу своими руками выявлять неисправности контроллеров и ошибки с помощью специального диагностического оборудования.

CAN-шина – это специальная сеть, с помощью которой осуществляется передача и обмен данными между различными узлами управления. Каждый из узлов состоит из микропроцессора (CPU) и CAN-контроллера, с помощью которого реализуется исполняемый протокол и обеспечивается взаимодействие с сетью автомобиля. Шина Кан имеет минимум две пары проводов – CAN_L и CAN_H, по которым и передаются сигналы посредством трансиверов – приемо-передатчиков, способных усиливать сигнал от управляющих устройств сети. Кроме того, трансиверы выполняют и такие функции как:

регулировка скорости передачи данных посредством усиления или уменьшения подачи тока;
ограничение тока для предотвращения повреждения датчика или замыкания линий передачи;
тепловая защита.

Особенности работы сети

CAN - интерфейс и диагностика системы

Подобный преобразователь также предназначен для ввода или вывода определенной диагностической информации по проводу "К"-линия, который подключается во время диагностики или изменения параметров работы сети либо в диагностический разъем либо непосредственно к преобразователю.

Важно отметить, что определенных стандартов для разъемов сети Can на сегодняшний день не существует. Поэтому каждый из протоколов определяет свой тип разъемов на CAN-шине, в зависимости от нагрузки и других параметров.

Таким образом, при проведении диагностических работ своими руками используется унифицированный разъем типа OBD1 или OBD2, который можно встретить на большинстве современных иномарок и отечественных автомобилей. Однако, некоторые модели автомобилей, например Volkswagen Golf 5V, Audi S4, не имеют межсетевого интерфейса. Кроме того, схема блоков управления и CAN-шины индивидуальна для каждой марки и модели авто. Для того, чтобы провести диагностику CAN-системы своими руками, используется специальная аппаратура, которая состоит из осциллографа, анализатора CAN и цифрового мультиметра.

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.

CAN-шина – это электронное устройство, встроенное в электронную систему автомобиля для контроля технических характеристики и ездовых показателей. Она является обязательным элементом для оснащения автомобиля противоугонной системой, но это лишь малая часть её возможностей.

И наконец: если сомневаетесь, или не имеете должного опыта или возможностей в диагностике и определении CAN линии, лучше воспользоваться услугами сертифицированных СТО (автосервисов), обратиться в дилерский центр или к опытному диагносту. Обращение к специалистам "однодневкам" с пиратскими копиями диагностического оборудования может только усугубить проблему в автомобилей, и добавить новых,

Суть CAN-шины

Для чего это нужно? Чтобы важные данные были переданы с минимумом задержек даже ценой того, что маловажные данные не будут переданы на шину (это отличает CAN шину от знакомого всем по компьютерам Ethernet). В случае аварии возможность ЭБУ впрыска получить информацию об этом от контроллера SRS несоизмеримо важнее, чем приборной панели получить очередной пакет данных о скорости движения.

Например, техническая документация Volkswagen определяет три типа применяемых CAN-шин:

Физически же автомобили с CAN-шиной используют ее в виде витой дифференциальной пары: в ней оба провода служат для передачи единственного сигнала, который определяется как разница напряжений на обоих проводах. Это нужно для простой и надежной помехозащиты. Неэкранированный провод работает, как антенна, то есть источник радиопомех способен навести в нем электродвижущую силу, достаточную для того, чтобы помеха воспринялась контроллерами как реально переданный бит информации.

Но в витой паре на обоих проводах значение ЭДС помехи будет одинаковым, так что разница напряжений останется неизменной. Поэтому, чтобы найти CAN-шину в автомобиле, ищите витую пару проводов – главное не перепутать ее с проводкой датчиков ABS, которые так же для защиты от помех прокладываются внутри машины витой парой.

Диагностический разъем CAN-шины не стали придумывать заново: провода вывели на свободные пины уже стандартизированной в OBD-II колодки, в ней CAN-шина находится на контактах 6 (CAN-H) и 14 (CAN-L).

Поскольку CAN-шин на автомобиле может быть несколько, часто практикуется использование на каждой разных физических уровней сигналов. Вновь для примера обратимся к документации Volkswagen. Так выглядит передача данных в моторной шине:

Неисправности

Сегодня автомобиль, представляет из себя, не просто средство на колесах с двигателем и аналоговыми релюхами, которые было при поломке с легкостью заменить не только специалиста, но и мало-мальски грамотному человеку. Автомобиль сегодня представляет из себя целый компьютер да и еще в добавок, передвигающийся на колесах.

И даже грамотный человек в сегодняшнем авто уже не сможет сам разобраться с этими системами электроники и программаторами работающими во благо передвижения автомобиля, а все работы по ремонту и исправностей каких-либо деталей, должны выполнять профессионалы и именно они, а не кто-то другой. И если вам понадобилось до оснастить свой автомобиль каким-либо дополнительным оборудованием, то доверить своего железно-электронного коня рекомендуем спецам и людям любящим свое дело.

Что такое автомобильная CAN-shina и для чего она нужна?

Очень частенько, при обсуждении с клиентами вопросов дополнительного оборудования и систем охраны в автомобили приходится проводить целые лекции на предмет почему той или иной монтаж дополнительного оборудования будет проводиться по времени больше суток, а иногда и несколько, конечно не обходится, при разговоре и без умных узконаправленных значений каких либо элементов автомобильной электроники типа CAN шина, RGB сигналы и пр… интересные штучки, что вводит незнающего человека в ступор, да я и сам когда-то, так же слушал про это все.))

Что такое автомобильная CAN-shina и для чего она нужна?

За последнее время, число различных опций в автомобиле выросло в разы. Увеличение опций произошло благодаря гонке за улучшения качества и пожеланиям клиентов и их потребностям не просто передвигаться, а передвигаться с комфортом, также еще законодательство увеличило требования безопасности окружающей среды. И при всех дополнительных оснащений потребление электроэнергии автомобиля увеличилось в двое.

Но можно было-бы оставить все без изменений и если раньше вопрос стоял о надежности, то сегодня еще к этому всему прибавилась масса различных опций электронного характера. И перед инженерами встает вопрос о приспособлении автомобиля к научно-техническому прогрессу не внося колоссальных изменений в конструкции но при этом учитывая все тонкости безопасности и эксплуатации.

Для чего все таки нужна CAN-шина, принципы ее работы?

Современный автомобиль обладает современной бортовой электроникой с огромным количеством управляюще-исполнительных модулей, к ним можно отнести всевозможные контроллеры, датчики и пр…, а для обмена информацией требовалась надежная и быстрая передача данных, для общения между приборами.

Современная CAN-шина обеспечивает дуплексную систему для одновременной приемо-передачи цифровой информации, обрабатывая ее одним блоком, где скорость передачи данных играет немаловажную роль. Реализация кан шины представляет с собой витую пару и позволила в разы уменьшить электромагнитные поля, которые возникают при работе генератора и других немаловажных систем автомобиля.

Обычно проводка CAN-шины оранжевых цветов, отличаясь друг от друга различными цветными полосками (CAN-Higt – черная, а CAN-Low – оранжево-серая).

С приходом CAN шины и началом ее применения, схема автомобильных проводников высвободилась от определенного количества проводников, которые обеспечивали связь контроллера управления между диагностическим разъемом, двигателем, мультимедией (навигационные системы на ОС Android), системой защиты автомобиля и пр…, по протоколу KWP 2000.

Протокол управления автомобилем при помощи CAN шины KWP 2000

Скорость обработки данных по CAN-шине может быть до 1 Мбит/с, а скорость обработки информации между жизненно важными системами в автомобиле, например – система безопасности торможения ABS, трансмиссия двигателя составляет 500 кбит/с. Помимо основных систем в автомобиле присутствует система комплектации в которую входят – подушки безопасности, мультимедия для автомобиля, блоки управления в дверях авто и пр.. может составить 100 кбит/с.

При обмене информацией между какими-либо блоками управления, и при помощи трансивера сигналы приемо-передачи информации усиливаются до необходимого уровня.

Топология и формы сигналов CAN-шины

Фрагмент CAN-шины с распределением нагрузки в проводах: CAN High CAN Low.

Системные, автомобильные блоки управления, обладают помимо различных нагрузочных сопротивлений еще и скоростью передачи данных, что может привести к препятствию в момент обработки разнохарактерных импульсов.

Для решения технической проблемы разнохарактерных импульсов применяется для связи между шинами межсетевой преобразователь.

Преобразователь – это, так называемый межсетевой-интерфейс, в автомобиле применяется в блоке управления или отдельно стоящим блоком и пр… Преобразовывающий интерфейс применяется для различного ввода / вывода информации диагностического разъема OBD, по определенному проводу выведенному к диагностическому разъему и соединяющий центральный блок управления OBD разъемом при помощи CAN-шины.

OBD – это унифицированный диагностический разъем с массой удобств и преимуществ для сканирования автомобиля на предмет ошибок и диагностики.

Блок-схема межсетевого CAN интерфейса.

Как показано на картинке, общение в автомобиле электронных блоков CAN шины происходят при помощи разных блоков, но делающие одно дело, силовой агрегат CAN-шины, информационной-командной системы и системы Комфорт, в зависимости от марки автомобиля и по своему составу, блоки могут отличаться, но суть идее остается неизменной.

Диагностика автомобиля на предмет неисправностей производится посредством подключения специализированного диагностического оборудования с необходимым программным обеспечением, так называемого анализатора CAN-шины или при помощи осциллографа (с анализатором шины CHN) и мультиметра (цифрового).

В основном все неисправности CAN-шины заключаются в обрыве или замыкании линий, нагрузочных резисторов, нарушением логики работы или понижением уровня сигналов. В случае с нарушением логики поиск и обнаружение проблемы можно только при помощи анализатора CAN – шины.

Современные автомобили всё больше подстраиваются под конкретные потребности людей. В них появилось много дополнительных систем и функций, которые связаны с необходимостью передачи определённой информации. Если бы к каждой такой системе пришлось подключать отдельные провода, как это было раньше, то весь салон превратился бы в сплошную паутину и водителю сложно было бы управлять машиной из-за большого количества проводов. Но решение этой проблемы нашлось – это установка Can-шины. Какая её роль водитель смогут узнать сейчас.

Can шина – имеет ли она что-то общее с обычными шинами и для чего нужна

Когда была разработана цифровая CAN шина и какое её назначение

Разработка цифровой шины началась ещё в двадцатом веке. Ответственность за этот проект взяли на себя две компании – INTEL и BOSCH.После некоторых совместных усилий, специалистами этих компаний был разработан сетевой индикатор – CAN. Это была проводная система нового образца, по которой передаются данные. Такую разработку назвали шиной. Она являет собой два витых провода достаточно крупной толщины и по ним передаётся вся необходимая информация для каждой из систем автомобиля. Есть и шина, которая представляет из себя жгут проводов – её называют параллельной.

Если к CAN шине подключить автосигнализацию, то возможности охранной системы увеличатся, а прямым назначением этой автомобильной системы можно назвать:

упрощение механизма подключения и работы дополнительных систем автомобиля;
возможность подключить к системе автомобиля любые устройства;
возможность одновременно принимать и передавать цифровую информацию из нескольких источников;
снижает влияние внешних электромагнитных полей на работоспособность основных и дополнительных систем автомобиля;
ускоряет процесс передачи данных к необходимым устройствам и системам машины.

Чтобы подключиться к CAN шине необходимо найти в системе проводов оранжевый, он должен быть толстым. Именно к нему нужно подключаться, чтобы наладить взаимодействие с цифровой шиной. Эта система работает как анализатор и распространитель информации, благодаря ей обеспечивается качественная и регулярная работа всех систем автомобиля.

Can шина – параметры скорости и особенности передачи данных

Если к цифровой шине подключена автосигнализация, то информация от неё будет поступать максимально быстро, а заданные человеком команды, при помощи брелока, будут исполнены точно и вовремя. Анализатор системы работает без перебоев и поэтому работа всех систем машины будет постоянно исправной.

Цифровая шина – это целая сеть контролёров, которые объединились в одно компактное устройство и имеют возможность быстро получать или передавать информацию, запуская или отключая определённые системы. Последовательный режим передачи данных делает работу системы более слаженной и корректной. CAN шина – это механизм, который имеет тип доступа Collision Resolving и при установке дополнительного оборудования необходимо учитывать этот факт.

Могут ли возникать проблемы в работе кан шины

Кан шина или цифровая шина работает со многими системами одновременно и постоянно занимается передачей данных. Но как и в каждой системе, в механизме CAN шины могут происходить сбои и от этого анализатор информации будет работать крайне некорректно. Проблемы с кан шиной могут возникать из-за следующих ситуаций:

произошёл обрыв проводников системы;
случилось замыкание на массу или на батарею;
замыкание систем CAN-High или CAN-Low – белее или менее скоростного режима работы системы цифровой шины;
при слишком низком напряжении системы или полной разрядке аккумулятора;
если отсутствуют резиновые перемычки;
из-за неисправной катушки зажигания и других проблем похожего характера.

При выявлении неисправности системы необходимо искать причину этого, учитывая что она может скрываться в дополнительном оборудовании, которое устанавливалось – автосигнализация, датчики и другие внешние системы. Поиски проблемы должны производиться следующим образом:

проверить работу системы в целом и запросить банк неисправностей;
проверка напряжения и сопротивления проводников;
проверка сопротивления резисторных перемычек.

Если с цифровой шиной возникают проблемы и анализатор не может продолжать корректную работу не стоит пытаться самостоятельно решить эту проблему. Для грамотной диагностики и произведения необходимых действий необходима поддержка специалиста в этой области.

Какие системы входят в современную Can шину автомобиля

Все знают что кан шина – это анализатор информации и доступное устройство для передачи команд к основным и дополнительным системам транспортного средства, дополнительному оборудованию – автосигнализация, датчики, трекеры. Современная цифровая шина включает в себя следующие системы:

В этот список не ходят внешние системы, которые можно подключать к цифровой шине. На месте таких может быть автосигнализация или дополнительное оборудования подобного типа. Получать информацию с кан шины и следить за тем, как работает анализатор можно при помощи компьютера. Для этого необходима установка дополнительного адаптера. Если к кан-шине подключена сигнализация и дополнительно маяк, то можно управлять некоторыми системами автомобиля, используя для этого мобильный телефон.

Не каждая сигнализация имеет возможность подключения к цифровой шине. Если владелец автомобиля хочет, чтобы его автосигнализация имела дополнительный возможности, а он постоянно мог управлять системами своего автомобиля на расстоянии, стоит задуматься о покупке более дорогого и современного варианта охранной системы. Такая сигнализация легко подключается к проводу кан шины и работает очень эффективно.

CAN шина, как подключается автосигнализация к цифровой шине

Анализатор цифровой шины справляется не только со внутренними системами и устройствами автомобиля. Подключение внешних элементов –сигнализация, датчики, другие устройства, добавляет цифровому устройству больше нагрузки, но при этом его продуктивность остаётся прежней. Автосигнализация, которая имеет адаптер для подключения к цифровой шине устанавливается по стандартной схеме, а для того, чтобы подключиться к CAN необходимо пройти несколько простых шагов:

Автосигнализация по стандартной схеме подключается ко всем точкам автомобиля.
Владелец транспортного средства ищет оранжевый, толстый провод – он ведёт к цифровой шине.
Адаптер сигнализации подключается к проводу цифровой шины автомобиля.
Производятся необходимые закрепляющие действия –установка системы в надёжном месте, изоляция проводов, проверка правильности произведённого процесса.
Настраиваются каналы для работы с системой, задаётся функциональный ряд.

Возможности современной цифровой шины велики, ведь виток из двух проводов объединяет в себе доступ до всех основных и дополнительных систем автомобиля. Это помогает избежать наличия большого количества проводов в салоне и упрощает работу всей системы. Цифровая шина работает по типу компьютера, а это в современном мире очень актуально и удобно.

Изменение температуры кондиционера Ford Fusion при помощи команд через шину CAN.

Рисунок 3: Введение в LIDAR (ключевой сенсор самоуправляемого автомобиля)
При помощи сенсоров наподобие LIDAR (light detecting and ranging; оптическая локационная система) машина способна смотреть на мир как суперчеловек. Затем компьютер внутри автомобиля на базе полученной информации принимает решения и посылается команды в шину CAN для управления рулем, ускорение и торможением.
Не каждый автомобиль способен стать самоуправляемым. И по некоторым причинам компания Voyage выбрала модель Ford Fusion (подробнее о причинах можно почитать в этой статье).
Исследование шины CAN в Ford Fusion
Перед началом исследования систем кондиционирования воздуха в Ford Fusion я открыл мою любимую книгу The Car Hacker’s Handbook. Перед погружением в суть вопроса заглянем в Главу 2, где описываются три важные концепции: протоколы шины, шина CAN и CAN-фреймы.
Шина CAN
Шина CAN начала использоваться в американских легковых машинах и небольших грузовиках с 1994 года и с 2008 года в обязательном порядке (в европейских автомобилях с 2001 года). В этой шине предусмотрено два провода: CAN high (CANH) и CAN low (CANL). Шина CAN использует дифференциальный сигналинг, суть которого заключается в том, что при поступлении сигнала на одном проводе вольтаж повышается, а на другом понижается на одну и ту же величину. Дифференциальный сигналинг используется в средах, которые должны быть малочувствительны к шуму, например, в автомобильных системах или при производстве.

Рисунок 4: Необработанный сигнал шины CAN, отображаемый на осциллографе
С другой стороны, пакеты, передаваемые по шине CAN, не стандартизированы. Каждый пакет содержит 4 ключевых элемента:

Рисунок 5: Формат стандартных CAN-пакетов
CAN фреймы
Для того чтобы включить / выключить климатическую систему мы должны найти нужную шину CAN (в автомобиле таких шин несколько). В Ford Fusion есть как минимум 4 задокументированные шины. 3 шины работают на высокой скорости 500 кбит/с (High Speed CAN; HS) и 1 шина на средней скорости 125 кбит/с (Medium Speed CAN; MS).
К порту OBD-II подключено две высокоскоростные шины HS1 и HS2, однако там стоит защита, которая не позволяет подделывать команды. Вместе с Аланом из компании Voyage мы вынули порт OBD-II и нашли места соединения со всеми шинами (HS1, HS2, HS3 и MS). На задней стенке OBD-II все шины подключались к модулю шлюза (Gateway Module).

Рисунок 6: Homer – первое самоуправляемое такси от компании Voyage
Поскольку климатическая система управляется через медиа-интерфейс (SYNC), нам придется отсылать команды через среднескоростную шину (MS).
Чтение и запись CAN-пакетов осуществляется при помощи драйвера и сетевого стека SocketCAN, созданного исследовательским отделом компании Volkswagen для ядра в Linux.
Мы будем подсоединять три провода от машины (GND, MSCANH, MSCANL) к переходнику Kvaser Leaf Light HSv2 (можно купить за 300$ на Амазоне) или к CANable (продается за 25$ на Tindie) и загружать на компьютере со свежим Linux-ядром шину CAN в качестве сетевого устройства.

После загрузки запускаем команду candump can0 и начинаем отслеживать трафик:

Несмотря на то, что вышеуказанная информация эквивалентна амплитуде звукового сигнала, довольно трудно понять, что происходит, и обнаружить какие-либо закономерности. Нам нужно нечто похожее на частотный анализатор, и такой эквивалент есть в виде утилиты cansniffer. Cansniffer показывает список идентификаторов и позволяет отслеживать изменения в секции данных внутри CAN-фрейма. По мере того как мы будем изучать определенные идентификаторы, мы можем установить фильтр нужных ID, которые имеют отношение к нашей задаче.
На рисунке ниже показан пример информации, снятой при помощи cansniffer с шины MS. Мы отфильтровали все, что имеет отношение к идентификаторам 355, 356 и 358. После нажатия и отпускания кнопок, связанных с подстройкой температуры, в самом конце появляется значение 001C00000000.

Рисунок 7: Информация с шины MS, снятая при помощи утилиты cansniffer
Далее необходимо объединить функционал для управления климатической системой с компьютером, работающим внутри автомобиля. Компьютер работает на операционной системе ROS (Robot Operating System; Операционная система для роботов). Поскольку мы используем SocketCAN, то модуль socketcan_bridge серьезно упрощает задачу по преобразованию CAN-фрейма в блок информации, понимаемый операционной системой ROS.
Ниже показан пример алгоритма декодирования:

Полученные данные хранятся в CelsiusReport.msg:

После нажатия всех нужных кнопок в машине, у нас появляется следующий список:

Затем эти строки отсылаются на узел под управлением операционной системы ROS и далее происходит трансляция в коды, понимаемые автомобилем:

Заключение
Теперь мы можем создавать и посылать те же самые коды в шину CAN, которые формируются при нажатии физических кнопок, связанных с повышением и понижением температуры, что дает возможность удаленного изменения температуры автомобиля при помощи приложения, когда мы находимся на заднем сидении автомобиля.

Рисунок 8: Удаленное управление климатической системой автомобиля
Это лишь небольшой шаг при создании самоуправляемого такси вместе со специалистами компании Voyage. Я получил массу положительных эмоций во время работы над этим проектом. Если вы тоже интересуетесь этой темой, можете ознакомиться со списком вакансий в компании Voyage.

В нашем телеграм канале мы рассказываем о главных новостях из мира IT, актуальных угрозах и событиях, которые оказывают влияние на обороноспособность стран, бизнес глобальных корпораций и безопасность пользователей по всему миру. Узнай первым как выжить в цифровом кошмаре!

Читайте также: