Коммуникационная сеть: описание и работа Ford S-MAX I

Автомобили, выпущенные до 16.09.2010

Автомобили, выпущенные после 16.09.2010

Элементы сети В зависимости от варианта оснащения автомобиля применяются две системы шин передачи данных:

• Шина шина CAN (CAN)
• Шина шина LIN (LIN)

По причине увеличившегося количества модулей и, тем самым, постоянно возрастающего потока передачи данных используются три различные системы шин CAN. Основное отличие этих шин заключается в различной скорости передачи данных или областях применения. Чтобы иметь возможность различать отдельные системы шин CAN, системы шин с высокой скоростью передачи данных обозначают как высокоскоростные (HS) шины CAN, а системы шин с пониженной скоростью передачи данных - как среднескоростные (MS) шины CAN или мультимедийные (ММ) шины CAN. Эти шины работают с более низкой скоростью и служат в основном для связи в области комфортной электроники или в мультимедийной системе. Чтобы обеспечить обмен данным между шиной HS-CAN, шиной MS-CAN и шиной MМ-CAN, используются два интерфейса (шлюза). Они служат для обеспечения связи между тремя системами шин передачи данных CAN и установлены соответственно в GEM и электронный щиток приборов.

Количество модулей, подсоединенных к трем системам шин передачи данных CAN, зависит от варианта оснащения автомобиля.

Шина шина CAN (CAN) Общие сведения

Раньше для каждой команды и каждого сообщения требовался отдельный провод. За счет применения сетей функциональность может быть увеличена без дополнительных проводов.

Потребность в увеличении количества функций автомобиля в соответствии с требованиями законодательства или по желаниям клиентов ведет к увеличению сложности систем автомобиля.

В стремлении добиться большей гибкости электрических систем была разработана шина шина CAN (CAN). Она позволяет осуществлять передачу и прием множества различных управляющих команд и сообщений по такой же системе проводки.

Количество управляющих команд и сообщений, которые может обработать сеть, зависит от таких факторов, как скорость передачи данных и длина сообщений. Сеть модели SMAX / Galaxy Netzwerk, которая базируется на шине шина CAN (CAN), может передавать свыше 500 различных сигналов и около 100 сообщений. Эти сообщения обозначаются как блоки передачи данных и могут содержать в себе несколько сигналов.

Преимущества сети Простая интеграция дополнительных функций и вспомогательного оборудования

Так как модули управления в сети уже связаны друг с другом и могут без проблем принимать дальнейшую информацию, требуется лишь выполнение следующих шагов:

• подключение датчиков к ближайшему модулю управления
• подключение управляемого элемента к ближайшему модулю управления
• настройка конфигурации модуля путем загрузки программного обеспечения

За счет этого меньше, чем раньше, становятся длина проводов и количество элементов.

В качестве примера можно назвать интеграцию системы регулирования скорости.

До внедрения сети передачи данных для этого необходимо было устанавливать модули управления, переключатели, вакуумные насосы, вакуумные исполнительные механизмы, шланги и жгуты электропроводки.

Вместе с сетью требуется лишь один переключатель и программное обеспечение для настройки конфигурации автомобиля.

Более легкое введение логических функций

Логические функции подразумевают, что в ответ на определенные события должны следовать определенные действия. Система, например, запрограммирована таким образом, что при выходе из строя заднего фонаря по шине CAN на электронный щиток приборов передается сообщение, чтобы предупредить водителя.

Для введения логической функции требуется только перепрограммировать соответствующие модули управления, в вышеуказанном случае - многофункциональный электронный модуль (GEM) и электронный щиток приборов. Количество элементов и проводов остается одинаковым.

Простое согласование систем с требованиями клиентов и рынков

Функции автомобиля можно настроить в соответствии с требованиями клиентов и рынка, например, в случае с задними противотуманными фонарями. В некоторых странах используются два задних противотуманных фонаря, в других, напротив, только один фонарь со стороны водителя. Раньше для разных рынков необходимо было держать наготове разные запасные части. Сейчас для всех рынков достаточно одной запасной части, которая программируется в соответствии с требованиями рынка.

Использование схожих основных систем для целых семейств автомобилей

Схожие сети (аппаратное обеспечение) могут использоваться для целого ряда различных автомобилей.

Эти автомобили отличаются только:

• по отдельным элементам (модулям, датчикам, управляемым элементам и т.д.), которые подключены к системе
• по задаче элементов
• по определению элементов как стандартного/опционного/вспомогательного оборудования
• по конфигурации/программированию системы

Устройство сети Общие сведения

Сеть состоит из ряда модулей управления (также называемых узлами), которые соединены друг с другом по двум линиям обмена данными. Каждый модуль имеет свою собственную электрическую цепь питания и соединение на массу и получает сообщение/управляющие команды по обеим линиям обмена данными.

При разрыве одной электрической цепи модули находящиеся по ту сторону разрыва не могут обмениваться данными с другими элементами сети.

Зоны сети с высокой и низкой скоростью передачи данных Сеть состоит из двух частей. Зона с высокой скоростью передачи данных (шина HS CAN) передает сигналы и сообщения между многофункциональным электронным модулем (GEM) и модулями управления, которые преимущественно находятся в моторном отделении. Зона с более низкой скоростью передачи данных (шина MS/MM CAN) передает сигналы и сообщения между многофункциональным электронным модулем (GEM) и модулями управления в салоне и в багажном отделении.

Многофункциональный электронный модуль (GEM) представляет собой устройство сопряжения (интерфейс) между обеими зонами и увеличивает или уменьшает скорость передачи данных, чтобы обе зоны сети могли обмениваться информацией друг с другом.

Скорости передачи данных Шина шина CAN (CAN) имеет две скорости передачи данных.

• Шина HS CAN (высокая скорость передачи данных) имеет скорость передачи данных 500 кбит/с.
• Шина MS/MM CAN (низкая скорость передачи данных) имеет скорость передачи данных 125 кбит/с. 1 кбит/с = 1024 бит в секунду (1 байт = 8 бит).

Нагрузочный резистор Чтобы избежать отражений и помех в сети шины CAN, на обоих концах шины CAN находятся нагрузочные резисторы для создания перемычки. Сопротивление каждого нагрузочного резистора составляет 120 Ом.

• Нагрузочный резистор шины HS CAN установлен в многофункциональном электронном модуле (GEM) и модуле управления силовым агрегатом (PCM).
• Нагрузочный резистор шины MS/MM CAN установлен в многофункциональном электронном модуле (GEM) и в электронном щитке приборов.

Оба резистора образуют параллельное соединение. Значения сопротивления следующие:

• При исправной шине CAN сопротивление в обеих зонах сети составляет около 60 Ом.
• При коротком замыкании между линиями обмена данными сопротивление составляет около 0 Ом.

Стандарт для шины шина CAN (CAN) Общие сведения

Шина CAN является стандартизированной системой для мультиплексного обмена данными. Это означает, что несколько модулей управления могут использовать для обмена данными одни и те же линии и при этом сигналы не будут создавать помех друг другу.

Стандарт для шины шина CAN (CAN) регламентирует следующее:

• Использование двух линий (CAN H и CAN L)
• Уровни напряжения
• Структуру сообщений
• Обращение с ошибками передачи данных

Линии CAN H и CAN L Линии CAN H и CAN L не следует путать со скоростями передачи данных шины HS CAN и шиной HS CAN. Линии CAN H и CAN L являются путем, по которому внутри мультиплексной системы обмена данными передаются сигналы.

Обмен данными осуществляется по двум отдельным витым парам с различными напряжениями. За счет этого сеть меньше подвержена помехам.

Одно и то же сообщение одновременно передается обеими линиями, но с различными напряжениями.

• Двоичный сигнал 0 = 2.5 В по CAN H и также по CAN L
• Двоичный сигнал 1 = 4 В по CAN H и 1 В по CAN L

Среднее напряжение между линией CAN L и массой составляет около 2.3 В, между линией CAN H и массой - около 2.8 В.

Измеренные значения соответствуют "нормальному" обмену данными в CAN, т.е. при отсутствии неисправности, на основании которой модули отправляют сообщения о неисправности.

Сообщения в CAN

Сообщение состоит из следующих частей:

• кода опознавания ("Идентификатор"), который дает сведения об идентификации и приоритете сообщения
• информационных данных (значение, информация и т.д.)
• общей суммы для проверки, правильно ли поступило сообщение
• конечного сигнала, который обозначает конец сообщения

Полное сообщение CAN обозначается как рамка сигнала.

Приоритет В сети могут возникнуть конфликты, если несколько модулей попытаются одновременно передать сообщения. Это может быть, например, в случае, когда водитель тормозит, передний пассажир одновременно с этим изменяет настройку системы кондиционирования, а пассажир на заднем сиденье включает электрические стеклоподъемники. Чтобы обеспечить надежную работу, сообщения должны иметь разный приоритет. Кроме того, задержки, которые возникают вследствие определения приоритета, должны удерживаться в таких пределах, чтобы клиент по возможности вообще ничего не заметил.

Чтобы избежать конфликтов и задержек и обеспечить безупречное функционирование, существует установленная последовательность сообщений.

Приоритет сообщения определяется по количеству нулей в начале сообщения: чем больше нулей, тем выше приоритет.

Определение приоритета происходит следующим образом:

• При доступной сети все модули, которые должны передать сообщение, посылают первый бит своего сообщения.
• Все модули регистрируют передаваемые по сети сигналы.
• Если один из модулей отправил ноль, модули которые отправили единицу ждут, пока сеть снова станет доступна.
• Модули с нулем оправляют второй бит своего сообщения.
• Если один из модулей отправил ноль в качестве второго бита, модули с единицей ждут, пока сеть снова станет доступна и т.д.

Сообщение с самым высоким приоритетом, т.е. с наибольшим количеством нулей в начале, отправляется первым.

Конец сообщения состоит из семи нулей. Таким образом модули распознают, что сеть снова свободна и что они могут отправлять новые сообщения в соответствии с их приоритетом.

Два типа сообщений Существует два типа сообщений в системе:

• Периодические сообщения отправляются регулярно и передают мгновенный статус параметра. Они используются для информации, которая часто меняется, например, сигналы скорости.
• Сообщения, связанные с событиями, отправляются только, если выполнены определенные условия. Они используются для информации, которая поступает реже, например, открытие или закрытие окна.

Сообщения могут содержать в себе бит обновления, по которому определяется, насколько "новым" является сообщение.

Система исходит из того, что сообщения поступают на приемный модуль, и сигналы подтверждения приема не отправляются. Ответы отправляются только на прямые вопросы других модулей.

С другой стороны приемный модуль "знает", как часто он должен получать определенное сообщение о статусе. Если сообщение не поступает, приемный модуль может запустить программу аварийной работы и/или сохранить код неисправности (DTC)

Совместимость Модули должны общаться на одном языке и быть совместимыми друг с другом. Поэтому применяется стандартизированный протокол обмена данными.

Язык модулей содержится в конфигурации сигнала. Если конфигурация сигнала одного модуля не соответствует конфигурации других модулей, модуль может не отвечать на запросы. Поэтому все модули должны иметь совместимую конфигурацию сигнала.

Чтобы проверить это, многофункциональный электронный модуль (GEM) посылает по шине CAN идентификационный номер конфигурации своего сигнала. Другие модули сравнивают этот номер со своим собственным номером. Если идентификация не совпадает, модуль сохраняет в памяти код неисправности (DTC). Конфигурация сигнала меняется в случайном порядке, чтобы можно было добавлять новые сообщения и удалять старые.

Конфигурация При настройке конфигурации системы загружается следующая информация:

• тип содержащихся модулей управления (например, многофункциональный электронный модуль (GEM)) - распределение задач для отдельных модулей (например, это модуль двери водителя)
• содержащиеся функции (например, функция сигнализации, Вкл или Выкл)
• подключенные элементы (например, датчик наклона для функции сигнализации, актуальный или нет)
• исходящие и входящие сообщения для каждого модуля
• места хранения различных данных

Конфигурация должна быть настроена в соответствии с установленным оборудованием и должна быть загружена снова при замене модуля. Настройка и загрузка осуществляются при помощи диагностического прибора.

Обращение с неисправностями в CAN Общие сведения

Шина шина CAN (CAN) контролируется многофункциональным электронным модулем (GEM). Если GEM обнаруживает неисправность в шине CAN, в нем сохраняется код неисправности (DTC). В зависимости от типа неисправности существуют различные виды кодов расшифровка кода ошибки:

• отсутствие связи с модулем
• связь со сбоями

Отсутствие связи с модулем Многофункциональный электронный модуль (GEM) знает, какие модули находятся в CAN и проверяет, все ли модули отвечают на запросы. Если модуль не отвечает на запрос, GEM сохраняет в памяти код неисправности (DTC). Для каждого модуля существует код неисправности (DTC).

Связь со сбоями Когда CAN находится в работе, многофункциональный электронный модуль (GEM) постоянно контролирует поток информации в сети. Если GEM определяет, что связь по шине CAN по какой-либо причине прервана, он может сохранить в памяти код неисправности (DTC). GEM имеет коды неисправности для всех элементов шины CAN (соответственно по одному коду для шины HS CAN и для шины MS/MM CAN).

За исключением GEM, который знает только один тип расшифровка кода ошибки, каждый модуль имеет два вида кодов расшифровка кода ошибки по отношению к связи со сбоями. В их числе:

• неправильные сообщения
• неправильная конфигурация

Так как GEM является главным модулем в сети, у него нет кода расшифровка кода ошибки для неправильной конфигурации.

Неправильные сообщения

Модули управления постоянно контролируют поток информации в CAN. Если модуль получает сообщение, которое он не может интерпретировать, он посылает по шине CAN сообщение о неисправности. Модули также имеют функцию распознавания самопродуцированных неправильных сообщений. За счет этого в шине CAN сдерживаются помехи. Если в сети возникают серьезные помехи, модули, которые не могут обмениваться информацией должным образом, могут самостоятельно отключиться. Это состояние обозначается как "Шина передачи данных выключена" и модуль больше не может отправлять или принимать информацию.

Чтобы автомобиль внезапно не остановился или чтобы функции полностью не вышли из строя при возникновении сбоя в шине CAN, определенные модули имеют функцию аварийной работы. Это означает, что модули, отвечающие за езду и безопасность (например, модуль управления силовым агрегатом (PCM) или модуль управления коробкой передач (ТСМ)), поддерживают ограниченную функциональность на основе заданных или расчетных данных. Если, например, прерывается обмен данными с модулем управления коробкой передач (ТСМ), коробка передач использует заданную передачу, чтобы клиент мог, по крайней мере, доехать до сервисной станции. Модуль находится в режиме "Шина передачи данных выключена", пока не будет отключено питание модуля. При восстановлении питания модуль пытается восстановить обмен данными.

Неправильная конфигурация

Внутри сообщений, которые GEM отправляет на другие модули, он передает идентификационный номер конфигурации. Чтобы модули в CAN могли обмениваться друг с другом данными, они должны иметь одинаковые идентификационные номера конфигурации, так как модуль принимает во внимание только те сообщения, в которых содержится его собственный идентификационный номер конфигурации. Если конфигурация сигнала модуля не соответствует конфигурации сигнала GEM, модуль с неправильной конфигурацией сохраняет в памяти код неисправности (DTC).

Шина шина LIN (LIN) Шина LIN (шина LIN) является стандартом экономичной связи между интеллектуальными датчиками и исполнительными устройствами автомобиля. LIN повсеместно применяется там, где не требуется диапазон и универсальность шины CAN.

Спецификация LIN содержит в себе протокол LIN – единый формат для описания общей сети LIN и интерфейс между LIN и приложением.

LIN состоит из задающего модуля LIN и одного или нескольких исполнительных модулей LIN.

Для управления доступом к шине LIN использует принцип "Задающий модуль-Исполнительный модуль (Master-Slave)". Решающее преимущество этого принципа заключается в том, что в исполнительном модуле для работы с шиной требуются незначительные ресурсы (производительность центрального процессора, ROM, RAM). Задающий модуль реализуется в управляющем модуле или шлюзе, которые имеют необходимые для этого ресурсы. Любая связь инициируется задающим модулем. Поэтому сообщение всегда состоит из заголовка, который создает задающий модуль, и ответа исполнительного модуля.

Скорость передачи данных составляет до 20 Кбит/с.

Задающее устройство LIN располагает информацией о временной последовательности всех передаваемых данных. Эти данные передаются от соответствующего исполнительного модуля LIN (например, от ультразвуковых датчиков), если их запрашивают у задающего устройства LIN.

LIN является однопроводной шиной, т.е. данные передаются только по одной жиле кабеля. Обычно по этому же кабелю подается питающее напряжение. Масса питающего напряжения является одновременно массой линии передачи данных. В LIN не применяются нагрузочные резисторы.