Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Diagnoza Sygnały magistrali CAN o niskiej/średniej prędkości
- Diagnostyka Magistrala CAN sygnalizuje dużą prędkość
- Diagnoza za pomocą multimetru
Przedmowa:
Jeżeli istnieje podejrzenie, że doszło do awarii magistrali CAN, diagnozę można postawić m.in. poprzez pomiar poziomów napięć na przewodach.
Treść komunikatu magistrali CAN nie jest początkowo istotna. Pomiary na przewodach magistrali CAN możemy wykonać zarówno za pomocą multimetru, jak i oscyloskopu. Pomiary multimetrem mają pewne ograniczenia; przy pomiarze napięć wskazywana jest tylko wartość średnia. Multimetr jest wystarczający w ograniczonym zakresie do pomiaru przerwy lub zwarcia. Oscyloskop jest niezbędny do pomiaru poziomów napięcia i oceny, czy sygnał ma czystą ścieżkę.
Na tej stronie wyjaśniono, jak działa system magistrali CAN i jaka jest struktura komunikatów Autobus CAN. Ta strona skupia się na pomiarach magistrali CAN za pomocą oscyloskop i multimetr oraz opisano możliwe usterki i przyczyny.
Diagnoza sygnałów magistrali CAN o niskiej/średniej prędkości:
Za pomocą oscyloskopu dwukanałowego można jednocześnie mierzyć wartości CAN-high i CAN-low względem masy. Dwa poniższe obrazy oscyloskopowe przedstawiają sygnał magistrali CAN autobusu Comfort. Nazywa się to również „niską prędkością” lub „średnią prędkością”. Często spotykamy tę sieć w elektronice zapewniającej komfort, na przykład w elektronice drzwi, BCM, sterowniku klimatyzacji i tablicy rozdzielczej. Napięcia są następujące:
- CAN-low: w spoczynku 0 V, aktywne 4 V;
- CAN-high: stan jałowy 5 V, aktywny 1 V.
Gdy ustawimy linie zerowe obu kanałów pomiarowych na tę samą wysokość osi Y, sygnały łączą się. Dlatego w celu odczytu zaleca się przesunięcie osi Y CAN-low w górę. Na drugim obrazku poniżej linie zerowe zmieniły wysokość, dzięki czemu można właściwie porównać profil napięcia wysokiego i niskiego poziomu CAN.
Uwaga: sieci CAN o niskiej i średniej prędkości często nie są wyposażone w rezystory terminujące, w przeciwieństwie do sieci CAN o dużej prędkości. Dlatego też pomiary wykonane w przypadku usterki również się różnią. W tej sekcji przedstawiono możliwe zakłócenia w sieci o niskiej i średniej prędkości, a w następnej części o sieci o dużej prędkości.
CAN-high zwarty do masy:
W CAN high występuje zwarcie do masy. Jeśli izolacja jest uszkodzona, okablowanie może zetknąć się z nadwoziem lub w ECU może nastąpić zwarcie do masy.
W poniższym pomiarze widzimy linię stałego napięcia na kanale B, która wynosi 0 woltów.
CAN-low zwarty do masy:
W CAN-low występuje zwarcie do masy. Jeśli izolacja jest uszkodzona, okablowanie może zetknąć się z nadwoziem lub w ECU może nastąpić zwarcie do masy.
W poniższym pomiarze widzimy linię stałego napięcia na kanale A, która wynosi 0 woltów.
CAN-high zwarty do plusa:
W CAN high znajduje się pozytywne zamknięcie. Jeśli izolacja wielu przewodów w wiązce przewodów zostanie uszkodzona, przewody mogą stykać się ze sobą lub w ECU nastąpi zwarcie z plusem.
W dwóch poniższych pomiarach widzimy:
- Przekroczenie zakresu kanału: należy zwiększyć zakres napięcia kanału B (czerwony);
- Na kanale B widzimy (w zakresie 20 V) linię stałego napięcia, równą napięciu akumulatora.
CAN-low zwarty do plusa:
CAN-low ma obwód dodatni. Jeśli izolacja wielu przewodów w wiązce przewodów zostanie uszkodzona, przewody mogą stykać się ze sobą lub w ECU nastąpi zwarcie z plusem.
W dwóch poniższych pomiarach widzimy:
- Przekroczenie zakresu kanału: należy zwiększyć zakres napięcia kanału A (niebieski);
- Na kanale A widzimy (w zakresie 20 V) linię stałego napięcia, równą napięciu akumulatora.
Zwarcie CAN-high z CAN-low:
CAN-low zmienia się na profil napięcia CAN-high, gdy są one ze sobą połączone. Zwarcie pomiędzy CAN-high i CAN-low może wystąpić w okablowaniu, w przypadku zużycia izolacji obu przewodów magistrali CAN lub z powodu uszkodzenia płytki drukowanej ECU.
Na obrazku poniżej widzimy pomiar dwukanałowy, w którym wysoki i niski poziom CAN są ze sobą zwarte.
W przypadku CAN-high komunikacja czasami spada:
Komunikacja z jedną jednostką sterującą w CAN high została przerwana. Ta jednostka sterująca nie wysyła i nie odbiera danych poprzez CAN-high, ale CAN-low nadal działa. Oznacza to, że komunikacja i czytanie pozostają możliwe.
Po odłączeniu wtyczki odpowiedniej jednostki sterującej dane CAN-low również znikają i różnica między CAN-high i CAN-low nie jest już widoczna.
Na poniższym obrazku widać, że CAN-high pozostaje w pewnym miejscu zagłębiony, podczas gdy dane są przesyłane przez CAN-low.
W przypadku CAN-low komunikacja czasami spada:
Komunikacja z jedną jednostką sterującą w CAN-low została przerwana. Ta jednostka sterująca nie wysyła i nie odbiera danych poprzez CAN-low, ale CAN-high nadal działa. Oznacza to, że komunikacja i czytanie pozostają możliwe.
Po odłączeniu wtyczki odpowiedniej jednostki sterującej dane CAN-high również znikają i różnica między CAN-high i CAN-low nie jest już widoczna.
Na poniższym obrazku widzimy, że CAN-low pozostaje w pewnym momencie recesywny, podczas gdy dane są przesyłane przez CAN-high.
Diagnostyka magistrali CAN sygnalizuje dużą prędkość:
Sterowniki, dla których duża prędkość komunikacji ma ogromne znaczenie, wyposażone są w szybką sieć CAN. Dotyczy to na przykład sterownika silnika spalinowego, automatycznej skrzyni biegów, ABS/ESP/EBS i poduszek powietrznych. Sieć o dużej prędkości jest zawsze wyposażona w rezystory końcowe. Dlatego usterki w okablowaniu i ECU powodują również inny profil napięcia, co czasami może utrudniać diagnozę niż w przypadku sieci komfortowej. Jak zawsze, zanim przystąpimy do awarii, najpierw wyświetlana jest sytuacja bezproblemowa.
Napięcia w sieci dużej prędkości są następujące:
- CAN-high: na biegu jałowym 2,5 V, aktywny 3,5;
- CAN-low: stan jałowy 2,5 V, aktywny 1,5 V.
Gdy zarówno wysokie, jak i niskie napięcie CAN wynoszą 2,5 V, magistrala jest recesywna (w stanie spoczynku). Kiedy wysoki poziom CAN wzrasta, a niski poziom CAN spada, magistrala staje się dominująca i tworzy się bit. Poniższy obraz przedstawia zrzut ekranu prawidłowego sygnału szybkiej magistrali CAN.
Gdy taki sygnał zostanie zmierzony i widoczne są duże zakłócenia, zaleca się wyjęcie ładowarki z pojazdu i podłączenie oscyloskopu do masy pojazdu (lunety samochodowe mają z tyłu złącze „masy”) i sygnał może być czystszy dzięki częstotliwości próbkowania. Częstotliwość próbkowania wygładza sygnał, więc jeśli odbiega zbytnio od wartości standardowej, sygnał CAN może być zbyt mocno zniekształcony.
Dla przejrzystości na poniższym obrazku poziom CAN-high jest czerwony, a CAN-low jest niebieski.
CAN-high zwarty do masy:
W CAN high występuje zwarcie do masy. Jeśli izolacja jest uszkodzona, okablowanie może zetknąć się z nadwoziem lub w ECU może nastąpić zwarcie do masy.
W poniższym pomiarze widać, że CAN-high (czerwony) wynosi dokładnie 0 V, ponieważ ma zwarcie do masy. CAN-low (niebieski) znajduje się nieco powyżej linii zerowej. Po powiększeniu tego sygnału stanie się to jeszcze wyraźniejsze. Ponieważ wartość CAN-high wynosi dokładnie 0 V, a wartość CAN-low jest o kilka dziesiątych V wyższa, możemy stwierdzić, że CAN-high ma zwarcie z masą.
CAN-low zwarty do masy:
W CAN-low występuje zwarcie do masy. Jeśli izolacja jest uszkodzona, okablowanie może zetknąć się z nadwoziem lub w ECU może nastąpić zwarcie do masy.
Z poniższego pomiaru wynika, że wartość CAN-low wynosi 0 woltów. Chociaż widać pewien szum, możemy go zignorować. CAN-low jest zwarty do masy. Widzimy, że linia wysokiego napięcia CAN stale rośnie, ale to nie wystarczy, aby rozpocząć komunikację. Obraz oscyloskopu pokazuje również, że CAN-low ma zawsze niższe napięcie niż CAN-high (czerwony jest zawsze nieco wyższy niż niebieski), co oznacza, że możemy założyć, że CAN-low jest zwarty do masy.
CAN-high zwarty do plusa:
W CAN high znajduje się pozytywne zamknięcie. Jeśli izolacja wielu przewodów w wiązce przewodów zostanie uszkodzona, przewody mogą stykać się ze sobą lub w ECU nastąpi zwarcie z plusem.
Na poniższym obrazku widzimy zjawisko przypominające sytuację, w której doszło do zwarcia CAN-low do masy. Napięcie CAN-high (czerwone) wzrosło do napięcia pokładowego wynoszącego około 12 woltów. Napięcie CAN-low (niebieski) również wzrosło i nadal próbuje się komunikować, obniżając sygnał. Ponieważ nie nawiązano komunikacji, ujemne wartości szczytowe napięcia nadal się powtarzają.
CAN-low zwarty do plusa:
CAN-low ma obwód dodatni. Jeśli izolacja wielu przewodów w wiązce przewodów zostanie uszkodzona, przewody mogą stykać się ze sobą lub w ECU nastąpi zwarcie z plusem.
Z poniższego pomiaru wynika, że wartości CAN-high i CAN-low wynoszą około 12 woltów. Jednakże napięcie CAN-low jest o około 200 mV wyższe niż CAN-high. CAN-low podniósł razem z nim CAN-high. Oznacza to, że CAN-low jest zwarty z plusem.
Zwarcie CAN-high z CAN-low:
CAN-low zmienia się na profil napięcia CAN-high, gdy są one ze sobą połączone. Zwarcie pomiędzy CAN-high i CAN-low może wystąpić w okablowaniu, w przypadku zużycia izolacji obu przewodów magistrali CAN lub z powodu uszkodzenia płytki drukowanej ECU.
Na obrazku poniżej widzimy pomiar dwukanałowy, w którym CAN-high i CAN-low są ze sobą zwarte. Napięcie na obu kanałach wynosi 2,5 V.
Diagnoza za pomocą multimetru:
Pomiar poziomów napięcia magistrali CAN za pomocą multimetru jest nierozsądny. Multimetr wyświetla wartości średnie przy wielu różnych napięciach, przez co nie można postawić prawidłowej diagnozy. Do pomiaru napięć należy użyć oscyloskopu.
Multimetru możemy używać do pomiaru rezystancji (tylko) szybkiej sieci CAN z rezystorami końcowymi. Poniższe pomiary pokazują rezystancję omową w trzech różnych sytuacjach: prawidłowo działający system, przerwa w przewodzie i zwarcie pomiędzy CAN-high i CAN-low. W sieci niskiej/średniej (komfortowej) rezystory terminujące są rzadko stosowane i nie można przeprowadzić takich pomiarów.
Bez zakłóceń:
Strona op Magistrala CAN opisano, że w sieci znajdują się dwa rezystory terminujące. Obydwa rezystory zakończeniowe mają rezystancję 120 omów. W bezproblemowym systemie zmierzymy rezystancję zastępczą wynoszącą 60 omów pomiędzy CAN-high i CAN-low.
Uwaga: możemy to zmierzyć tylko wtedy, gdy zasilanie wszystkich jednostek sterujących jest wyłączone!
Przerwanie:
W przypadku przerwy w przewodzie CAN-high lub CAN-low nie mierzymy już rezystancji zastępczej wynoszącej 60 omów. Na rysunku mierzymy tylko wartość rezystora R2 (120 omów).
Zwarcie:
W sytuacji, gdy przewody magistrali CAN łączą się ze sobą (tj. są ze sobą zwarte) mierzymy wartość rezystancji wynoszącą około 0 omów.
Podczas następnej usterki oba przewody CAN zostają przerwane. W autobusie będzie teraz dużo zakłóceń (hałasu). Węzły 1, 3 i 4 mogą się ze sobą komunikować pod warunkiem, że zakłócenia i odbicia będą zbyt duże, co spowoduje zniekształcenie komunikatów. Zatem węzły 2 i 5 mogą również komunikować się ze sobą w przypadku tego samego problemu.
Niektóre sieci CAN działają również w przypadku przerwania jednego przewodu. Kody błędów zostaną zapisane, a kierowca zostanie poinformowany za pomocą lampek ostrzegawczych poprzez komunikaty z różnych systemów. Są to sieci wyposażone w transceiver CAN typu Fault Tolerante. W zależności od użytego transiwera mogą wystąpić różne rodzaje błędów bez utraty komunikacji pomiędzy węzłami. Te transceivery CAN mogą również działać normalnie z wyżej wymienionymi błędami ze zwarciami do plusa i masy (oczywiście z różnymi komunikatami o błędach).
Powiązana strona:
