Sieci CAN cz. 3.
Aby zapewnić możliwie najwyższy współczynnik bezpieczeństwa w przekazywaniu informacji za pośrednictwem magistrali CAN w pojazdach samochodowych, stosuje się różnicową transmisję danych. Idea tej transmisji opiera się na symetrycznym względem siebie doborze sygnałów w przewodach CAN low i CAN high. Para przewodów CAN high i CAN low tworzy tzw. skrętkę (z ang. „twisted pair”), którą przesyłane są dane pomiędzy sterownikami.
W zależności od priorytetu danych, prędkości ich przesyłu oraz bufora pojemności informacji rozróżniamy podstawową klasyfikację magistrali CAN na systemy magistrali CAN napędu (trakcji), magistrali CAN komfortu oraz magistrali CAN Infotainment.
Magistrala CAN systemu napędu realizuje wymianę danych pomiędzy kluczowymi sterownikami pojazdu, takimi jak sterowniki: silnika, skrzyni biegów, ESP/ABS, poduszek powietrznych i deski rozdzielczej. Prędkość przesyłu danych w obszarze CAN systemu napędu wynosi zwykle 500 kBit/s, co umożliwia przetwarzanie strumienia informacji praktycznie w czasie rzeczywistym. Tak wysokie parametry dotyczące szybkości magistrali CAN napędu pozwoliły zdefiniować tę magistralę jako high speed CAN (magistralę o wysokiej prędkości). Mechanizm różnicowej transmisji danych dla magistrali CAN systemu napędu polega na tym, że przewód sygnałowy CAN high danych napędu w stanie spoczynku będzie ustawiony na takim samym poziomie napięcia jak przewód CAN low, czyli na poziomie 2,5 V (występuje wtedy bit recesywny). Natomiast w stanie dominującym napięcie sygnałowe na przewodzie CAN high wzrośnie o 1 V i osiągnie pułap 3,5 V, podczas gdy na przewodzie CAN low spadnie o wartość 1 V do poziomu 1,5 V (ilustracja 1 A).
Dzięki takim przebiegom sygnałów zarówno różnica, jak i suma napięć na przewodach CAN high i CAN low pozostaje na stałym poziomie, co zapewnia zminimalizowanie zakłóceń w przesyłaniu danych magistralą CAN. Sygnały z przewodów CAN high i CAN low są dodatkowo przetwarzane we wzmacniaczu różnicowym (wzmacniacz jest częścią nadajnika-odbiornika w sterowniku), gdzie pomijane są sygnały spoczynkowe (poziom 2,5 V dla magistrali CAN napędu) oraz szereg innych zakłóceń. Cechą charakterystyczna budowy magistral CAN w pojazdach koncernu Volkswagena jest użycie rezystorów odciążających w danych sterownikach układu (sterownik silnika rezystor o wartości: 66 Ω, pozostałe sterowniki rezystory o wartości: 2,6 kΩ) oraz to, że zasilanie magistrali CAN napędu zostanie przerwane w momencie wyłączenia zapłonu (zacisk 15) lub alternatywnie w krótkim czasie po wyłączeniu zapłonu. Rzeczywisty przebieg sygnału wysyłanego magistralą CAN napędu przedstawiony został na ilustracji 1 B.
Magistrala CAN systemu komfortu wraz z magistralą CAN systemu Infotainment odpowiadają za wymianę danych pomiędzy sterownikami: systemu komfort, układu klimatyzacji, systemu audio i nawigacji. Ze względu na mniejszą prędkość transmisji danych, wynoszącą 100 kBit/s, magistrala komfortu oraz systemu Infotainment są zdefiniowane jako magistrale low speed CAN. Zasilanie magistrali CAN komfortu realizowane jest poprzez zacisk 30, co zapewnia wysoki stan gotowości podłączonych sterowników. Specjalny tryb „sleep mode” aktywowany jest po wyłączeniu zapłonu, pozwalając na obniżenie poboru prądu dla systemu. Architektura magistrali CAN systemu komfortu i Infotainment została zaprojektowana z uwzględnieniem wysokiego wskaźnika niezawodności i bezpieczeństwa wymiany danych pomiędzy systemami. Przewody CAN high i CAN low magistrali komfortu/Infotainment mogą pracować w trybie jednoprzewodowym w przypadku zwarcia lub przerwania sygnału. Funkcja komunikacji w trybie jednoprzewodowym dostępna jest dzięki zniesieniu wspólnego oddziaływania przewodów CAN high i CAN low, co pozwala na ich niezależną pracę jako dwóch odrębnych źródeł napięcia.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
.jpg)
Na ilustracji 2 A przedstawiono różnicową transmisję danych za pośrednictwem magistrali CAN komfortu lub Infotainment.
Sygnał przewodu CAN high w stanie dominującym osiąga poziom 3,6 V, natomiast w stanie spoczynkowym – 0 V. W przypadku przewodu CAN low stan dominujący osiągany jest przy 1,4 V, a stan spoczynkowy na pułapie 5 V. Ze względu na zróżnicowanie poziomu sygnałów napięciowych oraz prędkości transmisji pomiędzy magistralami CAN komfortu/Infotainment a magistralą CAN napędu, magistrale te nie mogą być połączone bezpośrednio ze sobą. Do tego celu przewidziano funkcję Gateway pozwalającą na wspólne łączenie magistrali napędu, komfortu i Infotainment.
Sterownik Gateway umożliwia wymianę danych pomiędzy magistralami CAN o różnych szybkościach (low – high speed), dodatkowo wspomaga funkcje diagnostyczne związane z obszarem magistrali CAN. Architektura złączy i sterowników diagnostycznych przeznaczonych do analizy diagnostycznej magistrali CAN w poszczególnych pojazdach ulegała zmianom i jeszcze we wcześniejszych modelach bezpośredni dostęp zapewniało podłączenie się pod zestaw wskaźników lub sterownik instalacji elektrycznej. Nowsze modele samochodów dzięki sterownikowi Gateway lub interfejsom diagnostycznym magistrali CAN (złącze low speed CAN lub high speed CAN) oferują rozszerzone funkcje pomiarowe.
Rozmieszczenie sterowników i przewodów magistrali CAN uzależnione jest od struktury sieci i może być zrealizowane w trzech głównych formach o charakterystycznych strukturach: gwiaździstej, pierścieniowej i linearnej. Przy rozmieszczeniu sterowników w formie gwiaździstej stosuje się jeden centralny sterownik połączony z kilkoma innymi sterownikami. Nadrzędna rola sterownika centralnego opiera się na nadzorowaniu przesyłu danych do podpiętych sterowników, co przyczynia się do większego obciążenia sterownika centralnego i zwiększenia prawdopodobieństwa jego awarii. Zastosowanie struktury gwiaździstej ogranicza się więc do systemów komfortu, w których usterka nie będzie miała bezpośredniego wpływu na bezpieczeństwo jazdy. W magistralach CAN systemów napędu (trakcji), gdzie priorytetem jest bezpieczeństwo i szybkość przesyłu strumienia informacji, zastosowanie znajduje struktura linearna. Dzięki jej właściwościom, możliwe staje się podłączenie bardzo dużej liczby sterowników, a ewentualna usterka jednego sterownika nie wpłynie na wymianę danych między resztą podłączonych urządzeń. Struktura pierścieniowa wykorzystuje szeregowe podłączenie sterowników bazujące na architekturze pierścienia, gdzie przesył informacji dokonywany jest w ruchu po okręgu.
