Gépjárművek CAN-BUSZ rendszerei
CAN-BUSZ rendszerek bevezető •
•
Bizonyára benned is felmerült a kérdés már, hogy miért bonyolítják meg az autógyárak a autók elektronikáját és berendezéseit, CAN-BUSZ alapú kommunikációs rendszerek bevezetésével? Mik a hátrányai a „jelenleg” még számos autóban megtalálható hagyományos kommunikációs hálózatoknak? Hogyan kommunikálnak egymással a vezérlőegységek? Mit kell az alatt érteni, ha valaki azt mondja „az autó CAN-BUSZ-os” ? A járművek új generációja egy olyan technikai újdonsággal jelenik meg, amely forradalmasítja a járművek elektromos hálózatát. A gépkocsikat napjainkban egyre több vezérlőegységgel („mikro számítógéppel,”) látják el. Minden egyes vezérlő egységnek megvan a saját feladata, amely csak az adott rendszer működésért felelős. (Pl: motorvezérlés, abs, légzsák, immobilizer, elektromos szervkormányzás, elektromos kézifék…stb) Vezérlőegységek számának egyre nagyobb növekedése miatt, a járművekben egyre több elektromos vezeték jelenik meg. Továbbá egy-egy érzékelő nem csak egy-egy vezérlőegységnek továbbítja a jelet, hanem akár több vezérlőegységnek is szüksége lehet ugyan arra a jelre. Ez mind a csatlakozó pontok, és kábel erek számát tovább növelné és valahol itt kezdődnének a gondok…
Hagyományos” kommunikációs megoldás
Tekintsük át azon „hagyományosnak” mondható kommunikációs megoldást, amely a busz rendszert nem alkalmazott autók túlnyomó többségében megtalálható, majd ezután térek át a fő témára a can-busz kommunikációs hálózatokra.
Hagyományos, CAN-BUSZ nélküli kommunikációs megoldás:
A hagyományos, can-bus nélküli megoldás azt volt, hogy a vezérlőegységek szigetelt kábelerekkel csatlakoznak egymáshoz, melyeket még a beszállítóknál sablonokban kábelkorbácsokká alakítanak és a járműgyártónál ezt „erőltetik” bele a karosszériába. A fenti ábrából látható, hogy a hagyományos esetben minden egyes információnak a vezérlőegységhez való elküldésére külön-külön vezetékre van szükség. Elég csak arra gondolnunk, hogy milyen egy autó felszereltsége: elektromosan fűthető hátsó üveg, elektromos ablak, központi zár, lopásgátló rendszer, nyolc elektromos állítási lehetőség és két memória eszköz minden ülésen, „inteligens” automata váltó… Ezen néhány rendszer több száz eret, kábelt jelent minden autóban, amely beépítése sem egyszerű feladat, nem is beszélve a rendszer megbízhatóságáról. A rendszer sok vezetékér, és kábeldzsungel miatt egyre megbízhatatlanabbá válik. A megbízhatatlanság pedig, ami a csatlakozók kontakthibáiból (a csatlakozópontok száma több ezret is elérheti!), kötéslazulásból, vezetéktörésekből stb. vagyis érintkezési bizonytalanságokból származik,a gépjárműüzem egyik területén sem kívánatos, de a biztonsági berendezéseknél egyenesen megengedhetetlen. Na azt hiszem nem kell tovább mesélnem a hagyományosnak mondható kommunikációs rendszerekről, mindenki belátja, hogy szükséges lépni valamit, hogy a fenti problémák ne fordulhassanak elő…
CAN-BUS hálózat • •
•
• •
CONTROL AREA NETWORK megszületése: A járműelektronika tervezésével és gyártásával foglalkozó szakemberek kidolgoztak egy olyan megoldást, ahol a sok-sok kábelér helyett minél kevesebb, lehetőleg egyetlen összeköttetésen továbbítani az információkat a korábbi, széttagolt egységek között. Többéves munkával a szakemberek már 1983-ra, elviekben kidolgozták ezen feltételeknek megfelelő, a különféle vezérlők közötti kapcsolatot biztosító kommunikációs rendszert, melyet CAN rendszernek neveztek el. Ez alatt olyan lehatárolt terület értendő, ahol az egyes vezérlők egymástól kis távolságban elhelyezkedve közös kommunikációs vonalon üzemelnek, kommunikálnak egymással. A szabványosított (ISO 11898) CAN rendszer kialakítási és fejlesztési munkáinak nagy részét a Bosch és az Intel cég tervezői végezték, bár a célkitűzések maradéktalan teljesítése akkoriban, a járművekben uralkodó, az elektronika számára sokszor könyörtelen feltételek miatt nem volt könnyű! A mérnökök feladata, dióhéjban összefoglalva a következő volt: kidolgozandó egy olyan soros adatkommunikációs rendszer, mely egyetlen buszvonal segítségével képes a gépjárművekben található mikrovezérlők és perifériáik között megbízható, valós idejű vagy időosztásos multiplex adatátvitelt biztosítani.
A CAN-BUSZ meghatározása
A CAN egy olyan programozott adatkommunikációs soros busz, amely az autóipar számára készült, a Bosch és az Intel közös fejlesztése nyomán. Leegyszerűsítve: az autóban futó rendkívül stabil és megbízható számítógépes hálózat, ami egy sodrott vezeték páron oda-vissza kommunikáló egységeket foglalja magában. A helyi jeladók és elektronikák ezen a két vezetéken küldik az információt a központi egységnek, ami ugyan ezen a vezetéken továbbíthatja más vezérlőegységeknek is. Ahelyett, hogy egyetlen elektromos vezetékhez egyetlen funkció tartozna, a CAN-BUSZ olyan hálózati kapcsolatot használ, amely több központi vezetéket köt össze, és nagymennyiségű információ áramoltatását teszi lehetővé.
A CAN hálózat használata járművekben A járművekben használt soros kommunikációnak 5 fő alkalmazási területe van. Hálózati vezérlők szolgálnak a motor időzítésénél, a sebességváltónál, az alváznál a fékeknél és a kényelmi szolgáltatásoknál. Az adatátviteli sebesség a valósidejű rendszerekben szokásosan 200kbps-tól 1Mbps-ig terjedhet. Az alváz elektronika és a kényelmet szolgáló elektronika is hálózatba kapcsolható. Erre példa a világítás, a légkondícionálás, a központi zár, az ülés és a tükör beállítása. Itt a tipikus átviteli sebesség 50-100 kbps. A közeljövőben a soros kommunikációt a mobil kommunikációban is alkalmazni fogják az autórádió, mobiltelefon, navigációs eszközök, stb. központi panelben történő összekapcsolására. Olyan funkciók, mint a jármű-jármű, jármű-infrastruktúra kommunikáció, a soros kommunikáció bővítését fogja igényelni. Minden megoldás, amely egyetlen vezetéken képes a buszra kapcsolt egységek között megbízható információcserét létrehozni, magában hordoz további előnyöket is. A korábbi hardveres korlátok, mint például érintkező(k) hiánya egy csatlakozóban, ha egy új jeladó vagy végrehajtó, esetleg redundáns elem beépítésre kerül, fel sem merülnek, hiszen az ilyen vagy hasonló igények a rendszerben szoftveres úton teljesíthetők. A soros vonal használata más elrendezésekkel szemben, mint a csillag vagy gyűrűs kapcsolat, azzal az előnnyel is jár, hogy a rendszer, bármelyik elemének meghibásodása esetén, legalább részlegesen üzemképes maradhat, míg az említett struktúrákban bizonyos elemek kiesése katasztrofális meghibásodást, akár a teljes rendszer leállását okozhatják.
CAN-BUSZ rendszer alkalmazásának esetén a fenti ábra a következőképen módosul:
Az ábrából látható, hogy nincs szükség minden egyes érzékelő jeléhez külön-külön vezetékre, hanem mindössze két adatkommunikációs vezetéken keresztül áramlik az információ. Nézzük egy autó leegyszerűsített példáját, amelyben számos vezérlőegység található, melyek CAN-BUSZ hálózaton keresztül kommunikálnak egymással.
Most már, hogy kezded megismerni valójában mit is jelent az, hogy ha egy autó CAN-BUSZ rendszer kommunikációt használ, akkor épp itt az ideje, hogy részletesen összefoglaljam mik a főbb előnyei az ilyen rendszereknek. Bár igaz az eddigi anyagból már az előnyök nagy része kiszűrhető és kikövetkeztethető, de úgy gondolom összegyűjtve sokkal jobban átlátható.
Szóval a CAN-BUSZ hálózat alkalmazásának előnyei: • Kevesebb elektromos vezeték, kevesebb a helytelen csatlakozásokból eredő hibalehetőség. Valamivel alacsonyabb gépkocsi ára a magas réz árak miatt, és egyszerűbb összerakást igényel az autógyárban a kevesebb vezeték. (A gépkocsi ár azért kissé vitatható…) • Egy-egy szenzor értéke könnyedén felhasználható több vezérlőegység számára is, mindenféle plusz vezetékezés nélkül. • Nagyon nagy sebesség kommunikáció lehetséges a vezérlőegységek között. • Több hely áll rendelkezésre a kisebb vezérlőegységek és azok kisebb csatlakozóinak köszönhetően. • Ha az autógyár valami oknál fogva úgy dönt, hogy a kommunikációs adatokat ki szeretné bővíteni további kiegészítő információkkal, akkor csak a vezérlőegység software (program) módosítás szükséges. Nem kell hozzá a hardwaret is cserélni. • A kommunikációban nagyon alacsony a hiba arány a folyamatos ellenőrzésnek köszönhetően. • A CAN-BUSZ megfelel a nemzetközi szabványoknak, ezáltal a különböző gyártmányú vezérlőegységek közötti adatcsere folyamat viszonylag könnyen megvalósítható.
A CAN-BUSZ felépítése, gyakorlati kialakítása A rendszer gyakorlati kialakítása, összetettsége nagymértékben eltér a különböző gyártók és típusok között, de az elv természetesen mindig ugyanaz. Az alábbiakban néhány példa viszonylag nagyobb rendszerek esetében hogyan kapcsolódnak egymáshoz a különböző egységek. Hálózat infotainment ágán alkalmaznak a sodrott érpár helyett gyűrű topológiájú MOST® (Media Oriented Systems Transport) rendszert, melyen az adatkapcsolat optikai kábelen keresztül történik. Az optikai rendszernek köszönhetően kevésbé érzékeny a külső zavarokra és sokkal gyorsabb adatátvitel valósítható meg. Lehetővé válik ezzel a megoldással kép és hang egyidejű továbbítása a rendszeren.
MOST rendszer főbb jellemzői: 1) Data transmission up to 50 MBit/s 2) Band width 200 MHz * 10m 3)Temperature range from -40°C to +85°C (95°C) 4) Optical Loss of 0,25dB/m (with 650nm) 5) Bending radius of 25mm
