Měření na sběrnici CAN

Předměty:

Úvod
Diagnostika signálů sběrnice CAN nízká / střední rychlost
Diagnostika vysokorychlostních signálů sběrnice CAN
Diagnostika pomocí multimetru

Předmluva:
Při podezření na závadu na sběrnici CAN lze provést diagnostiku mimo jiné měřením napěťových úrovní na vodičích.
Obsah zprávy sběrnice CAN není zpočátku důležitý. Můžeme provádět měření na vodičích sběrnice CAN multimetrem i osciloskopem. Měření pomocí multimetru mají omezení; při měření napětí je indikována pouze průměrná hodnota. Multimetr v omezené míře vystačí při měření přerušení nebo zkratu. Osciloskop je nutný k měření úrovní napětí a posouzení, zda má signál čistou cestu.

Jak systém sběrnice CAN funguje a jak jsou zprávy strukturovány, je vysvětleno na stránce sběrnice CAN. Tato stránka se zaměřuje na měření sběrnice CAN pomocí osciloskop a multimetr a jsou popsány možné poruchy a příčiny.

Diagnostika signálů sběrnice CAN nízká / střední rychlost:
S dvoukanálovým osciloskopem lze CAN-high a CAN-low měřit současně s ohledem na zem. Dva níže uvedené obrázky osciloskopu ukazují signál sběrnice CAN komfortní sběrnice. Říká se tomu také „nízká rychlost“ nebo „střední rychlost“. Tuto síť často najdeme v komfortní elektronice, například v elektronice dveří, BCM, řídicí jednotce klimatizace a přístrojové desce. Napětí jsou následující:

CAN-low: v klidu 0 voltů, aktivní 4 volty;
CAN-high: volnoběh 5 voltů, aktivní 1 volt.

Když nastavíme nulové čáry obou měřicích kanálů na stejnou výšku os Y, signály se spojí. Pro čtení je proto vhodné posunout osu Y CAN-low nahoru. Na druhém obrázku níže nulové čáry změnily výšku, aby bylo možné správně porovnat napěťový profil CAN vysokého a nízkého.

Upozornění: Nízkorychlostní a středně rychlé sítě CAN často nejsou vybaveny zakončovacími odpory, na rozdíl od vysokorychlostních sítí CAN. Měření provedená na poruše se proto také liší. Tato část ukazuje možná narušení nízko a středněrychlostní sítě a další část ukazuje vysokorychlostní síť.

CAN-high zkratovaný k zemi:
V CAN high je zemní zkrat. Pokud je izolace poškozena, kabeláž se může dostat do kontaktu s karoserií nebo v ECU dojde ke zkratu na kostru.

Na níže uvedeném měření vidíme čáru konstantního napětí na kanálu B, která je 0 voltů.

CAN-low zkratovaný k zemi:
V CAN-low je zemní zkrat. Pokud je izolace poškozena, kabeláž se může dostat do kontaktu s karoserií nebo v ECU dojde ke zkratu na kostru.

Na níže uvedeném měření vidíme čáru konstantního napětí na kanálu A, která je 0 voltů.

CAN-high zkratováno na plus:
V CAN high je pozitivní uzavření. Pokud je poškozena izolace více vodičů v kabelovém svazku, může dojít ke vzájemnému kontaktu vodičů nebo v ECU dojde ke zkratu s kladným pólem.

Ve dvou níže uvedených měřeních vidíme:

Přesah kanálu: rozsah napětí kanálu B (červený) je třeba zvýšit;
Na kanálu B vidíme (v rozsahu 20 V) čáru konstantního napětí, která se rovná napětí baterie.

CAN-low zkratováno na plus:
CAN-low má kladný obvod. Pokud je poškozena izolace více vodičů v kabelovém svazku, může dojít ke vzájemnému kontaktu vodičů nebo v ECU dojde ke zkratu s kladným pólem.

Ve dvou níže uvedených měřeních vidíme:

Přesah kanálu: rozsah napětí kanálu A (modrý) je třeba zvýšit;
Na kanálu A vidíme (v rozsahu 20 V) čáru konstantního napětí, která se rovná napětí baterie.

CAN-high zkratovaný s CAN-low:
CAN-low se změní na profil napětí CAN-high, když se vzájemně spojí. Ke zkratu mezi CAN-high a CAN-low může dojít v kabeláži, kde je opotřebená izolace obou vodičů CAN sběrnice, nebo v důsledku závady na desce plošných spojů ECU.

Na obrázku níže vidíme dvoukanálové měření, kde CAN high a low jsou vzájemně zkratovány.

Na CAN-high komunikace občas klesá:
Komunikace s jednou řídicí jednotkou v CAN high je přerušena. Tato řídicí jednotka již neposílá a nepřijímá data přes CAN-high, ale CAN-low stále funguje. To znamená, že komunikace a čtení zůstávají možné.

Po odpojení zástrčky příslušné řídicí jednotky zmizí i údaje CAN-low a rozdíl mezi CAN-high a CAN-low již není vidět.

Na obrázku níže vidíme, že CAN-high zůstává zapuštěna v bodě, zatímco data jsou odesílána na CAN-low.

Při nízké úrovni CAN komunikace občas klesá:
Komunikace s jednou řídicí jednotkou v CAN-low je přerušena. Tato řídicí jednotka již neposílá a nepřijímá data přes CAN-low, ale CAN-high stále funguje. To znamená, že komunikace a čtení zůstávají možné.

Po odpojení zástrčky příslušné řídicí jednotky zmizí i údaje CAN-high a rozdíl mezi CAN-high a CAN-low již není vidět.

Na obrázku níže vidíme, že CAN-low zůstává v určitém bodě recesivní, zatímco data jsou odesílána na CAN-high.

Diagnostika vysokorychlostních signálů sběrnice CAN:
ECU, pro které má velký význam vysoká komunikační rychlost, jsou vybaveny vysokorychlostní sítí CAN. Patří sem například ECU spalovacího motoru, automatická převodovka, ABS/ESP/EBS a airbagy. Vysokorychlostní síť je vždy vybavena zakončovacími odpory. Závady v elektroinstalaci a ECU proto také způsobují jiný profil napětí, což může někdy ztížit diagnostiku než u komfortní sítě. Jako vždy se nejprve zobrazí bezproblémová situace, než přistoupíme k poruchám.

Napětí vysokorychlostní sítě jsou následující:

CAN-high: volnoběh 2,5 V, aktivní 3,5;
CAN-low: volnoběh 2,5 V, aktivní 1,5 V.

Když jsou vysoké i nízké hodnoty CAN 2,5 V, sběrnice je recesivní (v klidu). Když CAN high stoupá a CAN low klesá, sběrnice se stane dominantní a vytvoří se bit. Obrázek níže ukazuje snímek správného signálu vysokorychlostní sběrnice CAN.

Když je takový signál naměřen a je viditelný velký šum, je vhodné vyjmout nabíječku akumulátoru z vozidla a připojit osciloskop k zemi vozidla (Autoscopes mají "zemní" připojení na zadní straně) a signál může být čistší pomocí vzorkovací frekvence. Vzorkovací frekvence signál vyhlazuje, takže pokud se příliš odchýlí od standardní hodnoty, může signál CAN příliš zkreslit.

Pro názornost je na obrázku níže CAN-high červená a CAN-low modrá.

CAN-high zkratovaný k zemi:
V CAN high je zemní zkrat. Pokud je izolace poškozena, kabeláž se může dostat do kontaktu s karoserií nebo v ECU dojde ke zkratu na kostru.

Na měření níže můžete vidět, že CAN-high (červená) je přesně 0 voltů, protože došlo ke zkratu na kostru. CAN-low (modrá) je mírně nad nulovou čarou. Při přiblížení na tento signál by to bylo ještě jasnější. Protože CAN-high je přesně 0 voltů a CAN-low je o několik desetin voltu vyšší, můžeme dojít k závěru, že CAN-high má zkrat se zemí.

CAN-low zkratovaný k zemi:
V CAN-low je zemní zkrat. Pokud je izolace poškozena, kabeláž se může dostat do kontaktu s karoserií nebo v ECU dojde ke zkratu na kostru.

V níže uvedeném měření vidíme, že CAN-low je 0 voltů. I když je vidět nějaký šum, můžeme to ignorovat. CAN-low je zkratován k zemi. Vidíme, že vedení vysokého napětí CAN stále stoupá, ale to nestačí k zahájení komunikace. Obrázek dalekohledu také ukazuje, že CAN-low je vždy nižší napětí než CAN-high (červená je vždy o něco vyšší než modrá), což znamená, že můžeme předpokládat, že CAN-low je zkratováno k zemi.

Na obrázku níže vidíme jev, který se podobá situaci, kdy došlo ke zkratování CAN-low se zemí. CAN-high (červená) vzrostla na palubní napětí přibližně 12 voltů. CAN-low (modrá) také zvýšila napětí a stále se snaží komunikovat snížením signálu. Protože není navázána žádná komunikace, záporné napěťové špičky se nadále opakují.

V níže uvedeném měření vidíme, že CAN-high a CAN-low jsou kolem 12 voltů. Napětí CAN-low je však asi o 200 mV vyšší než CAN-high. CAN-low zvedl CAN-high spolu s tím. To ukazuje, že CAN-low je zkratovaný s plusem.

Na obrázku níže vidíme dvoukanálové měření, kde jsou CAN-high a CAN-low vzájemně zkratovány. Napětí na obou kanálech je 2,5 V.

Diagnostika pomocí multimetru:
Měření úrovní napětí sběrnice CAN pomocí multimetru je nerozumné. Multimetr zobrazuje průměrné hodnoty při mnoha různých napětích, takže nelze provést správnou diagnózu. K měření napětí je nutné použít osciloskop.

Multimetrem můžeme měřit odpory (pouze) vysokorychlostní sítě CAN se zakončovacími odpory. Níže uvedená měření ukazují ohmický odpor ve třech různých situacích: správně fungující systém, přerušený vodič a zkrat mezi CAN-high a CAN-low. V nízké/střední (komfortní) síti se zakončovací odpory používají jen zřídka a tato měření nelze provést.

Bez rušení:
Na stránce sběrnice CAN je popsáno, že v síti jsou dva zakončovací odpory. Oba zakončovací odpory mají odpor 120 ohmů. V bezproblémovém systému naměříme náhradní odpor 60 ohmů mezi CAN-high a CAN-low.

Pozor: toto můžeme měřit pouze při vypnutém napájení všech řídících jednotek!

Přerušení:
V případě přerušení vodiče CAN-high nebo CAN-low již neměříme náhradní odpor 60 ohmů. Na obrázku měříme pouze hodnotu rezistoru R2 (120 ohmů).

Zkrat:
V situaci, kdy se vodiče sběrnice CAN vzájemně spojují (t.j. zkratují), naměříme hodnotu odporu přibližně 0 ohmů.

Při další poruše se přeruší oba vodiče CAN. V autobuse bude nyní velké rušení (šum). Uzly 1, 3 a 4 mohou mezi sebou komunikovat za předpokladu, že interference a odrazy jsou příliš velké, což způsobuje zkreslení zpráv. Uzly 2 a 5 tak mohou také spolu komunikovat se stejným problémem.

Některé sítě CAN fungují také při přerušení jednoho vodiče. Chybové kódy budou uloženy a řidič bude informován výstražnými světly zprávami z různých systémů. Jedná se o sítě, které jsou vybaveny Fault Tolerante CAN transceiverem. V závislosti na použitém transceiveru může dojít k různým typům chyb bez ztráty komunikace mezi uzly. Tyto CAN transceivery mohou normálně fungovat i při výše zmíněných poruchách se zkraty na plus a kostru (samozřejmě s různými chybovými hlášeními).

Související stránka:

sběrnice CAN