1.PROTOCOLUL DE COMUNICAȚIE CAN 1.1. NOȚIUNI INTRODUCTIVE CAN (Controller Area Network) se definește ca un protocol de comunicație de tipul… [629950]

1
1.PROTOCOLUL DE COMUNICAȚIE CAN
1.1. NOȚIUNI INTRODUCTIVE
CAN (Controller Area Network) se definește ca un protocol de comunicație de
tipul magistrală ce se utilizează pe o scară foarte mare în industria automobilelor. Utilizând
protocolul CAN calculatoarele autovehiculului (ECM ,TCU , ESP) fac schimb de informații între ele
pentru a optimiza sau facilita diferite funcții de control ale diferitelor sisteme (ambreiaj, injecție ,
sistem de frânare ).
Protocolul CAN se definește un sistem de comunicație de tip serial , în timp real , folosit
pentru diverse sisteme de tip distribuit . Dezvoltarea acestui protocol de comunicație a fost inițiată
de compania multinațională Bosch Gmbh începând cu anul 1982 . Utilizarea unui sistem de
comunicație de tip magistrală a fost dorit din cauza prezenței unui număr din ce în ce mai mare d e
calculatoare și componente electronice utilizate în industria autovehiculeor .
Etape le importante de pe parcusrsul dezvoltării protocolului CAN:
1983 – începerea dezvoltării de către Bosch Gmbh ;
1985 – apari ția primei versiune de specificație a protoc olului ;
1986 – inițierea standardizării protocolului de către ISO;
1987 – producerea primului circuit integrat CAN (Intel & Philips) ;
1991 – apariția versiunii a doua a specificației protocolului ;
1992 – apariția primului autovehicul de serie ce utilizează protoc olul CAN (Mercedes Benz );
1993 – apariția primului standard al protocolului (ISO 11898) ;
2007 – începerea producți ei anuale de module CAN.
1.1.1. Avantajele folosirii comunicației mult iplexate (magistrală) în comparație cu o
comunicație filară (pe fir) :
În cazul unei comunicații pe fir , fiecare calculator are o legătură separată dedicată fiecărui
canal de comunicați e. Astfel dacă sunt 3 calculatoare care comuni că fiecare cu fiecare, fo losind câte
2 fire, vom avea în total 12 fire (4 fire pe ntru fiecare calculator). Dezavantajul prezetat de acest tip
de comunicaț ie este reprezentat de masa destul de mare a firelor și a conectorilor dar și de
complexitatea foarte mare a rețelei de comunic ație.
În cazul utilizării unui sistem de comunica re de tip magistral ă, comparativ cu un sistem ce
folosește firul , se elimină cantități destul de importante de conectori și cabluri. De asemenea
sistemul de comunicație este mult mai simplificat ș i poate f i diagnostica t foarte ușor.
Principalele motive pentru care este preferată utilizarea unui sistem de comunicație multiplexat
(magistrală):
 permite partajarea de parametrii în tre calculatoarele autovehicului ;
 îmbunătățește siguranța și modul de diagnosticare ;
 reduce costul total al sistemului mulțumită reducerii numărului de fire și conectori ;
 cerință prevăzută în standardele de diagnoză EOBD .

Un automobil din clasă medi e din anii 90 conținea aproximativ 3 km de c abluri care aveau
greutatea în jur de 70 -90 de kg. De asemenea un automobil Merce des Benz, clasa S, din anul 2000 ,
avea în jur de 50 -60 de calculatoare. Creșterea numărului și a complexității sistemelor ele ctroni ce
de pe automobile a dus la utilizarea sistemelor de comunicație multiplexate (CAN).
Scopul principal al protocolului de comunicație CAN a fost de a fi utilizat în i ndustria
autovehiculelor . Mulțumită avantajelor pe care le aduce, în ceea ce privește comunicarea între
modulele electr onice, acest protocol poate fi utilizat și în alte industrii/domenii :

2
 vehicule grele, camioane, vehicule agricole ;
 industria roboților, automatizări ;
 industria aeronautic ă, aeronave ;
 vehicule militare ;
 echipamente medicale ;
 electrocasnice .

1.1.2. Tipuri de rețele CAN
Protocolul CAN poate fi de dou ă feluri în funcție de viteza de transfe r a datelor :
 CAN HS (High Speed) – viteză mare
 CAN LS (Low Speed) – viteză mică

CAN HS are diferite viteze de transfer a datelor de 125, 250, 500 sau 1000 kb/s. Datorită
vitezei mari de transfer a datelor pe magistrală este utilizat cu deseori pentru motor, cutie de viteze
sau sistemele de siguranță activă (ESP, ABS ).
CAN LS are viteza de transfe r cupinsă între 40 și 125 kb/s. Protocolul CAN LS are avantajul
că este mult mai tolerant la erori (fault tolerant). În cazul în care unul din cele două fire este
întrerupt , comunicația se poate realizeaza pe un singur fir. Acest tip de pr otoco l CAN este utilizat
deseori la închiderea centralizată și la imobilizator, datorită capabilității de funcț ionare și în regim
de avarie.
1.1.3. Nivelul fizic al magistralei CAN
Din punct ul de vedere fizic, protocolul CAN conține o magistrală , formată din două fire
torsadate , și calculatoare le care conțin fiecare câte un circuit integrat de e misie -recepție . Firele pe
care se efectuează transmisiunea informaț iei sunt torsadate pentru a elimina posibilele perturbații
electromagnetice .

Figura 1.1 Componente fizice ale unei rețele CAN .
Circuitele integrate de emisie -recepție combină funcț ia de recepționare a mesajelor cu cea de
transmitere , în aceeași componentă. CAN transceiver -ul este al imentat la o tensiune cuprinsă între
3V și 5V și are rolul de a face conversia semnalului electric , de pe magistrală, în semnale digitale și
invers.

3

Figura 1.2 Nivelul fizic al protocolului CAN.
Lungimea maximă pe care magistrala de date poate sa o aibă este de 250 m (CAN HS) și de
50 m (CAN LS). Numărul maxim de calculatoare care se pot conecta la magistrală poate varia în
funcție de viteza sau de numărul parametrilor urmează a fi transmiș i. O magistrală CAN suportă
maxim 50 de calculatoare conectate între ele. La extremitățile magistralei sunt adeseori prevăzute
rezistențe electrice cu valoarea de aproximativ 120 Ω ce au drept rol creșterea impedanț ei rețelei,
pentru a elimina fenomenul de reflexie a semnalelor transmise.

Figura 1.3 Exemplu de rețea CAN.
Unde:
ECM (Engine Control Module) reprezint ă calculatorul de injecț ie al motorului ;
TCU (Transmission Contro l Unit) reprezintă calculatorul transmisiei automate ;
ABS (Anti -lock Braking System) reprezintă alculatorul sistemului de frân are;
BCM (Body Control Module) reprezin tă calculator ul de habitaclu;
Roof (Plafon) reprezintă calculatorul pentru controlul trapei;
Seat (Scaun) reprezintă calculatorul pentru controlul scaunelor;
Clim (climatizare) reprezintă calculatorul pentru controlul cl imatizării;
Diag. (diagnostic) repre zintă conectorul de diagnosticare .
În exemplul de mai sus de reț ea CAN se observă două sub -rețele, CAN motor și CAN
vehicul , interconectate pri ntr-un „gateway” care este defapt de calculatorul de habitaclu al
autovehiculului (BCM). Această arhitectură pre zintă avantajul că la apariția unui defect la una din
cele două rețele, nu va afecta funcționarea corectă a celeilalte retele.
În m agistrala CAN sunt conținute două fire denumite CAN_H (High voltage)
sau CAN_L (Low voltage). Pe conductorul CAN_H valoarea tensiunii electrice poate avea două
nivele: 2.5 ș i 3.5 V. Pe conductorul CAN_L valoarea tensiunii electrice poate fi de 1.5 și 2.5 V.

4
Nivelele de tensiune pe fiecare din cele două fire au valoarea de 2.5 V sau 3.5 V pe CAN_H
și respectiv 1.5 V pe CAN_L. Translatarea acestor valori ale tensiunii în semnal digital se face prin
diferența celor două tensiuni. În momentul în care tensiunea pe cele două fire are valoarea 2.5 V
diferența este de 0 V, iar în momentul în care cele două valori ale tensiuni i au 3.5 și 1.5 V, diferența
este de 2 V. Nivelele de tensiune ce au valori de 0 și 2 V se traduc în valori digitale de 1 și 0.
Valorile digitale nu sunt reprezentate ca fiind valori fixe ale tensiunii. Datorită posibilelor
perturbații aceste valori varia ză în anumite intervale. Așadar, valoarea digitală 0 este reprezentată
de o valoare a tensiunii între -1.0 și 0.5 V iar valoarea digitală 1 reprezintă o un nivel de tensiune
situate între 0.9 și 5.0 V.

Figura 1.3 Semnalul de tensiune de pe o rețea CAN.
1.1.3. Parametrii fizici transmiși cu ajutorul magistalei CAN
Configurația cea mai uzuală de rețea CAN conține calculatorul de injecție al motorului ,
caluclatorul pentru transmisi a automat ă și ESP. Informațiile comunicate între acestea fac referire la
temperaturi, cuplu, turații și diverse stări ale diferitelor componente.
Informațiile aflate pe magistrala CAN se grupează în mesaje ce conțin unul sau mai mulți
parametrii. Un calculator de bord are capabilitatea de a transmite mai multe mesaje și simultan va
recepționa unul sau mai mulți parametrii. Parametrii ce se transmit se vor nota cu Tx (transmited)
iar cei ce se primesc cu Rx (received).

5
ECM TCU ESP
MesajParametriiMotor
– turațieMoto r Tx Rx
– cupluMotor Tx Rx Rx
– temperaturăMotor Tx Rx
MesajParametriiCutie
– temperaturăUlei Rx Tx
– treaptaCurentă Rx Tx
– stareAmbreiaj Rx Tx Rx
MesajParametriiESP
– activitateESP Rx Rx Tx
– vitezăAutomobil Rx Rx Tx

Tabelul 1.1 Parametrii fizici transmisi pe magistala CAN.
Calculatorul de injecție transmite pe CAN mesajul „Mesaj Parametrii Motor” ce conține cei
trei parametrii: turația motorului, cuplul motor ului dar și temperatura motorului. Calcul atorul
transmisiei automate va primi acești parametrii pe care îi va utilizeaza pentru realizarea controlul ui
închiderii și deschiderii ambreiajului. Astfel, calculatorul ESP va utiliza informaț ia cuplu lui motor
si va decide dacă il reduce numai în cazul în care autovehiculul pierde aderență.
Viteza autovehiculului e ste un parametru transmis de calculatorul ESP și se utilizează de
către motor pentru a controla viteza de croazieră, iar calculatorul transmisiei automate îl va utiliza
pentru a decide momentele de comutare a treptelor de viteză.
Protocolul de comunicație folosind magistrala CAN se utilizează și de către echipamentele
de diagnoză pentru a detecta erori generate de calculatoarele autovehiculului și pentru a transmite
semnale de ș tergere a unor parametrii. Folosirea magistralei CAN pentru ech ipamentele de
diagnoză se impune de către reglementări le OBD în vigoare.
1.1.4. Diagnoza unei rețele CAN
Codurile OBD (On-Board Diagnosis) pentru un defect de comunicație al rețelei sunt afișate
cu Uxxx . Pentru diagnostica rea unei rețele CAN, în plus față de codul de eroare obț inut, se va
utiliza un osciloscop pentru a vizualiza semnalele electric e de pe cele două fire (CAN_L și
CAN_H).

6
În cazul în care apare o perturbare a semnalelor pe cele două fire, sau dacă modul de emisie –
recepț ie este defect, fomele de undă de pe CAN (High și Low) vor fi anormale.
Figura 1.4 Forma corectă a semnalelor pe o magistrală CAN ( CAN -H, CAN -L).
Figura 1.5 Forma incorectă a semnalelor pe o magistrală CAN ( CAN -H, CAN -L).
Introducerea magistralei CAN si a protocolului de comunicați e CAN în industria
autovehiculelor a reprezentat o începutul dezvlotării electronicii in domeniul automobilelor și a
sistemelor de control mult mai complexe. Pro tocolul CAN este cel mai folosit însă nu singurul
utilizat la autovehicule, protocoale folosite în industrie mai sunt si LIN, FlexRay sau MOST .

7