Напряжение на can шине на авто
Напряжение линий CAN High и CAN Low
Максимальные напряжения шины CAN
Максимальные напряжения — это самое высокое среднее напряжение с последней холодной загрузки.
Примечание. Холодная загрузка выполняется после того, как дисплей выключен в течение 24 часов или после отсоединения некоммутируемого питания от дисплея.
Максимальное напряжение линий CAN High и CAN Low обычно должны находиться в пределах от 1,7 до 3,3 В. Измерение напряжения усредняется каждую секунду.
Поскольку мультиметры обычно показывают среднее напряжение, не сравнивайте показания мультиметра с этими значениями.
Измерение напряжения с помощью мультиметра
Напряжение линии CAN High
Это значение обычно должно находиться в пределах от 2,5 до 3,5 В. При измерении на работающей машине оно обычно находится в диапазоне от 2,7 до 3,3 В.
Напряжение линии CAN Low
Это значение обычно должно находиться в пределах от 1,5 до 2,5 В. При измерении на работающей машине оно обычно находится в диапазоне от 1,7 до 2,3 В.
Поиск и устранение неисправностей
Если напряжения выходят за пределы указанных диапазонов, измерьте сопротивление между линиями CAN High и CAN Low с помощью мультиметра.
Оба согласующих резистора работают должным образом.
Один согласующий резистор на шине CAN не работает должным образом.
Оба согласующих резистора на шине CAN не работают должным образом.
Вследствие быстрого изменения напряжения мультиметр не будет показывать ни постоянного, ни точного напряжения на линиях CAN High и CAN Low. Чтобы увидеть точные изменения в шине CAN, необходимо использовать осциллограф.
Еще раз о диагностике CAN-шины
В предыдущей статье мы поговорили о проблемах в шине передачи данных CAN, возникших в результате износа аккумуляторной батареи и просадки питающего напряжения при запуске ниже порога работоспособности шины. Сегодня продолжим разговор о CAN-шине, но немного в другом ключе: прежде всего вспомним принцип ее работы, а затем рассмотрим один из случаев топологии шины и разберем осциллограмму дефекта.
Эта шина используется чаще всего как средство обмена данными в системах, для которых критично быстродействие и время принятия решения. Таковыми являются, например, система управления движением, объединяющая между собой блоки управления двигателем, автоматической трансмиссией, антиблокировочной системой тормозов, усилителем руля и т.п.
Конструктивно шина представляет собой неэкранированную витую пару. Провода шины называются CAN High и CAN Low.
Шина может находиться в двух состояниях:
Рассмотрим форму сигнала шины, чтобы обосновать ее помехоустойчивость:
На рисунке показаны доминантный и рецессивный уровни шины, а также воздействие на шину электромагнитной помехи. Особенностью обработки сигналов шины является то, что в расчет берется не сам уровень сигнала, а разница уровней между проводами CAN High и CAN Low. При рецессивном уровне эта разница близка к нулю, при доминантном уровне она максимальна.
В витой паре провода располагаются очень близко друг к другу. Если возникает внешняя электромагнитная помеха X, то она является синфазной и наводит одинаковый всплеск напряжения в обоих проводах шины. В итоге на обоих проводах появляется наведенный помехой импульс, но разница потенциалов между проводами при этом не меняется. Это позволяет эффективно подавлять внешние помехи, что является большим преимуществом CAN-шины.
На самом деле витая пара – давно известный способ борьбы с помехами. В медицине, например, в кардиостимуляторах, где требуется высочайшая помехоустойчивость, она применяется очень широко.
Сигнал шины поступает в блок управления на дифференциальный усилитель и обрабатывается. Иллюстрация поясняет процесс обработки:
Большинство автопроизводителей придерживаются скорости передачи 500 кБд, соответственно, продолжительность одного бита при этом составит 2 мкс.
Поговорим о топологии CAN-шины. Физически у шины нет начала и нет конца, шина – это просто единая сеть. Чаще всего встречаются два типа топологии: линейная топология и топология «пассивная звезда», а также их сочетания.
На современных автомобилях шина CAN очень разветвленная. Чтобы не перегружать линию большим количеством передаваемых данных, шина может состоять из нескольких ветвей, объединенных межсетевым шлюзом, иначе называемым Gateway. В итоге сеть представляет собой несколько ответвлений, в том числе и на диагностический разъем, использующих разную скорость и протоколы обмена.
Поэтому топология шины – вопрос для диагноста очень актуальный и, к сожалению, довольно сложный. Из тех электрических схем, которыми располагает диагност, не всегда можно понять топологию. Но в документации некоторых автопроизводителей приводится полная и подробная информация, в этом случае задача сильно упрощается.
Не зная тонкостей организации шины, найти в ней неисправность бывает достаточно сложно. Например, при наличии окисления контактов в разъеме пропадает связь с целым рядом блоков управления. Наличие под рукой топологии шины позволяет легко находить подобные проблемы, а отсутствие приводит к большой потере времени.
Ну что ж, мы немного освежили в памяти теорию шины, теперь самое время перейти к практике.
Нам повезло – Nissan относится к тому узкому кругу производителей, которые дают диагностам качественную и полноценную информацию. В том числе есть в документации и подробная топология бортовой шины обмена данными. Открываем, смотрим:
Следует сказать, что приведенная блок-схема достаточно общая. В документации имеется гораздо более подробная электрическая схема со всеми проводами и номерами контактов в блоках, но сейчас она нам пока что ни к чему, нам важно понять общую топологию.
Итак, первое, что нужно увидеть, это то, что вся сеть разделена на три большие ветви, обведенные пунктиром:
Первые две цепи связаны между собой посредством CAN gateway (найдите его на иллюстрации). Цепь шасси связана с цепью CAN 2 через блок управления шасси, который также играет роль своеобразного Gateway.
А теперь вновь обратимся к сканеру и посмотрим, какие из блоков управления не выходят на связь. Дилерский сканер предоставляет нам очень удобную функцию: на экран выводятся блоки каждой из цепей по отдельности, а цветом отображается возможность (зеленый) либо невозможность (красный) установить с ними связь. Вот блоки цепи CAN 1 :
Давайте обмерим ее с помощью линеек.
Просто идеальное соответствие теории и практики. Конечно, полосы пропускания нашего прибора явно недостаточно для корректного отображения сигнала, слишком уж широк его спектр. Однако, если закрыть на это глаза, то вполне можно оценить качество сигнала и сделать необходимые выводы.
Для наглядности масштаб осциллограмм на обеих иллюстрациях один и тот же.
То, что вы видите на этой осциллограмме, называется «мусор». Часто диагносты так и говорят: блок мусорит в шину. Вот только как найти блок, который это делает? Методика здесь очень проста и сводится она к поочередному отключению блоков и повторному наблюдению за сигналом шины.
Где именно находится тот или иной блок на автомобиле, в документации, как правило, показано. Например, на этом «финике» блоки расположены так:
Но в нашем случае все проще. Кстати, маленький лайфхак, возьмите на заметку. В автомобилях Nissan и Infiniti чаще всего причиной наличия мусора в CAN-шине является блок ABS. Сняв разъем с блока, сразу получаем нормальный обмен и связь сканера со всеми блоками ветви CAN 2 :
Обратите внимание на то, что связь в цепи CAN 2 есть со всеми блоками, кроме блока ABS, ведь он отключен.
Завершая разговор, хотелось бы обратить ваше внимание еще на один важный нюанс. Частота следования импульсов по CAN-шине составляет 500 кГц. Поэтому при получении осциллограммы необходимо задействовать максимально возможную частоту дискретизации мотортестера, на какую только он способен.
Если частоту дискретизации вы зададите низкую, то импульсы на осциллограмме будут сильно искажены. В качестве примера посмотрите, как выглядит осциллограмма сигнала CAN-шины при специально сниженной частоте дискретизации прибора:
CAN-шина и тест ElPower
Знаете ли вы, какой инструмент для автомобильного диагноста самый важный? Сканер? Мотортестер? Нет, неверно. Голова.
Можно утверждать это с полной уверенностью. Никакое оборудование не заменит логического мышления и понимания происходящих в автомобиле процессов. А современный автомобиль – штука очень непростая. Полагаться при его ремонте на коды неисправностей, конечно, можно. Но ведь ни один электронный блок не обладает интеллектом человека и может выставить код неисправности, который заведет неопытного диагноста в тупик.
Только человек может связать между собой разрозненные факты, только человек способен сделать правильный вывод, основываясь на полученных данных. К сожалению, приходится констатировать, что далеко не все автодиагносты отдают себе в этом отчет. До сих пор многие из них лишь считывают коды сканером, не утруждая себя поиском причинно-следственных связей. Нужно ли говорить, что подобный ремонт часто заканчивается большими финансовыми и репутационными потерями.
Это тот автомобиль и та самая ситуация, когда начинать нужно именно со сканера. Подключаем Consult-III и для начала считываем коды неисправностей.
Здесь нужно понимать, что в памяти блоков хранятся все коды, которые возникли с момента последнего сброса. Поэтому относиться к ним следует осторожно: вполне может быть, что неисправности давно уже нет. Или это был какой-то случайный сбой. В особо сомнительных случаях лучше стереть все ошибки, покататься на автомобиле какое-то время и лишь затем вновь прочесть коды. Полученная таким путем информация будет более достоверной.
Но мы все-таки прочитаем все коды и попытается сделать первые заключения. Итак, коды есть во многих блоках. Настораживает тот факт, что почти все блоки содержат указание на нарушение обмена по шине CAN, которой этот автомобиль, конечно же, оборудован:
В большинстве блоков это коды не актуальные, а сохраненные. К сожалению, современные автомобили приучили нас к тому, что ошибки по CAN-шине присутствуют практически всегда, хотя в последние годы ситуация начала исправляться. Но в нашем случае на шину «жалуются» почти все блоки, что позволяет сделать первое заключение: с шиной что-то не так.
А в блоке управления двигателем зафиксирован еще один интересный код, который говорит о проблеме с бортовым напряжением:
Обратим внимание на антиблокировочную систему тормозов. Ее блок управления содержит код не только на напряжение питания, но и актуальный код опять-таки на сбой обмена по CAN-шине:
Можно, конечно, покопаться в шине. Что именно и как там проверять – подробно рассказано в обучающем курсе «Шины передачи данных». Но давайте оставим проверку шины на потом. Опыт подсказывает, что прежде нужно решить проблему с кодом неисправности по напряжению аккумуляторной батареи.
Знаете, когда речь идет о питающем напряжении, я предпочитаю проверять его самым надежным способом: применением мотортестера. Нужно ведь не просто измерить значение напряжения, важно увидеть и оценить его форму, посмотреть, как оно изменялось во времени.
На самом деле это очень крутая штука. Почему-то мало кто понимает важность проверки мотортестером питающего напряжения и качества «массы». Очень часто именно проблемы с питанием и «массой» бывают причиной спорадических дефектов. Мотортестер в подобных ситуациях – настоящая палочка-выручалочка.
Да и вообще, тенденция последних лет такова, что на сканер производители выводят все меньше и меньше параметров. Видимо, руководствуясь принципом «меньше знаешь – крепче спишь». Это, конечно, шутка. Но по факту в последнее время довольно часто, не получив достаточного количества информации сканером, приходится использовать мотортестер. Даже на очень продвинутых автомобилях, коим и является приехавший к нам Infiniti.
Решено! Устанавливаем мотортестер… чуть не сказал «под капот», нет, в багажник, ведь аккумулятор находится там:
Что же дальше? А дальше – замечательный тест для проверки компонентов бортовой сети, созданный Андреем Шульгиным. Называется он ElPower, «электрическая мощность», и полностью оправдывает свое название: в автоматическом режиме он определяет состояние аккумуляторной батареи, стартера, втягивающего реле и генератора. Диагносту даже не нужно думать, скрипт все сделает сам и укажет на проблемные узлы.
Выполняем тест. Это несложно и занимает всего пару минут. Вот что выдала программа:
Давайте обратимся к результатам теста. Прежде всего, желтым цветом скрипт выделил параметры, не укладывающиеся в допуск. А я бы даже сказал, что не в допуск, а вообще в разумные пределы!
Рекомендация зарядить (а лучше всего просто заменить) батарею совершенно обоснована.
Казалось бы, какая связь между CAN-шиной и тестом ElPower, не правда ли? Оказывается, самая прямая.
Подведем итог. Прежде всего, не следует бездумно полагаться на сканер и коды неисправностей, иногда это путь в никуда. Далее, мотортестер по праву занимает свое законное место на столе автодиагноста. И надеюсь, будет занимать его всегда. Ну и самый важный вывод: грамотная диагностика должна базироваться на понимании происходящих в автомобиле процессов.
А что же с лампой неисправности полного привода? А ничего. После замены аккумуляторной батареи она больше не загоралась.
Принцип работы и диагностика CAN-шины в автомобиле
Появление цифровых шин в автомобилях произошло позднее, чем в них начали широко внедряться электронные блоки. В то время цифровой «выход» им был нужен только для «общения» с диагностическим оборудованием – для этого хватало низкоскоростных последовательных интерфейсов наподобие ISO 9141-2 (K-Line). Однако кажущееся усложнение бортовой электроники с переходом на CAN-архитектуру стало ее упрощением.
Действительно, зачем иметь отдельный датчик скорости, если блок АБС уже имеет информацию о скорости вращения каждого колеса? Достаточно передавать эту информацию на приборную панель и в блок управления двигателем. Для систем безопасности это ещё важнее: так, контроллер подушек безопасности уже становится способен самостоятельно заглушить мотор при столкновении, послав соответствующую команду на ЭБУ двигателя, и обесточить максимум бортовых цепей, передав команду на блок управления питанием. Раньше же приходилось для безопасности применять не надежные меры вроде инерционных выключателей и пиропатронов на клемме аккумулятора (владельцы BMW с его «глюками» уже хорошо знакомы).
Однако на старых принципах реализовать полноценное «общение» блоков управления было невозможно. На порядок выросли объем данных и их важность, то есть потребовалась шина, которая не только способна работать с высокой скоростью и защищена от помех, но и обеспечивает минимальные задержки при передаче. Для движущейся на высокой скорости машины даже миллисекунды уже могут играть критичную роль. Решение, удовлетворяющее таким запросам, уже существовало в промышленности – речь идет о CAN BUS (Controller Area Network).
Суть CAN-шины
Цифровая CAN-шина – это не конкретный физический протокол. Принцип работы CAN-шины, разработанный Bosch еще в восьмидесятых годах, позволяет реализовать ее с любым типом передачи – хоть по проводам, хоть по оптоволокну, хоть по радиоканалу. КАН-шина работает с аппаратной поддержкой приоритетов блоков и возможностью «более важному» перебивать передачу «менее важного».
Для этого введено понятие доминантного и рецессивного битов: упрощенно говоря, протокол CAN позволит любому блоку в нужный момент выйти на связь, остановив передачу данных от менее важных систем простой передачей доминантного бита во время наличия на шине рецессивного. Это происходит чисто физически – например, если «плюс» на проводе означает «единицу» (доминантный бит), а отсутствие сигнала – «ноль» (рецессивный бит), то передача «единицы» однозначно подавит «ноль».
Представьте себе класс в начале урока. Ученики (контроллеры низкого приоритета) спокойно переговариваются между собой. Но, стоит учителю (контроллеру высокого приоритета) громко дать команду «Тишина в классе!», перекрывая шум в классе (доминантный бит подавил рецессивный), как передача данных между контроллерами-учениками прекращается. В отличие от школьного класса, в CAN-шине это правило работает на постоянной основе.
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.
В современных автомобилях уже стало нормой физическое разграничение низкого и высокого приоритетов. В них используются две и даже более физические шины низкой и высокой скорости – обычно это «моторная» CAN-шина и «кузовная», потоки данных между ними не пересекаются. К всем сразу подключен только контроллер CAN-шины, который дает возможность диагностическому сканеру «общаться» со всеми блоками через один разъем.
Например, техническая документация Volkswagen определяет три типа применяемых CAN-шин:
Интересный факт: на Renault Logan второго поколения и его «соплатформенниках» также физически две шины, но вторая соединяет исключительно мультимедийную систему с CAN-контроллером, на второй одновременно присутствуют и ЭБУ двигателя, и контроллер ABS, и подушки безопасности, и ЦЭКБС.
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:
Когда на шине не передаются данные или передается рецессивный бит, на обоих проводах витой пары вольтметр покажет по 2,5 В относительно «массы» (разница сигналов равна нулю). В момент передачи доминантного бита на проводе CAN-High напряжение поднимается до 3,5 В, в то время как на CAN-Low опускается до полутора. Разница в 2 вольта и означает «единицу».
На шине «Комфорт» все выглядит иначе:
Здесь «ноль» — это, наоборот, 5 вольт разницы, причем напряжение на проводе Low выше, чем на проводе High. «Единица» же – это изменение разности напряжений до 2,2 В.
Проверка CAN-шины на физическом уровне ведется с помощью осциллографа, позволяющего увидеть реальное прохождение сигналов по витой паре: обычным тестером, естественно, «разглядеть» чередование импульсов такой длины невозможно.
«Расшифровка» CAN-шины автомобиля также ведется специализированным прибором – анализатором. Он позволяет выводить пакеты данных с шины в том виде, как они передаются.
Сами понимаете, что диагностика шины CAN на «любительском» уровне без соответствующего оборудования и знаний не имеет смысла, да и банально невозможна. Максимум, что можно сделать «подручными» средствами, чтобы проверить кан-шину – это измерить напряжения и сопротивление на проводах, сравнив их с эталонными для конкретного автомобиля и конкретной шины. Это важно – выше мы специально привели пример того, что даже на одном автомобиле между шинами может быть серьезная разница.
Неисправности
Хотя интерфейс CAN и хорошо защищен от помех, электрические неисправности стали для него серьезной проблемой. Объединение блоков в единую сеть сделало ее уязвимой. КАН-интерфейс на автомобилях стал настоящим кошмаром малоквалифицированных автоэлектриков уже по одной своей особенности: сильные скачки напряжения (например, зимний запуск на сильно разряженном аккумуляторе) способны не только «повесить» ошибку CAN-шины, обнаруживаемую при диагностике, но и заполнить память контроллеров спорадическими ошибками, случайного характера.
В результате на приборной панели загорается целая «гирлянда» индикаторов. И, пока новичок в шоке будет чесать голову: «да что же это такое?», грамотный диагност первым делом поставит нормальный аккумулятор.
Чисто электрические проблемы – это обрывы проводов шины, их замыкания на «массу» или «плюс». Принцип дифференциальной передачи при обрыве любого из проводов или «неправильном» сигнале на нем становится нереализуем. Страшнее всего замыкание провода, поскольку оно «парализует» всю шину.
Представьте себе простую моторную шину в виде провода, на котором «сидят в ряд» несколько блоков – контроллер двигателя, контроллер АБС, приборная панель и диагностический разъем. Обрыв у разъема автомобилю не страшен – все блоки продолжат передавать информацию друг другу в штатном режиме, невозможной станет только диагностика. Если оборвать провод между контроллером АБС и панелью, мы сможем увидеть сканером на шине только ее, ни скорость, ни обороты двигателя она показывать не будет.
А вот при обрыве между ЭБУ двигателя и АБС машина, скорее всего, уже не заведется: блок, не «видя» нужный ему контроллер (информация о скорости учитывается при расчете времени впрыска и угла опережения зажигания), уйдет в аварийный режим.
Если не резать провода, а просто постоянно подать на один из них «плюс» или «массу», автомобиль «уйдет в нокаут», поскольку ни один из блоков не сможет передавать данные другому. Поэтому золотое правило автоэлектрика в переводе на русский цензурный звучит как «не лезь кривыми руками в шину», а ряд автопроизводителей запрещает подключать к CAN-шине несертифицированные дополнительные устройства стороннего производства (например, сигнализации).
Благо подключение CAN-шины сигнализации не разъем в разъем, а врезаясь непосредственно в шину автомобиля, дают «криворукому» установщику возможность перепутать провода местами. Автомобиль после этого не то что откажется заводиться – при наличии контроллера управления бортовыми цепями, распределяющего питание, даже зажигание не факт что включится.