Technika

Magistrala CAN – mózg współczesnego auta

Współczesny samochód wyposażony jest w szereg systemów bezpieczeństwa, komfortu i wsparcia kierowcy. Każdy z nich składa się z wielu czujników, siłowników, sterowników i innych elementów. Trzeba im wszystkim zapewnić zasilanie elektryczne, odbierać od nich sygnały, wysyłać polecenia i koordynować ich pracę. Dlatego w nowoczesnych autach stosuje się magistrale komputerowe CAN oraz wyspecjalizowane komputery, takie jak moduł komfortu. Co to jest moduł komfortu? Do czego potrzebna jest magistrala CAN? Jakim awariom ulegają samochodowe magistrale CAN i moduły komfortu?
CAN.jpg

Jeszcze w latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia po naszych drogach poruszały się benzyniaki, w których całe wyposażenie elektryczne składało się z rozrusznika, układu zapłonowego, czujnika ciśnienia oleju, czujnika temperatury cieczy, kilku innych i obrotomierza. Rozwój elektroniki jednak postępował – podzespoły były coraz mniejsze, coraz tańsze i coraz bardziej wydajne.

Silniki wyposażone w sterowniki elektroniczne pracowały o wiele bardziej efektywnie. Pojawiały się nowe wynalazki z dziedziny bezpieczeństwa – np. układ zapobiegający blokowaniu kół podczas hamowania ABS i poduszki powietrzne. Klienci pragnęli też większej przyjemności z korzystania z auta, zatem zaczęto w nich montować klimatyzacje, czy elektrycznie sterowane szyby i lusterka. We współczesnych czasach auta wyposaża się w zaawansowane systemy bezpieczeństwa (np. ESP i układ przeciw-zderzeniowy), zestawy multimedialne, elektrycznie sterowane fotele i wiele innych.

Gdyby wszystkie te urządzenia połączyć ze sobą zwykłymi przewodami elektrycznymi, stworzono by niemożliwą do ogarnięcia plątaninę. Poza tym urządzenia potrzebują różnej prędkości przesyłu danych – w przypadku systemów bezpieczeństwa i sterowania silnikiem, niezbędny jest bardzo szybki przesył, aby móc na bieżąco zmieniać parametry pracy niektórych podzespołów. W przypadku takich systemów jak elektrycznie sterowany szyberdach czy elektrycznie sterowane szyby, wystarcza zwykły, wolny przesył danych.

Dlatego w samochodach zaczęto stosować magistrale komputerowe CAN – odpowiednik sieci komputerowych, łączących komputery w firmach.

Magistrala CAN – co warto o niej wiedzieć? 

Pierwsza magistrala CAN została opracowana przez firmę Bosch w 1986 roku. Rok później firma Intel opracowała pierwszy kontroler do magistrali CAN. Pierwsza samochodowa magistrala CAN zadebiutowała w 1992 roku w luksusowym Mercedesie S W140.

Na początek odpowiedzmy sobie, czym jest magistrala komputerowa? To połączenie dwóch albo większej liczby urządzeń z układami mikroprocesorowymi, pozwalające na transmisję informacji i jej odpowiedni rozdział.

Jakie są zalety z zastosowania magistrali CAN w samochodach?

  • Uproszczenie konstrukcji (w przeciwnym razie w samochodzie znajdowały się kilometry przewodów)
  • Możliwość dostosowania szybkości przesyłu danych do konkretnych potrzeb poszczególnych urządzeń
  • Większa niezawodność – im mniej przewodów i połączeń, tym mniej problemów z ich awarią
  • Niższe koszty produkcji samochodów (mniej przewodów, mniej pracy przy ich układaniu, wystarczy tylko podłączyć magistralę do poszczególnych urządzeń)
  • Możliwość stosowania nowoczesnych metod diagnostyki komputerowej
  • Wyższa odporność na zakłócenia
  • Nieduże zmniejszenie wagi samochodu (o kilkanaście kilogramów)
  • Możliwość zastosowania wielu czujników, sterowników, siłowników i mikrokomputerów w aucie

Każde urządzenie działające w sieci CAN jest zasilane elektrycznie (przewodem plus i masowym) i jest podłączone do sieci za pomocą linii przesyłowej CAN – dwóch skręconych przewodów elektrycznych, z przeciwstawnym napięciem, w których przesył realizowany jest metodą różnicową.

Przesył realizowany jest z określoną prędkością, dostosowaną do potrzeb poszczególnych urządzeń.

  • Do 10 kb/s – tyle wystarczy w przypadku elektrycznie sterowanych foteli, elektrycznie sterowanych lusterek, szyb albo centralnego zamka
  • Do 40 kb/s – w przypadku klimatyzacji
  • Od 250 kb/s do 1 Mb/s – taka prędkość przesyłu danych jest niezbędna w przypadku urządzeń, wymagających przesyłu informacji w czasie rzeczywistym i natychmiastowej reakcji na nie. Przykładem może być układ ABS, zbierający stale informacje z czujników prędkości obrotowej na każdym kole. W razie wykrycia poślizgu, układ koryguje działanie kół za pomocą odpowiedniego wpływu na układ hamulcowy.

Drugi przykład to sterownik silnika, który w ciągu ułamków sekundy zbiera dane z szeregu czujników (między innymi położenia pedału gazu, temperatury, przepływomierza powietrza, sondy lambda itd.) i na ich podstawie koryguje dawki wtrysku paliwa.

  • Od 100 kb/s do 1 Mb/s – w urządzeniach multimedialnych

Główny komputer sterujący oraz komputery i sterowniki odpowiedzialne za działanie poszczególnych układów (jak. sterownik systemu ESP lub samego ABS) odbierają sygnały z czujników, sterowników itd. jak również wysyłają do nich swoje polecenia. Wszystkie urządzenia podłączone są do jednej magistrali.


Skąd urządzenia „wiedzą”, że dany sygnał jest wysyłany z takiego a nie innego czujnika? Skąd „wiedzą”, że dany parametr regulacyjny jest skierowany właśnie do nich, a nie do innego podzespołu?

Każde urządzenie podłączone do magistrali CAN w samochodzie posiada swój własny, mały sterownik. To prosty lub bardziej rozbudowany komputer, w zależności od pełnionej funkcji. Każdy ze sterowników posiada swój własny identyfikator.

Informacje pomiędzy urządzeniami, podłączonymi do magistrali CAN, przesyłane są za pomocą komunikatów, które powstają wedle określonego wzoru. Wszystko odbywa się oczywiście, jak w standardowym komputerze, za pomocą kodu zero jedynkowego (zero – brak impulsu, jeden – impuls elektryczny, w określonym odcinku czasu).

Jak zbudowany jest komunikat, przesyłany w magistrali CAN?

  • Pole startowe (start of frame)
  • Pole statusu (identifier)– określa, jaki priorytet ma dana informacja
  • Pole kontrolne (control field) – określa budowę całego komunikatu
  • Pole danych (data field) – przesyła do 64 bitów informacji
  • Pole zabezpieczenia CRC (cyclic redundancy check field) – przesyła do 16 bitów informacji niezbędnych do kontroli ewentualnych zakłóceń transmisji
  • Pole potwierdzenia ACK (acknowledge field) – służy do potwierdzenia odebrania komunikatu
  • Pole końcowe EOF (end of frame)

W samochodach stosuje się też różne rodzaje połączeń magistrali CAN z komputerem i sterownikami (nazywane jest to architekturą systemu) np. w formie pierścienia, albo jednej linii.

Teraz, kiedy wiemy, jak jest zbudowana i jak działa magistrala CAN w samochodzie, możemy sprawdzić, czym jest komputer komfortu.

Komputer komfortu (moduł komfortu) – co to jest i do czego służy? 

W samochodach z prostszym wyposażeniem stosuje się jeden, główny komputer sterujący, połączony ze sterownikami poszczególnych układów za pomocą magistrali CAN. Ale współczesne auta, zwłaszcza premium, są wyposażane w coraz więcej systemów. Dlatego stosuje się bardziej rozbudowaną architekturę, w której występuje kilka głównych komputerów, odpowiedzialnych za działanie określonych układów.

Komputer komfortu (moduł komfortu) odpowiada za sterowania takimi przykładowymi układami, jak:

  • Klimatyzacja automatyczna
  • Nawigacja
  • Radio, odtwarzacz CD i MP3, głośniki
  • Lokalizator GPS
  • Elektrycznie sterowane szyby
  • Elektrycznie sterowane lusterka
  • Elektrycznie sterowane fotele
  • Elektrycznie sterowany szyberdach
  • Centralny zamek
  • Alarm antykradzieżowy i antynapadowy
  • Oświetlenie wnętrza samochodu
  • Dostęp bezkluczykowy
  • Otwieranie bagażnika za pomocą gestu
  • Czujnik deszczu
  • Panele wskaźników, przycisków, pokręteł i wyświetlaczy jedno i wielokolorowych

...i wielu innych, zależnych od wyposażenia danego auta. Komunikacja pomiędzy określonymi sterownikami (np. sterownikiem elektrycznie sterowanych szyb czy też sterownikiem klimatyzacji) odbywa się za pomocą magistrali CAN, z różną prędkością (o czym wspomnieliśmy wcześniej).

Komputer komfortu jest fabrycznie zakodowany posiada odpowiednie dla danej wersji auta funkcje. Jeśli mechanik dysponuje komputerem diagnostycznym i kodami, może poszerzyć listę funkcji komputera komfortu dla danego samochodu.

Komputer komfortu ma najczęściej postać skrzyneczki z tworzywa sztucznego, w której znajduje się komputer, połączonej magistralą ze sterownikami. Producenci stosują różne miejsca montażu komputera komfortu, ale najczęściej montuje się go pod tablicą zegarów, albo pod deską rozdzielczą po stronie pasażera. W autach grupy VW znajduje się on pod nogami kierowcy. W wielu autach można go też znaleźć przy skrzynce z bezpiecznikami, zamontowanej pod deską rozdzielczą.

Awarie komputera komfortu (modułu komfortu) i awarie magistrali CAN 

Komputer komfortu i magistrala danych nie mają lekkiego życia w samochodzie. Są narażone na wstrząsy podczas jazdy po nierównościach, drgania (generowane między innymi przez silnik), wilgoć i bardzo duże wahania temperatury.  Do tego dochodzą jeszcze czynniki związane z nieumiejętnym montażem – na przykład zastosowanie niefabrycznego radia może uszkodzić magistralę CAN.

W niektórych autach mogą być to dodatkowo błędy ze strony producenta samochodu, jak słabe zabezpieczenie magistrali i komputera komfortu przed wpływem wilgoci, czego przykładem może być Peugeot 307. Awaria magistrali w tym aucie jest typowym uszkodzeniem, przez co kierowcy prewencyjnie wcześniej się przed nim zabezpieczają.

Jakie są objawy awarii komputera komfortu albo magistrali CAN, łączącej poszczególne sterowniki?

  • Okresowe wyłączanie niektórych układów (np. centralnego zamka albo klimatyzacji)
  • Nie działa jeden lub więcej układów, sterowanych przez moduł komfortu – problem najczęściej leży po stronie magistrali
  • Nie działa żaden układ podległy modułowi komfortu – problem najczęściej leży po stronie zasilania modułu
  • Narastanie awarii – w kolejnych dniach przestają działać kolejne układy
  • Informacje o nieistniejących awariach są wyświetlanie na ekranie komputera pokładowego

Co powoduje awarie modułu komfortu?

  • Długotrwałe odłączenie akumulatora
  • Uszkodzone zasilanie elektryczne modułu komfortu
  • Przepalony bezpiecznik odpowiedzialny za zasilanie modułu komfortu
  • Zawilgocony moduł komfortu na skutek złego zabezpieczenia go przez wilgocią
  • Skoki napięcia w instalacji elektrycznej

Jeśli rozwiązanie żadnego z wymienionych wyżej problemów nie pomaga, fachowcy rozbierają moduł komfortu. Co mogło zepsuć się w jego wnętrzu?

  • Doszło do punktowych wypaleń elementów elektrycznych i elektronicznych
  • Pojawiły się uszkodzenia elementów elektrycznych i elektronicznych
  • Zawilgotniała płyta główna komputera
  • Pojawiły się zimne luty – uszkodzenia połączeń lutowanych na skutek drgań

Awarie magistrali CAN – jakie problemy mogą wiązać się z samą magistralą?

  • Zwarcia – do masy, do plusa, z magistrali o wysokiej przepustowości do magistrali o niskiej przepustowości
  • Mechaniczne przerwanie przewodów
  • Awarie rezystora obciążenia
  • Za małe napięcie zasilania

Awarie poszczególnych sterowników, podlegających komputerowi komfortu

Fachowiec musi sprawdzić też wszystkie sterowniki poszczególnych układów, gdyż to one (i ich elementy składowe) mogą być przyczyną awarii. Powodem awarii może być zła współpraca pomiędzy poszczególnymi sterownikami

Jak fachowcy sprawdzają stan komputera komfortu i magistrali CAN?

  • Zaczynają od sprawdzenia, które funkcje, podlegające komputerowi komfortu nie działają
  • Niezbędny jest dostęp do informacji technicznej producenta auta, aby sprawdzić, gdzie mieści się komputer komfortu, jak przebiega magistrala CAN, gdzie są rozmieszczone przewody, jakie sterowniki są podłączone do magistrali i gdzie się znajdują
  • Sprawdzają podstawowe, możliwe uszkodzenia – brak zasilania, przepalone bezpieczniki, fizyczne uszkodzenie przewodów
  • Odczytują kody zapisanych błędów przy pomocy komputera diagnostycznego
  • Dokonują testów urządzeń wykonawczych (np. silnika elektrycznego, napędzającego mechanizm opuszczania i podnoszenia elektrycznie sterowanej szyby)
  • Przy pomocy oscyloskopu kontrolują sygnały na magistrali CAN
  • Kontrolują poziom napięcia elektrycznego
  • Sprawdzają po kolei wszystkie sterowniki
  • Mierzą rezystancję przewodów i zakończenia szyn

Jeśli powodem awarii jest komputer komfortu, wymontowuje się go i poddaje dokładnemu badaniu

  • Sprawdza się zasilanie
  • Kontroluje ewentualny stopień zawilgocenia
  • Sprawdza poprawność wszystkich połączeń elektrycznych
  • Kontroluje ścieżki lutów pod kątem możliwych uszkodzeń
  • Sprawdza się punktowe wypalenia i uszkodzenia elementów elektrycznych i elektronicznych

Niezbędne są przy tym dokładne pomiary elektryczne.

Komputer komfortu można naprawić, albo wymienić na nowy, jeśli jego naprawa jest niemożliwa albo nieopłacalna.

Naprawa modułu komfortu i magistrali CAN to czynność wymagająca odpowiedniej wiedzy, posiadania dobrego sprzętu do diagnostyki (komputer diagnostyczny, oscyloskop, mierniki elektryczne itd.). A także dostępu do informacji technicznej producenta. Dlatego takiej naprawy może podjąć się tylko prawdziwy fachowiec.

Ile kosztuje naprawa magistrali CAN? 

Wymiana uszkodzonych elementów magistrali wraz z kodowaniem kosztuje od 300 do 400 zł. Do tego dochodzi koszt części. Jest on zależny od samochodu i jego przynależności do określonego autosegmentu. Nowa magistrala do popularnego auta z autosegmentu B lub C kosztuje ok. 500 zł. W przypadku aut klasy wyższej – znacznie drożej. Niestety, trzeba też liczyć się z problemami z dostępnością do nowych części. W ASO są one dostępne, ale za to bardzo drogie.

Pojedyncze elementy elektroniczne, stosowane w modułach komfortu  nie są drogie – ich ceny zaczynają się od kilku złotych.

Jeśli w Twoim samochodzie pojawiają się problemy z działaniem któregoś z układów wyposażenia kabiny, centralnego zamka, klimatyzacji albo multimediów – na Motointegrator.com znajdziesz fachowców w swojej okolicy, którzy pomogą Ci usunąć uszkodzenie.

Artykuły powiązane