CAN-VÄYLÄ

AUTOISSA

CAN-väylä • Mikä on moottorin ja voimansiirron jälkeen kallein osakokonaisuus

henkilöautossa tai mikä osakokonaisuus on kaikkein herkin vioille?  • Vastaus molempiin kysymyksiin on sama, eli auton johtosarja. Kun

vuonna 1960 johtojen pituus autossa oli noin 200 m ja liittimien lukumäärä 200 kpl, olivat vastaavat luvut vuonna 1995 noin 2000 m ja 1800 kpl.

• Yksittäisten johtimien läpimittaa sen enempää kuin liittimienkään kokoa ei voi pienentää samalla tavoin kuin elektroniikan komponentteja, joten ainoa mahdollisuus on hoitaa yhdellä johtimella monta toimintoa (Multiplexointi).

• Perinteinen johtosarja on korvattu useilla eri puolille ajoneuvoa sijoitetuilla ohjausyksiköillä, solmuilla, jotka on verkotettu toisiinsa väylän välityksellä. Tämä ratkaisu vähentää tarvittavien johtimien määrän muutamaan johtimeen. Kaikessa auton sähköistyksessä tätä ei kuitenkaan käytetä vaan osa on ihan perinteistä tekniikkaa. Autossa on siis oikeastaan kaksi erillistä sähköjärjestelmää jotka kuitenkin toimivat saumattomasti yhdessä.

• CAN-väylän avulla toteutetussa väylässä tiedonkulkuun tarvittaisiin ainoastaan yksi johdin, mutta suuren toimintavarmuuden saavuttamiseksi käytetään kuitenkin kahta johdinta. Tämän lisäksi jokainen solmu tarvitsee virransyötön ja maadoituksen.

• Lisäksi näiden toimintojen täytyy kommunikoida keskenään.

TIEDONSIIRTOMiten tiedon siirto autoissa yleensä tapahtuu? On kaksi vaihtoehtoa: jokainen tieto kulkee omaa erillistä johdinta pitkin tai ohjainlaitteiden välinen tiedonsiirto tapahtuu vain kahta johdinta pitkin, eli CAN- tietoväylää pitkin. Esimerkki tiedonsiirrosta perinteisessä johdotuksessa Ohjainlaite oh Jokaista tietoa varten tarvitaan oma johdin. Jokainen uusi tieto lisää siis tarvittavien johdinten ja liittimien määrää. Nykyisellä autojen tuotantomäärillä ja tarvittavien tietojen siirtomäärillä tämä tarkoittaa kohtuutonta arvokkaan johdin- ja liitinmateriaalin tarvetta, tämän lisäksi johtosarjojen paksuus kasvaisi turhan suureksi. Sama tiedonsiirto CAN-väylä toteutuksena Ohjainlaite Kuten yllä olevasta huomataan, tässä tiedonsiirtotavassa kaikki informaatio välittyy vain kahta johdinta pitkin riippumatta tietojen lukumäärästä. Jo tässä yhdessä tilanteessa johdinten lukumäärä väheni kymmenestä neljään.

Automaattivaihteiston ohjainlaite

moottorin käyntinopeus

polttoaineen kulutus

kaasuläpän asento

moottorin vaikutus

vaihtokäsky suuremmalle tai pienemmälle

- moottorin käyntinopeus - polttonesteen kulutus - kaasuläpän asento - moottorin vaikutus - vaihto suuremmalle tai pienemmälle

Automaattivaihteiston ohjainlaite

CAN- tietoväylä on siis ohjainlaitteiden välinen tiedonsiirtotapa. Se yhdistää ohjainlaitteet yhtenäiseksi järjestelmäksi (verkoksi). Mitä enemmän yksittäinen ohjainlaite saa tietoa muualta järjestelmästä, sitä paremmin se pystyy mukautumaan eri toimintoihin. Voimansiirtopuolella yhtenäisen järjestelmän muodostavat esim:

- moottorin ohjainlaite - automaattivaihteiston ohjainlaite - ABS- ohjainlaite

Lukitusjärjestelmän alueella yhteisen järjestelmän muodostavat esim:

- keskusohjainlaite - oviohjainlaitteet

Yllä olevassa kuvassa on minimimäärä ohjainlaitteita. Nykyautoissa voi ohjainlaitteita olla jopa kymmeniä. Tällöin CAN-väylä on todella järkevä tiedonsiirtotapa. Lisäksi CAN-väylän etuja ovat:

- jos väylän välittämää tietomäärää tarvitsee lisätä, niin riittää vain ohjelmiston päivitys - vähäinen vikamahdollisuus useiden ja jatkuvien itse varmistusten ansiosta - vähemmän tunnistimia ja signaalijohtoja yhden tunnistimen monikäyttömahdollisuudesta

johtuen - ohjainlaitteiden välinen tiedonsiirto on hyvin nopea - tilansäästö pienempien ohjainlaitteiden ansiosta - CAN- tietoväylä on yhteensopiva lähes kaikkien ohjainlaitteiden valmistajien kesken

TIEDONSIIRRON PERIAATE CAN- tietoväylän viestien kulkua voisi verrata puhelinneuvotteluun. Yksi verkon jäsenistä (ohjainlaite) kertoo asiansa, jolloin kaikki muutkin kuulevat sen. Osalle jäsenistä tieto on tärkeä ja ne käyttävät sitä hyväkseen. Muille jäsenille heidän äsken kuulemansa tieto on merkityksetön.

Tietoväyläjohdin koostuu kahdesta toistensa ympäri kierretystä johtimesta. Näin estyvät tietoväyläjohtimen häiriösäteilyt. Näissä kahdessa johtimessa on vastakkaiset jännitteet ja jännitesumma on siten vakio. Kahden johtimen tuottamat magneettikenttävaikutukset kumoavat toisensa.

keskuslukko ohj.laite 2 soittaa..

ovien lukot ohj.laite 1

lasin nostin ohj.laite 3

peilien ohjaus ohj.laite 6

air-bag ohj.laite 5

varashäly-tin ohj.laite 4

”ahaa, täytyy toimia”

”ei koske minua” ”lukitse ovet ”

”ahaa, täytyy toimia”

”ei koske minua” ”ei koske minua”

kierretty CAN-tietoväyläjohdin

MISTÄ KOMPONENTEISTA CAN-TIETOVÄYLÄ MUODOSTUU? CAN-tietoväylä koostuu seuraavista elementeistä:

- ohjainlaite - lähetin / vastaanotin - kaksi tietoväyläpäätettä - kaksi tietoväyläjohdinta

Tietoväyläjohtimia lukuun ottamatta kaikki komponentit sijaitsevat ohjainlaitteiden sisällä. Ohjainlaitteet ovat toiminnoiltaan samanlaisia, kuin perinteisissä tiedonsiirtojärjestelmillä varustetuissa autoissa. CAN- ohjain Ohjain saa lähetettävät tiedot ohjainlaitteen mikroprosessorilta. CAN-ohjain muokkaa tietoja ja siirtää ne edelleen CAN-lähetin / vastaanottimelle. Vastaavasti se saa saapuneet tiedot CAN- lähetin / vastaanottimelta ja lähettää ne edelleen ohjainlaitteen mikrotietokoneelle. CAN- lähetin / vastaanotin CAN- lähetin / vastaanotin muuttaa CAN-ohjaimelta tulevat tiedot sähkösignaaleiksi ja lähettää ne tietoväyläjohtimiin. Vastaavasti se vastaanottaa tietoja ja muuntaa ne CAN- ohjainta varten. Tietoväyläpääte Pääte on vastus, joka estää lähetettyjä tietoja palaamasta ”kaikuina”, jotta ne eivät voisi vääristää tietoja. Tietoväyläjohtimet Johtimet ovat kaksisuuntaisia ja niiden tehtävänä on siirtää tietoja. Näistä johtimista käytetään nimityksiä CAN- high ja CAN- low.

HUOMIO! CAN-tietoväylässä tietojen vastaanottajia ei rajata, vaan jokainen tieto menee aina kaikille samaan verkkoon kuuluville ohjainlaitteille.

TIEDONSIIRRON KULKU Tietojen valmistelu: Ohjainlaitteen CAN-ohjain valmistelee tiedot lähetyskuntoon. Tietojen lähettäminen: CAN-lähetin/vastaanotin saa CAN-ohjaimelta tiedot, muuttaa ne sähkösignaaleiksi ja lähettää ne matkaan. Tietojen kulku: Muut CAN-verkkoon kuuluvat ohjainlaitteet vastaanottavat lähetettävät tiedot. Tietojen tarkastus: Jokainen ohjainlaite tarkistaa vastaanotettujen tietojen tarpeellisuuden, eli ne tarkastavat koskevatko viestit heitä. Tietojen omaksuminen: Jos ohjainlaite toteaa tiedot itselleen tärkeiksi, se omaksuu ne alkaa käsitellä niitä. Muussa tapauksessa tiedot vain ”kuunnellaan” ja ne jätetään huomiotta.

Ohjainlaite 2 ”soittaa” ja toiset kuuntelevat koskeeko viesti heitä.

MITÄ CAN-TIETOVÄYLÄ KULJETTAA? CAN-tietoväylä siirtää hyvin lyhyin välein viestejä ohjainlaitteiden välillä. Jokainen viesti jaetaan aina seitsemään osaan. Viesti: Viesti koostuu useista perättäisistä bittisarjoista. Bittien lukumäärä riippuu tietokentän koosta. Bitti on pienin elektroniikassa ja tietotekniikassa käytettävä yksikkö. Arvoltaan se on vain 1 tai 0, eli kyllä tai ei.

Alkukenttä (1 bitti): Kuvaa viestin alkua. CAN- high-johtimeen lähteen noin 5: voltin bitti ja CAN-low-johtimeen 0 voltin bitti. Statuskenttä (11 bittiä): Se määrittää viestin prioriteettiarvon. Kun kaksi ohjainlaitetta lähettääkin täsmälleen samalla hetkellä viestin, niistä prioriteetiltaan korkeampi saa etusijan. Kontrollikenttä (6 bittiä): Se kertoo tietokentässä olevien tietojen lukumäärän. Siitä jokainen vastaanottaja voi tarkistaa, onko se saanut kaikki tiedot. Tietokenttä (max 64 bittiä): Tietokenttä välittää tiedot muille ohjainlaitteille. Varmistuskenttä (16 bittiä): Sen tehtävä on havaita tiedonsiirrossa olevat mahdolliset häiriöt. Vahvistuskenttä (2 bittiä): Tämän kentän avulla vastaanottajat kertovat lähettäjälle, että ne ovat ottaneet viestin oikein vastaan. Havaitsemastaan häiriöstä ne ilmoittavat heti lähettäjälle, jolloin tämä toistaa viestin uudelleen. Loppukenttä (7 bittiä): Loppukenttä ilmaisee viestin päättymisen. Tässä on viimeinen mahdollisuus ilmoittaa mahdollisesta häiriöstä, jolloin viesti taas toistetaan.

KUINKA VIESTI SYNTYY? Viesti koostuu useista toisiaan seuraavista biteistä. Jokainen bitti voi olla tilaltaan tai arvoltaan vain ”0” tai ”1” Seuraavana yksinkertainen esimerkki arvojen yksi tai nolla vaikutuksesta: Valaisin kytketään päälle tai pois valokytkimeltä. Valokytkimellä on siis vain kaksi olotilaa. Kytkimen ollessa päällä, eli valo palaa, niin arvo on yksi. Kun valo on pois päältä, niin arvo on nolla. CAN-tietoväylä toimii periaatteessa samaan tapaan, sillä lähetin/vastaanotin voi synnyttää kaksi erilaista bitin olotilaa. Alla oleva taulukko kertoo, miten kaksi yhteen kuuluvaa bittiä voi välittää tietoja. Kaksi bittiä mahdollistaa neljä erilaista vaihtoehtoa. Jokaiselle versiolle on määritetty yksi tieto, mikä sitoo kaikkia ohjainlaitteita. Jos sekä 1. että 2. bitin jännite on nolla volttia, taulukon tieto on ”lasinnostin on parhaillaan liikkeessä” tai ”jäähdytysnesteen lämpötila on 10 astetta”

Alla oleva taulukko kertoo, kuinka jokainen lisäbitti kasvattaa tietojen lukumäärää.

Mitä enemmän bittejä on yhdessä, sitä enemmän tietoa voidaan välittää. Jokainen lisäbitti kaksinkertaistaa mahdollisen tietomäärän.

KULKUJÄRJESTYS CAN-TIETOVÄYLÄSSÄ Kun useampi ohjainlaite lähettää samanaikaisesti oman viestinsä, täytyy ratkaista, missä järjestyksessä ne etenevät. Prioriteetiltaan tärkein viesti saa edetä ennen muita. Esimerkiksi ABS/EDS- ohjainlaitteen lähettämä viesti menee automaattivaihteiston lähettämän viestin edelle. Jokaisella bitillä on arvo, joka on suuri ”1” tai pieni ”0”.

BITTI ARVO TÄRKEYS 0 volttia 0 korkea 5 volttia 1 matala

Viestin prioriteettiarvo tunnistetaan siten, että viestin statuskenttään on määritetty sen prioriteettiarvoa vastaava koodi. Koodi koostuu 11 bitistä. Alla olevassa taulukossa on kolmen viestin prioriteettiarvot.

TÄRKEYS VIESTI STATUSKENTTÄ 1 jarrut 1 001 1010 0000 2 moottori 1 010 1000 0000 3 vaihteisto 1 100 0100 0000

Kolme ohjainlaitetta alkaa lähettää samanaikaisesti omaa viestiään. Samalla ne vertaavat tietoväylä-johdinta bitti bitiltä. Jos ohjainlaite lähettää alempiarvoisen bitin ja havaitsee toisessa vietissä korkeampi arvoisen bitin, se lopettaa lähettämisen ja siirtyy vastaanottajaksi. 1.bitti: ABS/EDS- ohjainlaite lähettää arvoltaan korkeamman bitin ja samaan aikaan Motronic-ohjainlaite lähettää arvoltaan korkeamman bitin. Lisäksi samaan aikaan Automaattivaihteiston ohjainlaite lähettää arvoltaan alhaisemman bitin. Silloin se lopettaa lähettämisen ja muuttuu vastaanottajaksi. 2. bitti: ABS/EDS-ohjainlaite lähettää arvoltaan alhaisemman bitin ja havaitsee samalla väylässä korkea-arvoisemman bitin. Silloin se lopettaa lähettämisen ja muuttuu vastaanottajaksi. 3. bitti: ABS/EDS-ohjainlaitteen prioriteettiarvo on kaikkein korkein ja siten se lähettää oman viestinsä aina ensimmäisenä.. Kun ABS/EDS- ohjainlaite on lähettänyt viestinsä, muut ohjainlaitteet jatkavat omin viestiensä lähettämistä. Huomio! Lähetys, odotus ym. toiminta-ajat ovat millisekunteja, ja ihmisen ajantajun ja käytännön kannalta kaikki tapahtumat ovat lähes samanaikaisia. Käytännössä mitään odottelua ei voi havaita.

MUKAVUUSJÄRJESTELMÄN CAN-TIETOVÄYLÄ

Mukavuusalueella CAN-tietoväylä yhdistää mukavuusjärjestelmän ohjainlaitteet. Niitä ovat keskusohjainlaite ja oviohjainlaitteet, joita voi olla kaksi tai neljä (riippuen ovien lukumäärästä) Ohjainlaitteiden johtimet yhdistyvät säteittäisesti yhdessä pisteessä. Tämän etuna on se, että muut ohjainlaitteen voivat lähettää yhä keskenään viestejä, vaikka jokin ohjainlaite olisi vioittunut. Tietoja välittyy seuraavista mukavuusjärjestelmän toiminnoista:

- keskuslukituksen toiminta - sähköisten lasinnostimien toiminta - ovien käyttökytkimien valaistus - sähkösäätöisten ja lämmitettävien ulkopeilien toiminta - itsediagnoositoiminta (testerille menevä tieto)

Mukavuusjärjestelmän toimintojen toteuttaminen CAN-väylätekniikalla tarjoaa seuraavia etuja:

- ovista ulospäin ei tarvitse vetää paksua johtonippua ja johdintunneli joustaa paremmin oven ja ovitolpan välillä.

- jos jostain syystä syntyy oikosulku maadoitukseen, plussaan tai johtimien kesken, CAN-tietoväylä menee hätätoiminnolle ja alkaa toimia yhden johtimen avulla.

- diagnoosijohtimia tarvitaan vähemmän, koska koko itsediagnoosi hoidetaan keskusohjainlaitteen kautta.

Tietoväylän toimintanopeus on 62,5 Kbit/s, eli 62500 bittiä sekunnissa. Se on nopeusalueella low speed 0-125 Kbit/s. Tämä tarkoittaa sitä, että yhden viestin siirto kestää noin yhden millisekunnin. Jokainen ohjainlaite pyrkii lähettämään viestinsä noin 20 millisekunnin välein. Koska mukavuusjärjestelmässä tiedot voivat siirtyä melko pienillä nopeuksilla, siinä voidaan käyttää verrattain pienitehoista lähetin/vastaanotinta.

MUKAVUUSJÄRJESTELMÄSSÄ VÄLITETTÄVÄT TIEDOT Välitettävät tiedot kertovat yksittäisten toimintojen tilasta. Esimerkiksi avaimen radiokauko-ohjauksen käytöstä, missä tilassa keskuslukitus on tällä hetkellä, onko havaittu jotain vikoja jne. Alla olevassa esimerkkitaulukossa on esitetty osa kuljettajan oven ohjainlaitteen tietokentästä. Siitä näkee miten ja mitä tietoja keskuslukituksen ja sähköisen lasinnostimen tilasta välitetään.

CAN- väylässä käytettävä jännite on 0 – 5 volttia

YHTEENVETO CAN- tiedonsiirtojärjestelmät ilmestyivät autoihin 90-luvun puolivälissä. Automaailmalle tämä oli uuden haasteen ja uuden oppimisen paikka. Uusi tiedonsiirtotekniikka edellyttää lisäkoulutusta alalla jo oleville ammattilaisille ja uutta sisältöä alalle opiskeleville. Suurimpana ongelmana korjaamoiden ammattilaiskaartille tuntuisi olevan bittimaailman joko/tai lakien ymmärtäminen. Vianetsintä on aloitettava kytkemällä testeri väylään, ja sen jälkeen on seurattava ”ohjattu vianetsintä” nimistä ohjelmaa. Yleismittari tai virtakynä on CAN-väylässä käyttökelvottomia. Autoissa oleva elektroniikan määrä lisääntyy huimaa vauhtia. Lähes kaikissa uusissa autoissa vakiovarusteita ovat automaattinen ilmastointi, ajonhallinta, vetoluiston esto, lukkiutumattomat jarrut jne. Näiden laitteiden toiminnan ohjaus vaatisi perinteisellä tiedonsiirtotekniikalla valtavan määrän johtimia ja liittimiä. Samoin mahdollisten vikojen etsiminen voisi olla jo toivotonta, ainakin aikaa vievää. Suuret autotehtaat valmistavat 4000 - 4500 autoa päivässä ja jos yhdessä autossa pystyy säästämään kallista kuparijohtimia ja messinkiliittimiä jopa 500 – 1000 kg on säästö vuodessa todella merkittävä. Myös turvalaitteiden kehittyminen on ollut mahdollista paljolti CAN- väylätekniikan varmuuden ja nopeuden ansiosta. Autotekniikassa autoelektroniikan tunteminen on jo erittäin tärkeää, ja sen merkitys edelleen kasvaa elektroniikan lisääntyessä.