Что такое CAN-шина и какую роль она играет в автомобильных системах?

Jul 20, 2023

Современный автомобиль может иметь на борту более 70 компьютеров. Вот как эти системы общаются друг с другом.

Вы сели в машину, нажали кнопку запуска, и двигатель мгновенно ожил, но как ваша машина решала, заводить ее или нет?

Ну а чтобы машина завелась, с брелоком связывались несколько антенн и Электронные блоки управления. Протокол сети контроллеров (CAN) обеспечивает правильную связь между вашим брелоком, антеннами и ЭБУ внутри вашего автомобиля.

Так что же такое протокол CAN и как он помогает устройствам систем вашего автомобиля работать вместе? Что ж, давайте узнаем.

Раньше в автомобилях не было большого количества электроники. Фактически, если вы хотели завести свой автомобиль в начале 1900-х годов, вам нужно было выйти из автомобиля и провернуть двигатель вручную.

Сегодняшние автомобили, наоборот, имеют несколько электронных датчиков, и электронные устройства отслеживают все: от температуры в салоне до оборотов коленчатого вала.

Тем не менее, данные, полученные от этих датчиков, не имеют никакой ценности, пока не будут обработаны. Эта обработка данных выполняется вычислительными устройствами, известными как электронные блоки управления (ЭБУ).

В отличие от компьютера с одним процессором, в автомобиле имеется несколько ЭБУ, каждый из которых отвечает за выполнение определенной задачи. Хотя эти ЭБУ могут эффективно выполнять одну задачу, они должны работать вместе, чтобы обеспечить правильную работу таких функций, как ABS и ESC.

В связи с этим все ЭБУ автомобиля необходимо подключить. Для создания этих соединений можно использовать топологию «точка-точка», где каждый ЭБУ подключается напрямую к каждому другому ЭБУ. Однако такая архитектура сделает систему сложной. Фактически, современный автомобиль имеет более 70 блоков управления двигателем, и соединение их по принципу «один к одному» приведет к экспоненциальному увеличению веса проводки.

Чтобы решить эту проблему, компания Bosch вместе с Mercedes-Benz и Intel в 1986 году создала протокол сети контроллеров. Этот протокол позволил ЭБУ взаимодействовать друг с другом, используя общую шину данных, известную как шина CAN.

Протокол CAN — это методология передачи сообщений, основанная на использовании набора витых пар для передачи данных. Эти провода известны как CAN high и CAN low.

Для обеспечения возможности передачи данных по этим проводам изменяются уровни их напряжения. Эти изменения уровней напряжения затем переводятся в логические уровни, позволяющие ЭБУ автомобиля взаимодействовать друг с другом.

Для передачи логической единицы по CAN-шине напряжение обеих линий устанавливается равным 2,5 Вольта. Это состояние также известно как рецессивное состояние, что означает, что шина CAN доступна для использования любым ЭБУ.

Напротив, логический 0 передается по шине CAN, когда линия CAN high находится под напряжением 3,5 В, а линия CAN low — 1,5 В. Это состояние шины также известно как доминирующее состояние, которое сообщает каждому ECU в системе, что другой ECU осуществляет передачу, поэтому им следует дождаться завершения передачи, прежде чем они начнут передавать свое сообщение.

Чтобы обеспечить эти изменения напряжения, ЭБУ автомобиля подключаются к шине CAN через приемопередатчик CAN и контроллер CAN. Трансивер отвечает за преобразование уровней напряжения на шине CAN в уровни, понятные ЭБУ. Контроллер же используется для управления полученными данными и обеспечения выполнения требований протокола.

Все эти ЭБУ, подключенные к CAN-шине, могут передавать данные по витому кабелю, но есть загвоздка, по CAN-шине может передаваться только сообщение с наивысшим приоритетом. Чтобы понять, как ЭБУ передает данные по шине CAN, нам необходимо понять структуру сообщений протокола CAN.

Всякий раз, когда два ЭБУ хотят установить связь, по шине CAN передаются сообщения с приведенной ниже структурой.

Эти сообщения передаются путем изменения уровней напряжения на шине CAN, а конструкция витой пары проводов CAN предотвращает повреждение данных во время передачи.