Передача данных в сети автомобилей

Сообщение

Методы управления доступом к сети

: Методы управления доступом к сети; Screenshot_9.jpg (193.75 КБ) 12671 просмотр

CSMA (Carrier Sense Multiple Access, множественный доступ с контролем несущей). Блоки управления следят за состоянием шины. Если шина свободна, блок управления начнет отправку сообщения. Если другой блок управления уже начал отправку сообщения, возможны различные варианты разрешения конфликта.
Обнаружение конфликтов и задержка повторной передачи
Например, если два блока управления попытаются одновременно отправить сообщение, возникнет конфликт. Он будет обнаружен обоими ЭБУ, и оба ЭБУ остановят отправку и возобновят попытку через некоторое время задержки, выбираемое случайным образом. Недостаток этого метода заключается в том, что за период времени между моментом обнаружения конфликта и повторной передачей может накопиться множество других сообщений, что может привести к сбою системы. Кроме того, этот метод нельзя использовать для систем обеспечения безопасности, поскольку неизвестно точное время отправки каждого сообщения.
Обнаружение и разрешение конфликтов
В этом случае протокол обеспечивает отправку сообщений с самым высоким приоритетом и задержку остальных сообщений. Такой процесс называется произвольным доступом. Сведения о приоритете входят в состав заголовка сообщения. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в разделе, посвященном шине CAN

Сообщение

Конфигурации сети

: Конфигурации сети передачи данных.; Screenshot_10.jpg (184.04 КБ) 12668 просмотров

Существуют две основных конфигурации локальных сетей: линейная и иерархическая. В иерархической сети в каждой точке соединения различных шин необходимо использовать так называемый шлюз. Шлюз преобразует сообщения одного протокола в другой. В иерархической системе может быть один или несколько подуровней. Основными причинами использования такой конфигурации являются сокращение расходов за счет использования более медленных и простых шин и сокращение загрузки основной шины. Как правило, подсистемы обеспечивают меньшую скорость передачи данных.

Сообщение

Классификация по скорости передачи данных

: Классификация по скорости передачи данных; Screenshot_11.jpg (195.31 КБ) 13346 просмотров

Классификация сетевых систем по скорости передачи данных согласно SAE
Класс A: низкая скорость (менее 10 кбит/с)
Применяется для функций обеспечения комфорта, таких как аудиосистема, бортовой компьютер, электростеклоподъемники и т. д.
Класс B: средняя скорость (10-125 кбит/с)
Применяется для передачи общей информации, такой как информация на приборной панели, скорость автомобиля и т. д.
Класс C: высокая скорость (125 кбит/с – 1 Мбит/с)
Управление в режиме реального времени, например управление трансмиссией, динамика автомобиля и т. д.

В классификации DIN/ISO предусмотрены только 2 категории:
низкая скорость — до 125 кбит/с
высокая скорость — более 125 кбит/с

Сообщение

Синхронная передача данных

: Синхронная передача данных; Screenshot_12.jpg (194.03 КБ) 13344 просмотра

Как уже говорилось ранее, существуют два основных метода последовательной передачи данных: синхронная и асинхронная передача. В случае синхронной передачи данных связанные устройства производят инициализацию друг друга, а затем непрерывно передают данные, чтобы обеспечить синхронизацию. Иногда для передачи так называемого тактового сигнала выделяется специальная линия. Вследствие того, что передача данных между устройствами происходит постоянно, начальные и стоповые сигналы не требуются. В типичной системе синхронной передачи данных кроме линий передачи данных также присутствует линия синхронизации. Передача данных происходит периодически, т. е. каждому ЭБУ выделяется фиксированный интервал времени, в течение которого он может передавать свои данные. По этой причине необходимо обеспечить синхронизацию всех ЭБУ. Синхронизация осуществляется с помощью тактового сигнала. Как правило, используются три линии: одна для тактового сигнала, а две другие для передачи данных. В данном примере блок данных 1 может представлять систему ETACS, блок данных 2 — ЭБУ двери пассажира и т. д. Этот кадр данных будет передаваться регулярно с интервалом 58 мс даже в тех случаях, когда новые данные не поступают. В этом случае сообщение останется без изменений. Однако для синхронной передачи данных необязательно использовать три линии. Также можно применять двухпроводную линию связи и использовать одну линию для тактового сигнала, а другую для передачи данных. Существуют системы даже всего с одной линией. В этом случае синхронизация осуществляется с помощью специального блока сообщения, так называемого поля синхронизации. Примером такого метода служит шина LIN, в которой соответствующая информация находится в определенной части сообщения.

Сообщение

Асинхронная передача данных

: Асинхронная передача данных; Screenshot_13.jpg (141.94 КБ) 13342 просмотра

Второй метод — асинхронная передача данных. В этом случае передача данных происходит только тогда, когда это необходимо. Из-за отсутствия постоянного обмена данными необходимо использовать стартовый и стоповый биты. Когда требуется начать передачу данных, состояние линии изменяется с 1 на 0 (стартовый бит). В типичной системе асинхронной передачи данных имеется только линия передачи данных, но нет отдельной линии синхронизации. Форма сигнала и кадр данных имеют аналогичный вид. Важное отличие заключается в том, что кадр данных включает стартовый и стоповый биты. Линия передачи данных может состоять из одной линии или двух линий, как в примере на слайде. В этом случае для кодирования данных используется разность напряжений между двумя линиями. Например, отсутствие разности напряжений может представлять значение бита 1, а ее наличие — 0.

Сообщение

Линия К

: Линия К; Screenshot_14.jpg (208.7 КБ) 13341 просмотр

Стандарт ISO 9141/SAE J 1978 определяет протокол для линии K. Линия K — это последовательная шина для обмена данными между диагностическим прибором Hi-scan pro или другим прибором и различными ЭБУ автомобиля. В данном случае в протоколе определено даже назначение контактов. Обратите внимание, что в разъеме канала передачи данных имеются контакты для различных коммуникационных линий. Для диагностики производители могут использовать различные протоколы. Кроме того, могут быть различия в протоколе в разных моделях автомобилей. По существу, подключенный диагностический прибор является просто еще одним устройством, участвующим в обмене данными по сети. Обмен данными между диагностическим прибором и соответствующим блоком управления похож на задавание вопросов и получение ответов на них. Диагностический прибор отправляет запрос блоку управления, а блок управления отвечает или выполняет соответствующие действия. Такой вопрос и ответ представляют собой пакеты данных, которые передаются побитно в определенном кадре данных.

Диагностический прибор отправляет запрос на определенный адрес, например ЭБУ двигателя, затем указывает так называемый режим, который описывает группу функций (например, связанных с кодами диагностики), и идентификатор PID, который определяет функцию в выбранном режиме (например, количество кодов DTC). Затем блок управления выдает определенный ответ с соответствующими данными. На начальных этапах каждый производитель использовал собственные схемы адресации и кодирования данных, но после внедрения бортовых систем диагностики была достигнута унификация формата адресов и данных, касающихся выхлопных газов, что позволило применять сторонние диагностические приборы.
В примере выше ЭБУ двигателя имеет адрес 08, задача считывания кодов диагностики относится к режиму 1, а на первом этапе необходимо выяснить количество имеющихся кодов неисправностей (этому действию соответствует идентификатор PID 01). Получив запрос от диагностического прибора, блок управления предоставляет соответствующий ответ, содержащий подтверждение режима, идентификатор PID запроса и результат. При наличии неисправности ответ может иметь следующий вид:
00 00 0001 0100 0011 для P 0 1 4 3
Два первых блока содержат только по два бита, так как этого достаточно для представления всех возможных вариантов. Примечание: в некоторых моделях автомобилей имеется вторая шина CAN от ЭБУ двигателя (ECM) или ЭБУ силовой передачи (PCM) к универсальному разъему (в моторном отсеке). Эта шина предназначена для перепрограммирования ЭБУ, а не для диагностики.

Сообщение

Шина CAN

: Шина CAN; Screenshot_15.jpg (181.35 КБ) 13339 просмотров

При использовании шины CAN (Controller Area Network) все задействованные ЭБУ подключены только к двум проводам — CAN High и CAN Low. Для передачи информации используется разностный сигнал, т. е. разность напряжений между проводами High и Low. Пропускная способность шины CAN может достигать 1 Мбит/с, но в наших автомобилях применяется фиксированная скорость 500 кбит/с. Очень часто два провода скручены между собой. Это делается для того, чтобы при наличии помех изменение напряжения было одинаковым на обеих линиях. В этом случае разность напряжений не изменяется, и, соответственно, помехи не будут оказывать влияния на состояние бита (1 или 0). Другой способ снижения влияния помех на сигнал CAN заключается в установке нагрузочных резисторов на каждом из концов шины CAN. Сопротивление каждого резистора составляет 120 Ом. Передача данных через шину CAN будет возможна даже в случае повреждения или удаления резисторов. Очевидно, такая ситуация приведет к «странному» поведению системы и возникновению кодов DTC. Обратите внимание на то, что шина отвечает только за передачу и отбор сообщений между ЭБУ. Шина не оказывает влияния на обработку данных. Рассмотрим пример, в котором требуется передать информацию о температуре охлаждающей жидкости двигателя от одного ЭБУ другому. Этот процесс протекает следующим образом. ЭБУ 1 получает аналоговый сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя. Внутренняя программа ЭБУ преобразует этот сигнал в цифровую форму и обрабатывает его. Чтобы отправить данные на другой ЭБУ, внутренняя программа передает цифровые данные процессору CAN. Процессор CAN преобразует данные в формат CAN и передает их физическому интерфейсу CAN, который создает сигналы определенного уровня на линии шины. Физические интерфейсы других узлов принимают сигнал. Сигнал преобразуется обратно в форму, понятную процессору CAN. Процессор проверяет приоритет и релевантность сигнала для соответствующего ЭБУ. Если информация релевантна, она передается внутренней программе ЭБУ для дальнейшей обработки. Если нет, она игнорируется.

Сообщение

Передача данных по шине CAN

: Передача данных по шине CAN; Screenshot_16.jpg (195.12 КБ) 13338 просмотров

Для создания цифрового сигнала контроллер CAN изменяет разность напряжений между линиями High и Low. Значение бита 1 (рецессивный) представлено напряжением 2,5 В на обеих линиях =>разность напряжений составляет 0 В, а разность с «массой» — 2,5 В для каждой линии. Значение бита 0 (доминантный) представлено напряжением 3,5 В на линии High и 1,5 В на линии Low => разность напряжений между ними составляет 2 В. В случае разрыва одной из линий контроллер CAN переходит в отказоустойчивый режим, в котором для передачи данных используются низкое и высокое напряжение на оставшейся линии. Резисторы на линии служат для двух основных целей: не допустить интерференции сигналов на двух линиях, так как каждый из проводов при скорости передачи данных 500 000 бит в секунду действует в качестве высокочастотной антенны. Обеспечивать надлежащий уровень напряжения на сигнальных линиях.