Warum CAN-Bus?Elektronische Systeme im Kfz haben in den letzten Jahrzehnten rasant zugenommen. Es gibt inzwischen einen großen Anteil an Elektronik und dafür weniger Mechanik. Dies wird auch durch den vor wenigen Jahren geschaffenen Beruf des Kfz-Mechatronikers ausgedrückt, der den bisherigen Kfz-Mechaniker abgelöst hatte. Ständig steigende Anforderungen an Fahrsicherheit, Abgasverhalten und Kraftstoffverbrauch erfordern einen zunehmenden Austausch von Informationen zwischen den Steuergeräten bzw. eine immer umfassendere Zentralelektronik. etoro copytrader erfahrungen
CAN Bus ganz einfach!Das Handbuch wurde für Einsteiger in die CAN-Bus Technik entwickelt. Es beschreibt auf einfache Art nur die notwendigsten Begriffe und Testmöglichkeiten an einem CAN-Bus incl. Fehlersuchstrategie.Ideal als Begleitheft zu bestehenden Schulungen in der Ausbildung geeignet.
Format: DIN A4, über 69 farbige Abbildungen, ca. 52 Seiten Preis: 17,80 Euro +Versand/Porto Der CAN-BusDa bei einer herkömmlichen Verkabelung für jede Information je eine Leitung benötigt wird, steigt mit zunehmendem Funktionsumfang der Kfz-Elektronik die Länge und das Gewicht des Kabelbaumes sowie die Anschlüsse an den Steuergeräten. Abhilfe schafft hier der CAN-Bus, der sämtliche Informationen über lediglich zwei Leitungen überträgt. Datenbusse, auch CAN (Controlled Area Network) genannt, verbinden bis zu 100 verschiedene Steuermechanismen miteinander, die unter der Motorhaube eines Wagens zusammenspielen. Einfach ausgedrückt können sich die angeschlossenen Steuergeräte über die Leitungen „unterhalten“ und gegenseitig Informationen austauschen. Beim Bus-System funktioniert die Datenübertragung ähnlich wie bei einer Telefonkonferenzschaltung. Im Kraftfahrzeug sind die einzelnen Steuergeräte miteinander vernetzt. Bei der Telefonkonferenz "spricht" ein Teilnehmer (Steuergerät) seine Informationen (Daten) in das Leitungsnetz hinein, während die anderen Teilnehmer diese Informationen "mithören" . Einige Teilnehmer finden diese Informationen interessant und werden sie nutzen. Andere Teilnehmer wiederum nicht. Dadurch können komplexe Systemfunktionen erreicht werden, wie z.B. bei Schaltvorgängen eines automatischen Getriebes. Der CAN ist ein 2-Draht-Bussystem (Twisted Pair) und kann trotz des einfachen Aufbaus sehr große Netzwerke mit bis zu 100 Steuergeräten bilden. Die Datenübertragung erfolgt seriell in Datenpaketen, deren Aufbau standardisiert ist. Die Vorgänge bei der Übertragung, der Fehlersicherung, der Fehlerkorrektur und der Bestätigung sind genau festgelegt und in der CAN-Spezifikation (Bosch) beschrieben. Bussysteme ermöglichen eine deutliche Reduzierung von Kabeln und Steckern. Preis und Gewicht sinken dadurch. Es entsteht eine Erweiterte Kommunikationsfähigkeit, die durch eine einfache Verkabelung nicht möglich wäre. Durch Diagnosekomponenten ist eine ständige Kontrolle vorhanden. Ein Protokoll erkennt Übertragungsfehler, die zum Beispiel aufgrund elektromagnetischer Einstrahlung entstehen können, und korrigiert sie automatisch durch Sendewiederholung. Sicherheit ist somit auch durch Redundanz gegeben. Modularisierung z.B. von Steuergeräten senkt ebenfalls den Preis, da Steuergeräte häufig nur entsprechend programmiert werden müssen. In zunehmendem Umfang werden inzwischen auch Sensoren (z.B. Lenkwinkelsensor) und Aktoren (z.B. Wischermotor VW) mit Prozessoren ausgerüstet, um die Daten aufzubereiten. Wenn die Daten solcher intelligenter Komponenten direkt auf das Bussystem gelangen, belasten sie die Steuergeräte nicht mit der Weiterleitung. Im Diagnosebereich wird der CAN-Bus für die Übermittlung der Zustände und Fehlerspeicher genutzt, sowie für die Flash-Programmierung der Steuergeräte. Die Vorteile der linearen CAN-Bus-Topologie auf einen Blick: kleinerer Kabelbaum, der Verkabelungsaufwand ist gering Als Übertragungsmedium dient eine preiswerte und einfach zu handhabende verdrillte Zweidrahtleitung. Sensoren mehrfach nutzbar CAN-Stationen können nachträglich relativ einfach in den bestehenden CAN-Bus eingefügt und entfernt werden. Es muss lediglich die Verbindung zur Busleitung hergestellt bzw. getrennt werden. Dieser Aspekt spielt besonders bei der Fehlersuche und Reparatur ein bedeutende Rolle Der Ausfall einer CAN-Station hat keine unmittelbaren Auswirkungen auf den CAN-Bus. Alle anderen Stationen können weiterhin uneingeschränkt kommunizieren. Die Nachteile dieser Bustopologie wirken sich wie folgt auf den CAN-Bus aus: Die Busleitung kann nicht beliebig lang ausgeführt werden, da die elektrischen Eigenschaften (z.B. Signalreflexionen) im Zusammenhang mit der Übertragungsgeschwindigkeit physikalische Grenzen setzen. Das Gleiche gilt auch für die Stichleitungen zu den Steuergeräten im Kfz. Je nach Übertragungsgeschwindigkeit dürfen sie eine bestimmte Länge nicht überschreiten. Um die Signalgüte zu optimieren, müssen die Enden der Busleitung mit Abschlusswiderständen "terminiert" werden. Besonders bei hohen Übertragungsgeschwindigkeiten kann ein nicht richtig terminiertes Kabelende den gesamten Bus funktionsunfähig machen. CAN wurde ab 1983 von Bosch auf Anforderung von Daimler-Benz und BMW als Automobilbus entwickelt. Grundlage hierfür war die Tatsache, dass ein Mittelklasse-Pkw über 600 verschiedene Kabelbaumtypen mit mehr als 2000 Metern Kabellänge und über 1987 Erster CAN Chip von INTEL seit 1989 Serienbausteine für den Einsatz im Fahrzeug Seit 1992 wird CAN in der Mercedes S-Klasse eingesetzt, später folgten auch andere Automobilhersteller. Mit der Zeit haben sich unterschiedliche Autobusprotokolle herausgebildet wie z. B. CAN, VAN, J1850, ABUS. VAN und ABUS-Protokolle sind inzwischen zugunsten von CAN aufgegeben worden. Seit 1994/95 ist CAN das am meisten verbreitete Protokoll für Automobilanwendungen. 2001 Auch bei Kleinwagen wird der CAN-Bus im Triebstrang und im Karosseriebereich eingesetzt. Aktuelle Kraftfahrzeuge vernetzen bereits eine große Zahl von Steuergeräten miteinander, die unterschiedliche Anforderungen mit sich bringen. Daher werden im Kfz mehrere CAN-Bussysteme verbaut. Diese unterscheiden sich vor allem in der Übertragungsgeschwindigkeit und werden in drei Klassen eingeteilt. < 10 kBit / s Diagnose (konventionell) Kfz mit CAN-Bus verfügen über ein ein Diagnosesystem. Solche Systeme lesen Fehlerspeicher aus und ermöglichen eine Stellglieddiagnose. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit ist nicht so wichtig, da die Daten nur gelegentlich in der Werkstatt zu Wartungs- und Diagnosezwecken ausgelesen werden. Der Diagnoseanschluss (auch K-Leitung und L-Leitung genannt) muss aber robust und fehlertolerant sein. Bei neueren Fahrzeugen wird die Diagnose direkt an der eigentlichen Busleitung (CAN C) durchgeführt. < 125 kBit / s Komfort, Display, Karosserie Über diesen (Low-Speed-CAN) Bus kommunizieren z.B. Steuergeräte für Beleuchtung, Klimaanlage, Verriegelung und Armaturen. Hier ist eine Übertragung wichtiger Daten bei nicht so hoher Geschwindigkeit wichtig (z.B. K-CAN, Karosserie-CAN, Komfort-CAN). Der Bus muss trotzdem ausfallsicher und robust sein. Daher arbeitet er im Kfz meist nach dem fehlertoleranten Standard ISO 11989-3. < 1 MBit / s Motor, Getriebe, Diagnose (Bus) An diesem (High-Speed-CAN) Bus sind z.B. die Steuergeräte für Motormanagement, Getriebe, ESP, ASR und ABS angeschlossen. Der Bus muss echtzeitfähig sein, d.h. die Datenübertragung darf sich durch den Bus nur extrem kurz verzögern. Mittlerweile ist auch eine Echtzeit-Diagnose über einen eigenen Diagnose-Bus möglich. Dieser Bus muss schnell sein, weil große Datenmengen in kurzer Zeit übertragen werden müssen. Im Kfz kommt meist der Standard ISO 11898-2 zum Einsatz. Die in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzten Komponenten stellen unterschiedliche Anforderungen an das eingesetzte Bussystem. Beispielsweise erfordert der Einsatz im Bereich des Motormanagements eine schnelle Datenübertragung, eine Klimaanlage hingegen muss nicht innerhalb von Sekundenbruchteilen auf Änderungen der Temperatur im Fahrgastraum reagieren. Hier können deutlich höhere Verzögerungszeiten in Kauf genommen werden. Zumeist werden verschiedene und unterschiedlich schnelle Bussysteme in einem Kfz eingesetzt. Der Antriebsbus (z.B. Powertrain-CAN) umfasst die Motor-, Getriebe- und Bremsen-Steuergeräte sowie weitere direkt damit zusammenhängende Sensoren/Aktoren. Er ist ein Highspeed-CAN. Über einen Komfort-CAN oder einen Karosserie-CAN laufen Komfortsysteme wie Fensterheber, Sitzmemory oder Reifendruck. Einfache Anwendungen wie Klimaanlage oder Wischersteuerung nutzen häufigen einen Eindraht-Bus (LIN). Im Infotainmentbereich werden auf Grund der großen Datenmengen MOST Busse mit Lichtwellenleitern eingesetzt. In einem oder auch mehreren zentralen Modulen (Gateways) laufen die Informationen zusammen und werden auf das jeweilige Bussystem "abgestimmt". Die Daten werden auch von einem ins andere CAN-System weitergeleitet. Gateways können für Diagnosezwecke abgefragt werden. Eignung für Echtzeitsysteme. Einsatz als Backbone für andere Bussysteme geplant; zukünftig ggf. als Ersatz für heutige High-Speed-CAN, langfristig: Brake-by-Wire, Steer-by-Wire - Topologie: Linienstruktur, Stern - Anwendung z.B. in der AdaptiveDrive Sonderausstattung des BMW X5 (Model 2007); per Flexray werden Stoßdämpferventile gesteuert, die das Fahrwerksverhalten anpassen. Die Teilnehmer sind durch kurze Stichleitungen mit einer Hauptleitung verbunden. Jede Kommunikation läuft über diese Hauptlinie. Wird diese unterbrochen, so entstehen zwei Segmente, die meist noch funktionsfähig bleiben. Diese lineare Topologie wird auch "Bustopologie" genannt. CAN arbeitet standardmäßig mit einer linienförmigen Topologie. Die Baumtopologie zeichnet sich durch Verzweigungen an beliebiger Stelle aus. Dadurch sind flexible Kombinationen aus Stern- und Linientopologie möglich. Kennzeichnend sind die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen den Teilnehmern. Alle Verbindungen sind zu einer geschlossenen Kette angeordnet. Die Kommunikation kann nur in einer Richtung erfolgen. Ein Befehl von Gerät A zum Gerät B muss meistens über ein anderes Gerät laufen. Fällt eine Teilstrecke aus, ist meist das gesamte System funktionslos. Über eine Diagnoseleitung kann der Fehler lokalisiert werden. z.B. Bei MOST Bussystem Hier gibt es einen zentralen Knotenpunkt, an dem alle Teilnehmer angeschlossen sind. Jeder Teilnehmer hat seine eigene Leitung. Fällt der zentrale Punkt aus, so bricht die gesamte Kommunikation zusammen. z.B. bei Byteflight - Weitere Einzelheiten zum CAN: Die Bus-Struktur des PT-CAN unterscheidet sich durch die dritte Leitung. Diese dient lediglich als Wake-up-Leitung, die die Steuergeräte aus dem Sleep-Modus (Stromsparbetrieb) in den normalen Betriebszustand bringt. Der CAN-Datenbus Antrieb (VW) wird mit Klemme 15, bzw. nach kurzer Nachlaufzeit abgeschaltet. Spannungsänderungen auf den CAN-Leitungen bei Wechsel zwischen dominantem und rezessivem Zustand am Beispiel des CAN-Datenbus Antrieb: Im Ruhezustand liegen beide Leitungen auf dem gleichen voreingestellten Wert von 2,5 V. Dieser Ruhepegel wird auch als rezessiver Zustand bezeichnet. Im dominanten Zustand steigt die Spannung auf der CAN-High-Leitung um mindestens 1V an. Die Spannung auf der CAN-Low-Leitung fällt um mindestens 1V. Daraus ergibt sich, dass beim CAN-Datenbus Antrieb die Spannung auf der CAN-High-Leitung im aktiven Zustand auf mindestens 3,5V ansteigt (2,5V + 1V = 3,5V). Die Spannung auf der CAN-Low-Leitung fällt dann auf noch maximal 1,5V ab (2,5V - 1V = 1,5V). Demnach beträgt die Spannungsdifferenz zwischen CAN-High und CAN-Low im rezessiven Zustand 0V sowie im dominanten Zustand mindestens 2V. Signalverlauf CAN-Antrieb:
Quelle: VW Da die Datenbus-Leitungen auch im Motorraum verlegt sind, werden diese auch unterschiedlichen Störeinflüssen ausgesetzt. So sind Kurzschlüsse gegen Masse und Batteriespannung, Überschläge aus der Zündanlage und statische Entladungen bei der Wartung denkbar. Durch die Auswertung der Signale von CAN-High und CAN-Low im Differenzverstärker des Transceivers, werden über die sogenannte differenzielle Übertragungstechnik Einwirkungen von Störungen weitestgehend eliminiert. Ein weiterer Vorteil der differenziellen Übertragungstechnik liegt darin, dass auch Bordnetzschwankungen (z.B. beim Anlassen des Motors) sich nicht auf die Datenübertragung zu den einzelnen Steuergeräten (Übertragungssicherheit) auswirken. CAN-Komfort / K-CAN (Karosserie-CAN)
Signalverlauf CAN-Komfort:
Quelle: VW / Anmerkung: Die Zeitangabe von 2 us ist falsch. Der CAN-Komfort arbeitet mit 100 kbit/s Gateway/Diagnosebus
Pin-Belegung an der Diagnosesteckdose (SAE 1962)
Pinbelegung: 2+10 Datenübertragung nach SAE J 1850 (USA) ISO 9141-2 (Europa), 4+5 Fahrzeugmasse und Signalmasse, 6+14 Datenübertragung CAN High und Low, 7+15 Datenübertragung nach ISO 9141-2 (Europa) auch K und L Ausgang, 16 Batterie Plus (Kl. 15 oder 30)
Quellen: VW, BMW, Mercedes, Opel, Multiplikator Lehrgang, BTZ Ingolstadt Autor: Johannes Wiesinger   | | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
