Misurazione su CAN-Bus

Soggetti:

Introduzione
Diagnosi CAN bus segnala velocità bassa/media
La diagnosi CAN-bus segnala ad alta velocità
Diagnosi con il multimetro

Introduzione:
Se si sospetta un malfunzionamento nel bus CAN, è possibile effettuare una diagnosi, tra l'altro, misurando i livelli di tensione sui cavi.
Inizialmente il contenuto del messaggio del bus CAN non è importante. Possiamo eseguire misurazioni sui cavi del bus CAN sia con il multimetro che con l'oscilloscopio. Le misurazioni con il multimetro hanno una limitazione; quando si misurano le tensioni viene indicato solo un valore medio. Il multimetro è limitatamente sufficiente per misurare un'interruzione o un cortocircuito. L'oscilloscopio è necessario per misurare i livelli di tensione e valutare se il segnale ha un percorso pulito.

Nella pagina viene spiegato come funziona un sistema CAN-Bus e come sono strutturati i messaggi Autobus CAN. Questa pagina si concentra sulla misurazione del bus CAN con oscilloscopio e la multimetro e vengono descritti i possibili malfunzionamenti e le cause.

Diagnosi Segnali CAN bus bassa/media velocità:
Con un oscilloscopio a due canali è possibile misurare contemporaneamente CAN-high e CAN-low rispetto alla terra. Le due immagini dell'oscilloscopio seguenti mostrano il segnale del bus CAN del bus comfort. Questa è anche chiamata “bassa velocità” o “media velocità”. Troviamo spesso questa rete nell'elettronica del comfort, ad esempio nell'elettronica delle porte, nel BCM, nella centralina del climatizzatore e nel quadro strumenti. Le tensioni sono le seguenti:

CAN-basso: a riposo 0 volt, attivo 4 volt;
CAN-alto: inattivo 5 volt, attivo 1 volt.

Quando impostiamo le linee zero di entrambi i canali di misurazione alla stessa altezza dell'asse Y, i segnali si fondono. Si consiglia quindi di spostare verso l'alto l'asse Y del CAN-low per la lettura. Nella seconda immagine seguente, le linee zero hanno cambiato altezza, in modo che il profilo di tensione CAN alto e basso possa essere confrontato correttamente.

Nota: le reti CAN a bassa e media velocità spesso non sono dotate di resistenze di terminazione, a differenza della rete CAN ad alta velocità. Anche le misurazioni effettuate su una faglia sono quindi diverse. In questa sezione vengono mostrate le possibili interruzioni della rete a bassa e media velocità, mentre nella sezione successiva viene mostrata la rete ad alta velocità.

CAN-alto in cortocircuito a terra:
Nel CAN alto c'è un cortocircuito a terra. Se l'isolamento è danneggiato, il cablaggio può entrare in contatto con la carrozzeria o in una ECU può verificarsi un cortocircuito a massa.

Nella misurazione seguente vediamo una linea a tensione costante sul canale B che è 0 volt.

CAN-basso in cortocircuito a terra:
C'è un cortocircuito a massa nel CAN-low. Se l'isolamento è danneggiato, il cablaggio può entrare in contatto con la carrozzeria o in una ECU può verificarsi un cortocircuito a massa.

Nella misurazione seguente vediamo una linea a tensione costante sul canale A che è 0 volt.

CAN-alto in cortocircuito verso il positivo:
Nel CAN alto c'è una chiusura positiva. Se l'isolamento di più fili in un cablaggio è danneggiato, i cavi possono entrare in contatto tra loro oppure in una ECU si crea un cortocircuito con il positivo.

Nelle due misurazioni sottostanti vediamo:

Overrange del canale: è necessario aumentare il range di tensione del canale B (rosso);
Sul canale B vediamo (nell'intervallo 20 V) una linea a tensione costante uguale alla tensione della batteria.

CAN-basso in cortocircuito verso più:
Il CAN-low ha un circuito positivo. Se l'isolamento di più fili in un cablaggio è danneggiato, i cavi possono entrare in contatto tra loro oppure in una ECU si crea un cortocircuito con il positivo.

Nelle due misurazioni sottostanti vediamo:

Overrange del canale: è necessario aumentare l'intervallo di tensione del canale A (blu);
Sul canale A vediamo (nell'intervallo 20 V) una linea a tensione costante uguale alla tensione della batteria.

CAN-alto in cortocircuito con CAN-basso:
Il CAN-basso cambia nel profilo di tensione del CAN-alto quando si collegano tra loro. Un cortocircuito tra CAN-high e CAN-low può verificarsi nel cablaggio se l'isolamento di entrambi i cavi del bus CAN è usurato oppure a causa di un difetto nel circuito stampato di una ECU.

Nell'immagine sotto vediamo la misurazione a due canali in cui CAN alto e basso sono cortocircuitati tra loro.

Su CAN-high la comunicazione occasionalmente si interrompe:
La comunicazione con una centralina nel CAN High è interrotta. Questa centralina non invia e riceve più dati tramite CAN-high, ma CAN-low funziona ancora. Ciò significa che la comunicazione e la lettura rimangono possibili.

Quando si stacca la spina della rispettiva centralina, scompaiono anche i dati CAN-low e la differenza tra CAN-high e CAN-low non è più visibile.

Nell'immagine sotto vediamo che il CAN-alto rimane incassato in un punto, mentre i dati vengono inviati sul CAN-basso.

Su CAN-low la comunicazione occasionalmente si interrompe:
La comunicazione con una centralina nel CAN-low è interrotta. Questa centralina non invia e riceve più dati tramite CAN-low, ma CAN-high funziona ancora. Ciò significa che la comunicazione e la lettura rimangono possibili.

Quando si stacca la spina della rispettiva centralina, scompaiono anche i dati CAN-high e la differenza tra CAN-high e CAN-low non è più visibile.

Nell'immagine qui sotto vediamo che il CAN-low rimane recessivo in un punto, mentre i dati vengono inviati sul CAN-high.

Diagnosi CAN bus segnali ad alta velocità:
Le centraline per le quali un'elevata velocità di comunicazione è di grande importanza sono dotate di una rete CAN ad alta velocità. Ciò include, ad esempio, la ECU del motore a combustione, del cambio automatico, dell'ABS/ESP/EBS e degli airbag. Una rete ad alta velocità è sempre dotata di resistenze terminali. Difetti nel cablaggio e nelle centraline causano quindi anche un diverso profilo di tensione, che a volte può rendere più difficile la diagnosi rispetto a una rete comfort. Come sempre, prima di procedere ai guasti viene visualizzata una situazione senza problemi.

Le tensioni di una rete ad alta velocità sono le seguenti:

CAN-alto: inattivo 2,5 volt, attivo 3,5;
CAN-basso: inattivo 2,5 volt, attivo 1,5 volt.

Quando CAN alto e basso sono entrambi a 2,5 volt, il bus è recessivo (a riposo). Quando il CAN alto sale e il CAN basso scende, il bus diventa dominante e si forma un bit. L'immagine seguente mostra uno screenshot di un segnale bus CAN ad alta velocità corretto.

Quando viene misurato un segnale di questo tipo ed è visibile molto rumore, è consigliabile rimuovere il caricabatteria dal veicolo e collegare l'oscilloscopio alla massa del veicolo (gli endoscopi Automotive hanno una connessione "terra" sul retro) e il segnale può essere reso più puro con la frequenza di campionamento. La frequenza di campionamento uniforma il segnale, quindi se si discosta troppo dal valore standard, il segnale CAN potrebbe distorcersi eccessivamente.

Per chiarezza, nell'immagine seguente, CAN-alto è rosso e CAN-basso è blu.

Nella misurazione seguente puoi vedere che CAN-high (rosso) è esattamente 0 volt, perché ha un cortocircuito verso terra. CAN-basso (blu) è leggermente sopra la linea dello zero. Ingrandendo questo segnale questo diventerebbe ancora più chiaro. Poiché CAN-alto è esattamente 0 volt e CAN-basso è qualche decimo di volt più alto, possiamo concludere che CAN-alto ha un cortocircuito con la terra.

Nella misurazione seguente vediamo che CAN-low è 0 volt. Sebbene sia visibile del rumore, possiamo ignorarlo. CAN-low è cortocircuitato a terra. Vediamo che la linea CAN ad alta tensione continua a salire, ma ciò non è sufficiente per avviare la comunicazione. L'immagine dell'oscilloscopio mostra anche che CAN-low ha sempre una tensione inferiore a CAN-high (il rosso è sempre leggermente più alto del blu), il che significa che possiamo supporre che CAN-low sia cortocircuitato a terra.

Nell'immagine sotto vediamo un fenomeno che ricorda la situazione in cui CAN-low è stato cortocircuitato a massa. CAN-high (rosso) ha raggiunto la tensione di bordo di circa 12 Volt. Anche CAN-low (blu) ha aumentato la tensione e sta ancora tentando di comunicare abbassando il segnale. Poiché non viene stabilita alcuna comunicazione, i picchi di tensione negativa continuano a ripetersi.

Nella misurazione seguente vediamo che CAN-alto e CAN-basso sono circa 12 volt. Tuttavia, la tensione di CAN-low è di circa 200 mV superiore a CAN-high. CAN-low ha innalzato anche CAN-high. Ciò dimostra che CAN-low è cortocircuitato con il positivo.

Nell'immagine seguente vediamo la misurazione a due canali in cui CAN-high e CAN-low sono cortocircuitati tra loro. La tensione su entrambi i canali è di 2,5 volt.

Diagnosi con il multimetro:
Misurare i livelli di tensione del bus CAN con il multimetro non è saggio. Il multimetro visualizza valori medi a molte tensioni diverse, quindi non è possibile effettuare una diagnosi corretta. Per misurare le tensioni è necessario utilizzare l'oscilloscopio.

Possiamo usare il multimetro per misurare le resistenze di (solo) una rete CAN ad alta velocità con resistori terminali. Le misurazioni seguenti mostrano la resistenza ohmica in tre diverse situazioni: un sistema correttamente funzionante, un filo aperto e un cortocircuito tra CAN-high e CAN-low. In una rete di livello medio/basso (comfort), i resistori di terminazione vengono utilizzati raramente e queste misurazioni non possono essere eseguite.

Senza interferenze:
Pagina aperta CAN bus viene descritto che nella rete sono presenti due resistori terminali. Le resistenze terminali hanno entrambe una resistenza di 120 ohm. In un sistema senza problemi misureremo una resistenza sostitutiva di 60 ohm tra CAN-alto e CAN-basso.

Nota: possiamo misurarlo solo se l'alimentazione elettrica di tutte le unità di controllo è disattivata!

Interruzione:
In caso di interruzione di un cavo CAN-high o CAN-low non misuriamo più la resistenza sostitutiva di 60 ohm. Nella figura misuriamo solo il valore del resistore R2 (120 ohm).

Corto circuito:
Nella situazione in cui i fili del bus CAN si collegano tra loro (cioè sono in cortocircuito tra loro), misuriamo un valore di resistenza di circa 0 ohm.

Al guasto successivo entrambi i cavi CAN vengono interrotti. Ora ci saranno molte interferenze (rumore) sull'autobus. I nodi 1, 3 e 4 possono comunicare tra loro a condizione che l'interferenza e la riflessione siano troppo grandi, causando la distorsione dei messaggi. Pertanto, anche i nodi 2 e 5 possono comunicare tra loro soggetti allo stesso problema.

Alcune reti CAN funzionano anche quando un filo è interrotto. I codici di errore verranno memorizzati e il conducente verrà informato tramite spie tramite messaggi provenienti da vari sistemi. Queste sono le reti dotate di un ricetrasmettitore CAN Fault Tolerante. A seconda del ricetrasmettitore utilizzato possono verificarsi diversi tipi di errori senza perdita di comunicazione tra i nodi. Questi ricetrasmettitori CAN possono funzionare normalmente anche con i guasti sopra menzionati con cortocircuiti verso positivo e massa (ovviamente con diversi messaggi di errore).

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