Magistrala CAN – co to jest? Mózg współczesnego auta

Spis treści:

1. Magistrala CAN – co to jest i co warto o niej wiedzieć?
2. Komputer komfortu (moduł komfortu) – co to jest i do czego służy?
3. Awarie komputera komfortu (modułu komfortu) i awarie magistrali CAN
4. Jak fachowcy sprawdzają stan komputera komfortu i magistrali CAN?
5. Ile kosztuje naprawa magistrali CAN?

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 przeciwzderzeniowy), zestawy multimedialne, elektrycznie sterowane fotele i wiele innych.

Przeczytaj także: Stacja multimedialna do samochodu. Co może oferować, jak ją zamontować?

Gdyby wszystkie te urządzenia połączyć ze sobą zwykłymi przewodami elektrycznymi, stworzonoby 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 w samochodzie otworzyła nowe możliwości dla wielu systemów — nie tylko tych wpływających na bezpieczeństwo i prowadzenie samochodu, ale i na komfort. Choć początkowo szyna CAN była obecna głównie w autach luksusowych, dziś jest powszechnie stosowana nawet w niewielkich autach miejskich.

Magistrala CAN – co to jest i co warto o niej wiedzieć? 

Pierwsza magistrala CAN (ang. Controller Area Networ) 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? Sieć CAN w samochodzie to połączenie dwóch albo większej liczby urządzeń z układami mikroprocesorowymi, pozwalające na transmisję informacji i jej odpowiedni rozdział. Magistrala CAN łączy ze sobą wszystkie jednostki sterujące (ECU), co sprzyja ich integracji i eliminuje wiele problemów wynikających z oddzielnego połączenia komponentów. Jednocześnie ułatwia diagnostykę samochodu — w autach po 2000 roku dzięki gniazdku ODBII każdy użytkownik jest w stanie sczytać kody błędów za pomocą niedrogiego interfejsu diagnostycznego. Gdyby nie szyna CAN, byłoby to znacznie trudniejsze.

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.

Maksymalna prędkość, jaką zapewnia magistrala CAN w samochodzie, to ok. 1 Mb/s na 40 m dwuprzewodowej skrętki (CAN high i CAN low). Przy 250 metrach kabla prędkość spada do 250 kbit/s. Co ciekawe, przed upowszechnieniem się magistrali CAN w samochodach luksusowych długość zastosowanych przewodów wynosiła nawet przeszło 3 km. Takie nagromadzenie kabli ważyło aż 50 kg.

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). Każda informacja przesyłana magistralą CAN ma określony priorytet, dlatego w pierwszej kolejności obsługiwane są najważniejsze węzły. Nie ma więc ryzyka, że dwa równocześnie działające węzły wejdą ze sobą w konflikt.

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 sieć 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. Współczesne auta, zwłaszcza premium, są wyposażane w coraz więcej systemów. Dlatego też 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). Wielu kierowców dowiaduje się, co to jest magistrala CAN dopiero wtedy, gdy psuje się moduł komfortu.

Polecamy artykuł: Akcesoria dla kierowcy: które warto kupić, a które są zbędne?

Komputer komfortu jest fabrycznie zakodowany i posiada odpowiednie dla danej wersji auta funkcje. Jeśli mechanik dysponuje komputerem diagnostycznym i kodami, może poszerzyć listę funkcji komputera komfortu dla danego samochodu. Wiele z tych modyfikacji można wykonać samemu, przy pomocy darmowych aplikacji na smartfona oraz kompatybilnych interfejsów diagnostycznych. Najprostsze modele interfejsów można kupić już za ok. 20-40 zł, jednak warto się upewnić, że pasują do danego modelu. Sieć CAN w samochodzie może się różnić w zależności od rocznika auta czy wersji wyposażeniowej.

Moduł 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.

Znajdź warsztaty wykonujące usługę diagnostyki komputerowej w swojej okolicy:

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. Naprawa magistrali CAN wymaga sporej wiedzy technicznej oraz dostępu do dedykowanych programów diagnostycznych.

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. Niestety, za uszkodzenia modułu komfortu odpowiedzialność czasem ponoszą też kierowcy próbujący samodzielnie modyfikować parametry poszczególnych sterowników. Niektórzy z nich nawet nie wiedzą, co to jest magistrala CAN, nie wspominając o jej naprawie. Konflikty w magistrali CAN mogą też wywołać niefabryczne, akcesoryjne urządzenia wpięte w sieć elektryczną, np. podgrzewane maty foteli, kamera cofania czy zestaw multimedialny.

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 lub nieopłacalna. Naprawa magistrali CAN i modułu komfortu 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. 

Polecamy również: Dodatkowe oświetlenie kabiny samochodu — czemu warto je rozważyć?

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 sieć CAN w samochodzie 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.

Zastosowanie sieci CAN w samochodzie osobowym pozwoliło ograniczyć liczbę przewodów i dało konstruktorom nowe możliwości. Choć magistrala CAN w gruncie rzeczy uprościła konstrukcję elektryki samochodowej i uczyniła ją bardziej niezawodną, naprawa magistrali CAN nie należy do najłatwiejszych. Niestety, nie zawsze da się usunąć usterkę w przyzwoitym, ale niedostatecznie wyposażonym warsztacie. Takie zadanie najlepiej powierzyć doświadczonemu elektromechanikowi, specjalizującemu się układach elektrycznych — mówi ekspert Motointegrator.com

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. Gdy już wiesz, jak działa magistrala CAN, co to jest moduł komfortu i jakie urządzenia komunikują się przez tę sieć, wychwycenie problemów stanie się dla Ciebie prostsze.