Подключение к кан шине автомобиля. Разновидности и маркировка

CAN-шина — устройство, облегчающее управление машиной за счет обмена информацией с другими системами авто. Передача данных от одного автомобильного блока к другому осуществляется по специальным каналам с использованием шифрования.

[ Скрыть ]

Что такое CAN-шина

Электронный КАН-интерфейс в авто представляет собой сеть контроллеров, использующихся для объединения всех управляющих модулей в единую систему.

Данный интерфейс представляет собой колодку, с которой можно соединять посредством проводов блоки:

• противоугонного комплекса, оборудованного функцией автозапуска либо без нее;
• системы управления мотором машины;
• антиблокировочного узла;
• системы безопасности, в частности, подушек;
• управления автоматической коробкой передач;
• контрольного щитка и т. д.

Устройство и где находится шина

Конструктивно CAN-шина представляет собой блок, выполненный в пластиковом корпусе, либо разъем для подсоединения кабелей. Цифровой интерфейс состоит из нескольких проводников, которые называются CAN. Для подключения блоков и устройств используется один кабель.

Место монтажа устройства зависит от модели транспортного средства. Обычно этот нюанс указывается в сервисном руководстве. СAN-шина устанавливается в салоне автомобиля, под контрольным щитком, иногда может располагаться в подкапотном пространстве.

Как работает?

Принцип работы автоматической системы заключается в передаче закодированных сообщений. В каждом из них имеется специальный идентификатор, являющийся уникальным. К примеру, «температура силового агрегата составляет 100 градусов» или «скорость движения машины 60 км/ч». При передаче сообщений все электронные модули будут получать соответствующую информацию, которая проверяется идентификаторами. Когда данные, передающиеся между устройствами, имеют отношение к конкретному блоку, то они обрабатываются, если нет — игнорируются.

Длина идентификатора CAN-шины может составить 11 либо 29 бит.

Каждый передатчик информации одновременно выполняет считывание данных, передающихся в интерфейс. Устройство с более низким приоритетом должно отпустить шину, поскольку доминантный уровень с высоким показателем искажает его передачу. Одновременно пакет с повышенным значением остается нетронутым. Передатчик, который потерял связь, спустя определенное время ее восстанавливает.

Интерфейс, подключенный к сигналке или модулю автоматического запуска, может функционировать в разных режимах:

1. Фоновый, который называется спящим или автономным. Когда он запущен, все основные системы машины отключены. Но при этом на цифровой интерфейс поступает питание от электросети. Величина напряжения минимальная, что позволяет предотвратить разряд аккумуляторной батареи.
2. Режим запуска или пробуждения. Он начинает функционировать, когда водитель вставляет ключ в замок и проворачивает его для активации зажигания. Если машина оборудована кнопкой Старт/Стоп, это происходит при ее нажатии. Выполняется активация опции стабилизации напряжения. Питание подается на контроллеры и датчики.
3. Активный. При активации этого режима процедура обмена данными осуществляется между регуляторами и исполнительными устройствами. Параметр напряжения в цепи увеличивается, поскольку интерфейс может потреблять до 85 мА тока.
4. Деактивация или засыпание. Когда силовой агрегат останавливается, все системы и узлы, подключенные к шине CAN, перестают функционировать. Выполняется их деактивация от электрической сети транспортного средства.

Характеристики

Технические свойства цифрового интерфейса:

• общее значение скорости передачи информации составляет около 1 Мб/с;
• при отправке данных между блоками управления различными системами этот показатель уменьшается до 500 кб/с;
• скорость передачи информации в интерфейсе типа «Комфорт» — всегда 100 кб/с.

Канал «Электротехника и электроника для программистов» рассказал о принципе отправки пакетных данных, а также о характеристиках цифровых адаптеров.

Виды CAN-шин

Условно CAN-шины можно разделить между собой на два типа в соответствии с использующимися идентификаторами:

1. КАН2, 0А. Так маркируются цифровые устройства, которые могут функционировать в 11-битном формате обмена данными. Этот тип интерфейсов по определению не может выявить ошибки на сигналы от модулей, работающих с 29 бит.
2. КАН2, 0В. Так маркируются цифровые интерфейсы, функционирующие в 11-битном формате. Но ключевая особенность состоит в том, что данные об ошибках будут передаваться на микропроцессорные устройства, если обнаруживается идентификатор на 29 бит.

CAN-шины могут делиться на три категории в соответствии с видом:

1. Для силового агрегата автомобиля. Если подключить к нему такой тип интерфейса, это позволит обеспечить быструю связь между управляющими системами по дополнительному каналу. Предназначение шины заключается в синхронизации работы ЭБУ двигателя с другими узлами. Например, коробкой передач, антиблокировочной системой и т. д.
2. Устройства типа Комфорт. Такая разновидность цифровых интерфейсов используется для соединения всех систем данной категории. К примеру, электронной регулировки зеркал, подогрева сидений и т. д.
3. Информационно-командные интерфейсы. Имеют аналогичную скорость передачи информации. Используются для обеспечения качественной связи между узлами, необходимыми для обслуживания транспортного средства. К примеру, между электронным блоком управления и навигационной системой или смартфоном.

О принципе действия, а также о разновидностях цифровых интерфейсов рассказал канал «Электротехника и электроника для программистов».

Инструкция по подключению сигнализации по CAN-шине

При монтаже противоугонной системы простой вариант ее соединения с бортовой сетью — связать охранную установку с цифровым интерфейсом. Но такой метод возможен при наличии КАН-шины в автомобиле.

Чтобы произвести установку автосигнализации и подключить ее к CAN-интерфейсу, необходимо знать место монтажа блока управления системой.

Если сигналку ставили специалисты, то надо обратиться за помощью с этим вопросом на СТО. Обычно устройство располагается за приборной панелью автомобиля или под ней. Иногда установщики ставят микропроцессорный модуль в свободное пространство за бардачком или автомагнитолой.

Что понадобится?

Для выполнения задачи потребуется:

• мультиметр;
• канцелярский нож;
• изолента;
• отвертка.

Пошаговые действия

Процедура подключения противоугонной установки к CAN-шине осуществляется так:

1. Сначала надо убедиться, что все элементы охранного комплекса установлены и работают. Речь идет о микропроцессорном блоке, антенном модуле, сервисной кнопке, сирене, а также концевых переключателях. Если сигнализация имеет опцию автозапуска, надо убедиться в правильности монтажа этого устройства. Все элементы противоугонной установки подключаются к микропроцессорному блоку.
2. Выполняется поиск основного проводника, идущего к CAN-шине. Он более толстый и его изоляция обычно окрашена в оранжевый цвет.
3. Основной блок автосигнализации соединяется с данным контактом. Для выполнения задачи используется разъем цифрового интерфейса.
4. Производится монтаж блока управления охранной системы, если он не был установлен. Его следует разместить в сухом и недоступном для посторонних глаз месте. После монтажа устройство надо качественно зафиксировать, иначе в процессе движения на него будут оказывать негативное воздействие вибрации. В результате это приведет к быстрой поломке модуля.
5. Место соединения проводников тщательно изолируется, допускается использование термоусадочных трубок. Рекомендуется дополнительно обмотать изолентой провода. Это позволит увеличить их ресурс эксплуатации и не допустить стирания изоляционного слоя. Когда подключение будет выполнено, осуществляется проверка. Если возникли проблемы в передачи пакетных данных, с помощью мультиметра следует произвести диагностику целостности электроцепей.
6. На завершающем этапе выполняется настройка всех каналов связи, в том числе дополнительных, если они имеются. Это позволит обеспечить бесперебойную работу охранной системы. Для настройки используется сервисная книжка, входящая в комплектацию противоугонной установки.

Пользователь Sigmax69 рассказал о соединении охранного комплекса с цифровым интерфейсом на примере автомобиля Хендай Солярис 2017.

Неисправности

Поскольку CAN-интерфейс завязан со многими системами автомобиля, при поломке или некорректной работе одного из узлов в нем могут появиться неполадки. Их наличие отразится на функционировании основных агрегатов.

Признаки и причины

О появлении неисправностей могут сообщить такие «симптомы»:

• на приборной панели загорелись одновременно несколько значков без причины — подушки безопасности, рулевое управление, давление в системе смазки и т. д.;
• появился световой индикатор Check Engine;
• на контрольном щитке отсутствует информация о температуре силового агрегата, уровне топлива в баке, скорости т. д.

Причины, по которым могут возникнуть неисправности в работе CAN-интерфейса:

• обрыв проводки в одной из систем или повреждение электролиний;
• короткое замыкание в работе агрегатов на батарею или землю;
• повреждение резиновых перемычек на разъеме;
• окисление контактов, в результате чего нарушается передача сигнала между системами;
• разряд АКБ автомобиля либо падение величины напряжения в электросети, что связано с неправильным функционированием генераторной установки;
• замыкание систем CAN-high либо CAN-low;
• появление неисправностей в работе катушки зажигания.

Подробнее о поломках цифрового интерфейса и тестировании с использованием компьютера рассказал канал «KV Avtoservis».

Диагностика

Чтобы определить причину появления неполадок, потребуется тестер, рекомендуется использование мультиметра.

Процесс проверки:

1. Диагностика начинается с поиска проводника витой пары КАН-шины. Кабель имеет черную либо оранжево-серую изоляцию. Первый является доминантным уровнем, а второй — второстепенным.
2. С помощью мультиметра производится проверка величины напряжения на контактных элементах. При выполнении задачи зажигание нужно включить. Процедура тестирования позволит выявить напряжение в диапазоне от 0 до 11 вольт. На практике это обычно 4,5 В.
3. Выполняется отключение зажигания. От аккумулятора отсоединяется проводник с отрицательным контактом, предварительно гаечным ключом надо ослабить зажим.
4. Выполняется измерение параметра сопротивления между проводниками. О замыкании контактов можно узнать, если эта величина стремится к нулю. Когда диагностика показала, что сопротивление бесконечно, то в электролинии имеется обрыв. Проблема может заключаться непосредственно в контакте. Требуется более детально проверить разъем и все провода.
5. На практике замыкание обычно происходит из-за поломки управляющих устройств. Для поиска вышедшего из строя модуля следует поочередно отключить от питания каждый блок и выполнить проверку величины сопротивления.

Пользователь Филат Огородников рассказал о диагностике КАН-шины с использованием осциллографа.

Как сделать анализатор своими руками?

Самостоятельно выполнить сборку данного устройства сможет только профессионал в области электроники и электротехники.

Основные нюансы процедуры:

1. В соответствии со схемой на первом фото в галерее надо приобрести все элементы для разработки анализатора. На ней подписаны составляющие детали. Потребуется плата с контроллером STM32F103С8Т6. Понадобится электросхема стабилизированного регуляторного устройства и КАН трансивер МСР2551.
2. При необходимости в анализатор добавляется блютуз-модуль. Это позволит при эксплуатации девайса записать основную информацию на мобильное устройство.
3. Процедура программирования выполняется с использованием любой утилиты. Рекомендуется применение программ КАНХакер или Ардуино. Первый вариант более функциональный и имеет опцию фильтрации пакетных данных.
4. Для осуществления прошивки потребуется преобразовательное устройство USB-TTL, оно понадобится для отладки. Простой вариант — применение ST-Link второй версии.
5. Загрузив программу на компьютер, основной файл формата ЕХЕ необходимо прошить в контроллер с использованием программатора. После выполнения задачи ставится перемычка бутлоудера, а изготовленное устройство подключается к ПК через USB-выход.
6. Заливать прошивку в анализатор можно с использованием программного обеспечения MPHIDFlash.
7. Когда обновление ПО будет завершено, надо отсоединить провод и демонтировать перемычку. Производится установка драйверов. Если устройство собрано верно, то на компьютере оно будет определяться как COM-порт, это можно посмотреть в диспетчере задач.

Фотогалерея

Схема для разработки CAN-анализатора Основная плата для сборки устройства

Плюсы и минусы CAN-шин

Преимущества, которыми обладает цифровой интерфейс:

1. Быстродействие. Устройство может оперативно обмениваться пакетными данными между разными системами.
2. Высокая устойчивость к воздействию электромагнитных помех.
3. Все цифровые интерфейсы имеют многоуровневую систему контроля. Благодаря этому можно не допустить появления ошибок при передаче информации и ее приеме.
4. При работе шина сама раскидывает скорость по каналам в автоматическом режиме. Благодаря этому обеспечивается эффективная работа электронных систем транспортного средства.
5. Цифровой интерфейс является безопасным. Если к электронным узлам и системам автомобиля кто-то попытается получить незаконный доступ, шина автоматически заблокирует эту попытку.
6. Наличие цифрового интерфейса позволяет упрощенно произвести монтаж охранной системы на машину с минимальным вмешательством в штатную бортовую сеть.

Минусы, которыми обладает CAN-шина:

1. Некоторые интерфейсы имеют ограничения по объему информации, которая может передаваться. Этот недостаток будет весомым для современного автомобиля, «напичканного» электроникой. При добавлении дополнительных устройств на шину возлагается более высокая нагрузка. Из-за этого снижается время отклика.
2. Все пакетные данные, которые передаются по шине, имеют определенное назначение. Для полезной информации отводится минимальная часть трафика.
3. Если применяется протокол повышенного уровня, это станет причиной отсутствия стандартизации.

Видео «Ремонт CAN-интерфейса своими руками»

Пользователь Roman Brock рассказал о процедуре восстановления шины приборной панели в автомобиле Форд Фокус 2 рестайлинг.

CAN (Controller Area Network). Она была предложена Робертом Бошем (Robert Bosch) в 80-х годах для автомобильной промышленности, затем стандартизована ISO (ISO 11898) и SAE (Society of Automotive Engineers). (Описание стандартов и большой объем документации по CAN можно найти на сайте http://www.can-cia.de/) Сегодня большинство европейских автомобильных гигантов (например, Audi, BMW, Renault, Saab, Volvo, Volkswagen) используют CAN в системах управления двигателем, безопасности и обеспечения комфорта. В Европе в ближайшие годы будет введен единый интерфейс для систем компьютерной диагностики автомобиля. Это решение также разрабатывается на базе CAN, так что со временем в каждом автомобиле будет по крайней мере один узел этой сети.

Однако сети CAN используются и в таких сложных установках, как современные оптические телескопы с большим диаметром зеркала. Так как такие зеркала невозможно сделать монолитными, их сейчас делают составными, а управление отдельными зеркальцами (их может быть больше сотни) осуществляется сетью микроконтроллеров. Другие сферы применения - корабельные бортовые сети, управление системами кондиционирования воздуха, лифтами, медицинскими и промышленными установками. В мире уже установлено более 100 млн. узлов сетей CAN, ежегодный прирост составляет более 50%.

CAN представляет собой асинхронную последовательную шину, использующую в качестве среды передачи витую пару проводов (см. рисунок 1). При скорости передачи 1 Мбит/с длина шины может достигать 30 м. При меньших скоростях ее можно увеличить до километра. Если требуется большая длина, то ставятся мосты или повторители. Теоретически число подсоединяемых к шине устройств не ограничено, практически - до 64-х. Шина мультимастерная, т. е. сразу несколько устройств могут управлять ею.

Характеристики шины Controller Area Network (CAN)

Топология: последовательная шина, с обоих концов линии стоят заглушки (120 Ом)

Обнаружение ошибок: 15-битовый CRC-код

Локализация ошибок: различают ситуации с постоянной ошибкой и временной; устройства с постоянной ошибкой отключаются

Текущая версия: CAN 2.0B

Скорость передачи: 1 Мбит/с

Длина шины: до 30 м

Количество устройств на шине: ~ 64 (теоретически неограничено)

На рынке CAN присутствует в двух версиях: версия А задает 11-битную идентификацию сообщений (т. е. в системе может быть 2048 сообщений), версия B - 29-битную (536 млн. сообщений). Отметим, что версия В, часто именуемая FullCAN, все больше вытесняет версию А, которую называют также BasicCAN.

Сеть CAN состоит из узлов с собственными тактовыми генераторами. Любой узел сети CAN посылает сообщение всем системам, подсоединенным к шине, таким, как приборная доска или подсистема определения температуры бензина в автомобиле, а уж получатели решают, относится ли данное сообщение к ним. Для этого в CAN имеется аппаратная реализация фильтрации сообщений.

Каждый подключенный к CAN-шине блок имеет определенное входное сопротивление, в результате образуется общая нагрузка шины CAN. Общее сопротивление нагрузки зависит от числа подключенных к шине электронных блоков управления и исполнительных механизмов. Так, например, сопротивление блоков управления, подключенных к CAN-шине силового агрегата, в среднем составляет 68 Ом, а системы "Комфорт" и информационно-командной системы - от 2,0 до 3,5 кОм.

Следует учесть, что при выключении питания происходит отключение нагрузочных сопротивлений модулей, подключенных к CAN-шине.

Системы и блоки управления автомобиля имеют не только различные нагрузочные сопротивления, но и скорости передачи данных, все это может препятствовать обработке разнотипных сигналов.

Для решения данной технической проблемы используется преобразователь для связи между шинами.

Такой преобразователь принято называть межсетевым интерфейсом, это устройство в автомобиле чаще всего встроено в конструкцию блока управления, комбинацию приборов, а также может быть выполнено в виде отдельного блока.

Также интерфейс используется для ввода и вывода диагностической информации, запрос которой реализуется по проводу "К", подключенному к интерфейсу или к специальному диагностическому кабелю CAN-шины.

В данном случае большим плюсом в проведении диагностических работ является наличие единого унифицированного диагностического разъема (колодка OBD).

Следует учесть, что на некоторых марках автомобилей, например, на Volkswagen Golf V, CAN-шины системы "Комфорт" и информационно-командная система не соединены межсетевым интерфейсом.

В таблице представлены электронные блоки и элементы, относящиеся к CAN-шинам силового агрегата, системы "Комфорт" и информационно-командной системы. Приведенные в таблице элементы и блоки по своему составу могут отличаться в зависимости от марки автомобиля.

Диагностика неисправностей CAN-шины производится с помощью специализированной диагностической аппаратуры (анализаторы CAN-шины) осциллографа (в том числе, со встроенным анализатором шины CHN) и цифрового мультиметра.CAN шина силового агрегата

Электронный блок управления двигателя

Электронный блок управления КПП

Блок управления подушками безопасности

Электронный блок управления АБС

Блок управления электроусилителя руля

Блок управления ТНВД

Центральный монтажный блок

Электронный замок зажигания

Датчик угла поворота рулевого колеса

CAN-шина системы "Комфорт"

Комбинация приборов

Электронные блоки дверей

Электронный блок контроля парковочной системы

Блок управления системы "Комфорт"

Блок упрввления стеклоочистителей

Контроль давления в шинах

CAN-шина информационно-командной

Комбинация приборов

Система звуковоспроизведения

Информационная система

Навигационная система

Как правило работы по проверке работы CAN-шины начинают с измерения сопротивления между проводами шины. Необходимо иметь в виду, что CAN-шины системы "Комфорт" и информационно-командной системы, в отличие от шины силового агрегата, постоянно находятся под напряжением, поэтому для их проверки следует отключить одну из клемм аккумуляторной батареи.

Основные неисправности CAN-шины в основном связаны с замыканием/обрывом линий (или нагрузочных резисторов на них), снижением уровня сигналов на шине, нарушениями в логике ее работы. В последнем случае поиск дефекта может обеспечить только анализатор CAN-шины.

В мире производится множество типов контроллеров CAN. Их объединяет общая структура - каждый контроллер имеет обработчик протокола (CAN protocol handler), память для сообщений, интерфейс с ЦП. Во многих популярных однокристальных микропроцессорах есть встроенный контроллер шины CAN.

Поддержкой технологии CAN занимается некоммерческая международная группа CiA (CAN in Automation, http://www.can-cia.de/), образованная в 1992 г. и объединяющая пользователей и производителей технологии CAN. Группа предоставляет техническую, маркетинговую и продуктовую информацию. Осенью 1999 г. в CiA было около 340 членов. Она также занимается разработкой и поддержкой различных базирующихся на CAN протоколов высокого уровня, таких, как CAL (CAN Application Layer), CAN Kingdom, CANopen и DeviceNet. Кроме того, члены группы дают рекомендации, касающиеся дополнительных свойств физического уровня, например скорости передачи и назначения штырьков в разъемах.

В будущее эта шина развивается в нескольких направлениях. В новом проекте стандарта будет увеличена скорость передачи данных, так как в автомобиле появилось много компьютерных подсистем, связанных с передачей аудио- и видеоинформации. Повышение надежности требует введения так называемой двойной (дублированной) шины CAN. Другие изменения достаточно кардинальны и вызваны появлением нового протокола, рассмотренного ниже.

15.Устройство и принцип действия форсунки Коммон-Ройл. Электро-гидро-механическая форсунка (будем далее ее называть ЭГМ-форсунка) – самый интересный элемент во всей этой конструкции.

«Электро» - потому что она управляется ECU.

«Гидро» - потому что в нее «заходит» как и топливо, так и масло. И то и другое под высоким давлением.

«Механическая» - потому что внутри движутся механические части.

ЭГМ-форсунка вставляется вертикально в головку блока цилиндров таким образом, что бы совпали отверстия (на рисунке они обозначены красным и синим на «теле» форсунки) на форсунке и отверстия на "топливо-масляной рейке". Далее "легким движением руки" форсунка "защелкивается" на два уплотнения и крепится "болтиком на 12". Все очень просто и доступно. На рисунке выше приведен немного другой тип форсунок системы Common Rail.

При начале вращении двигателя, через шестеренчатый привод начинает вращаться и ТНВД (назовем его так или – «топливный аккумулятор») начинает создавать давление.

Давление как топлива, так и масла.

Топливо через систему фильтров забирается из топливного бака, а масло - из картера, через такую же систему фильтров.

По своим гидролиниям (и через «топливо-масляную рейку»), топливо и масло попадают в форсунку.

Теперь самое интересное: форсунка открывается по сигналам ECU.

Пока нет сигнала, и топливо, и масло «стоят перед форсункой", им деваться некуда (давление и того и другого может составлять 150 - 200 и намного более кг\см2).

Но как только сигнал от ECU поступает на электромагнитную форсунку, то происходит СЛОЖЕНИЕ СИЛ – давления масла и электромагнита, и запорная игла форсунки приподнимается на то время, на какое рассчитан управляющий импульс.

Происходит впрыск топлива в камеру сгорания.

Импульс исчез, и сильно подпружиненная запорная игла снова возвращается в свое исходное положение.

То есть: конструкция ЭГМ-форсунки рассчитана таким образом, что для впрыска топлива необходимо иметь ДВЕ силы – самого электромагнита и давления масла

(происходит так называемое гидроусиление электромагнитного клапана).

Если не будет выполнено хотя бы одно условие, то форсунка не сработает. Или сработает «неправильно», топлива тогда будет впрыснуто или больше, или меньше. То есть – «нерасчетное» количество.

Вот это и есть самое главное и особенное отличие системы Common Rail от «обычных» дизельных двигателей.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИЛОВЫХ АГРЕГАТОВ И ТРАНСМИССИИ

Эксплуатация автомобилей при низких температурах. Поддержание теплового режима движения при безгаражном хранении

Причины и характер изнашивания ЦПГ. Диагностика ЦПГ

Причины и характер изнашивания КИМ. Диагностика КИМ

Причины и характер изнашивания топливной аппаратуры дизельных двигателей. Диагностика системы питания дизельного двигателя

Диагностирование системы охлаждения и системы зажигания карбюраторного двигателя

Гидравлическая коробка передач. Устройство и принцип гидротрансформатора, его характеристики, виды гидротрансформаторов

Механические коробки передач, виды, требования и диагностика

Дифференциация. Назначение и типы требования к дифференциалу

Количественная оценка состояния автомобилей и показателей эффективности их эксплуатации

Основные факторы, влияющие на расход топлива автомобилями. Влияние ТО на экономию топлива. Нормирование расхода топлива на АТП

Виды полуосей автомобиля и требования к ним. Виды мостов автомобилей

ТЭСАТ 1.Эксплуатация автомобилей при низких температурах. Поддержание теплового режима движения при безгаражном хранении.

Затруднения пуска двигателей возникает из-за сложности создания пусковой частоты вращения коленчатого вала, ухудшения условий смесеобразования и воспламенения смеси. Для надежного пуска двигателя скорость проворачивания или частота вращения коленчатого вала должна быть равной или превышать минимальную частоту вращения, обеспечивающую процесс подготовки горючей смеси в карбюраторе. Эта величина сильно зависит от окружающей среды.

При снижении температуры масла значительно увеличивается его вязкость, в результате чего увеличивается сопротивление прокручивания коленчатого вала и снижается скорость его вращения. Это, естественно, вызывает ухудшение условий воспламенения.

Снижение температуры электролита аккумуляторной батареи в значительной мере ухудшает энергетические возможности аккумулятора, а, следовательно, уменьшает и скорость проворачивания коленчатого вала и, в конечном итоге, ухудшает воспламенение топлива. При холодном пуске топливо хуже испаряется, т.к. испарение – процесс эндотермический, т.е. проходящий с поглощением теплоты.

Некоторые исследователи утверждают, что износ холодных двигателей в процессе пуска составляет 50-70% от общих эксплуатационных износов. В наиболее неблагоприятных условиях с точки зрения износов при низких температурах находятся агрегаты трансмиссии – коробка передач и задние мосты.

Снижение надежности машин при низких температурах вызывается рядом причин, эти причины в свою очередь приводят к увеличению частоты пусковых отказов, снижению долговечности элементов машин, ухудшению ремонтопригодности. Причиной поломок рессор является хладноломкость, возникающая при воздействии на материал низких температур. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур связана с увеличением расхода топлива, это объясняется:

Повышением сопротивления в агрегатах трансмиссии из-за загустевания смазки; - неполнотой сгорания, связанной с ухудшением испарения и распылевания топлива;

Необходимостью дополнительных затрат топлива на прогревы двигателя; - увеличением сопротивления качению колес при движении по зимней дороге.

Одним из широко распространенных способов подогрева или разогрева автомобильных двигателей при низких температурах является вода или парообогрев.

Воздухообогрев – один из наиболее распространенных способов безгаражного хранения автомобилей. Он используется широко на предприятиях Норильска, Челябинска, Тюмени. Для получения горячего воздуха и подачи его к обогреваемым автомобилям площадки безгаражного хранения оборудуются специальными установками, составными частями которой являются: устройство для подогрева и подачи воздуха (калориферные агрегаты), воздуховоды, соединительные рукава, для подвода воздуха к автомобильным агрегатам, система контроля и сигнализация.

Электрообогрев достаточно эффективен и позволяет осуществлять регулирование количества подаваемого к автомобилям тепла в широких пределах. Электрообогрев широко используется не только в нашей стране, но и за рубежом. При групповом обогреве автомобилей используют электрическую энергию от трансформаторов подстанции. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяются нагревательные элементы, которые можно разделить на 2 группы: с твердым проводником и жидкостные. В качестве твердых проводников используется сплавы нихром, фехраль, кантал, хромам, лучшим является нихром. Применяются электронагревательные элементы из твердых проводников с открытой или закрытой спиралью. Среди нагревателей с твердым проводником, хорошо себя зарекомендовали цилиндрические электронагреватели, у которых спираль монтируется внутри патрубка системы охлаждения.

Инфракрасный газовый обогрев. Обогревание двигателей осуществляется с помощью горелок инфракрасного излучения, применяется сравнительно недавно. Он основан на том, что инфракрасные лучи по природе своей являющиеся электромагнитными колебаниями с длиной волны до 1 мкм (конец видимого спектра) до 1 мм (наиболее короткие радиоволны) практически не поглощаются чистым воздухом, а металл обогреваемых агрегатов поглощает излучение и нагревается. Для этого разработаны специальные горелки, предназначенные для работы в стационарных условиях и передвижные. «Газоавтоматика», «Радиант». Горелки могут работать как на природном газе, так и на пропане.

К индивидуальным средствам и способам безгаражного хранения автомобилей относятся утеплительные чехлы, утепление агрегатов, утепление аккумуляторных батарей.

ТЭСАТ 2.Причины и характер изнашивания ЦПГ. Диагностика ЦПГ. 2. Интенсивность изнашивания зависит от очень большого количества факторов.

Основные факторы можно подразделить на конструкторские;

эксплуатационные.

К конструкторским факторам относятся:вид трения (сухое, жидкостное, граничное); вид металла (механические характеристики, химический состав, структура);

вид обработки металла (термообработка, различные виды упрочнений, насыщение поверхностного слоя другими металлами и т.д.).

К эксплуатационным факторам относятся:условия работы автомобиля; режим работы его сопряжений.

Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) является основным и важнейшим узлом трения ДВС. Внутренняя поверхность цилиндра, днище поршня и крышка образуют камеру сгорания. Боковая поверхность (зеркало цилиндра) служит направляющей для движения поршня.

Поршни ДВС, являясь подвижным элементом пары трения, работают в условиях высоких механических и тепловых нагрузок.

Блоки цилиндров обычно выполняют как коробчатую конструкцию с отверстиями для цилиндровых гильз и каналов охлаждающей среды.

По конструкции гильзы подразделяют на "мокрые", омываемые снаружи охлаждающей жидкостью, и "сухие", имеющие небольшую толщину стенок (2-4 мм), что позволяет без больших расходов применять качественные износостойкие материалы.

Диагностирование кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов двигателя

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) включает цилиндро-поршневую группу – гильзы цилиндров, поршни и поршневые кольца, коленчатый вал с шатунными и коренными подшипниками, шатуны со втулками, поршневые пальцы и маховик. Неисправности деталей этого механизма вызывают значительное изменение диагностических параметров: мощность двигателя падает на 15…20%, увеличивается угар масла и прорыв газов в картер, уменьшение компрессии, нарастают шум и вибрации, появляются стуки, резко увеличивается загрязнение картерного масла продуктами износа. Поэтому, основными параметрами, по которым определяют состояние цилиндро-поршневой группы, являются угар масла, количество прорывающихся в картер газов, компрессия, утечка сжатого газа, шумы, стуки, вибрации.

Угар масла определяется в эксплуатационных условиях. Для этого учитывают расход масла и расход топлива в течение нескольких контрольных смен. Однако этот метод, весьма приближённый, так как невозможно точно учесть расход масла. Имеют место утечки масла через неплотности сальников коленчатого вала и разъёмов картеров. Кроме того, угар масла в течение длительного времени работы двигателя изменяется незначительно и лишь при большом износе деталей цилиндропоршневой группы, в частности поршневых колец, начинает резко возрастать. Такой характер изменения угара масла в зависимости от наработки затрудняет прогнозирование остаточного ресурса. Наибольшее распространение для оценки состояния цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) получил способ определения количества газов, прорывающихся в картер. Этот метод более объективен и то-чен. Однако, при измерении количества газов ротаметром имеют место утечки части газов в атмосферу. Чтобы избежать этого, во время измерений газы из картера отсасывают, обеспечивая прохождение их только через измерительное устройство.

Измерение количества газов, прорывающихся в картер, осуще-ствляют индикатором КИ-13671. Индикатор устанавливают на двигатель и полностью открывают дроссель индикатора. Пускают двигатель и устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала. Поворотом крышки плавно перекрывают дроссельное отверстие до тех пор, пока поршень не займёт среднее положение относительно проточки на трубке сигнализатора. В этом положении считывают показания индикатора по цифре, находящейся против указателя на шкале крышки.

Разница в значениях компрессии у нового и изношенного двигателя возрастает с понижением частоты вращения коленчатого вала, поэтому компрессию следует определять при пусковой частоте вращения коленчатого вала. Для правильной сравнительной оценки состояния ЦПГ по компрессии должно быть соблюдено равенство и постоянство частоты вращения коленчатого вала и температуры стенок цилиндров при проверке каждого из них в отдельности. Соблюдение отмеченных условий не всегда представляется возможным, следовательно, компрессия является ориентировочным показателем состояния ЦПГ.

Примечание: перед подключением устройства КИ-13936 к масляной маги-страли у дизеля ЯМЗ-238НБ заменяют фильтрующий элемент.

Перед прослушиванием объекта диагностирования автотестоскоп вынимают из футляра, ввёртывают наконечник и вставляют штеккер телефона в соответствующие гнёзда. Прикладывают наконечник к месту прослушивания, предварительно закрепив телефон на ухе. Если стуков не слышно, то меняют режим работы двигателя, отключают отдельные цилиндры или дросселируют выхлоп, перекрывая выпускную трубу. По характеру появившегося стука или шума в КШМ устанавливают причину неисправности и способ её устранения. Характер стуков изменяется с увеличением зазоров сопряжённых деталей и изменении режимов работы двигателя. При этом, количественная оценка зазоров зависит от слуховых качеств и опыта оператора.

ТЭСАТ 3. Причины и характер изнашивания КШМ. Диагностика КШМ . При прослушивании карбюраторных двигателей минимальная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу должна быть 400мин, а для дизеля 500 мин.

Для того чтобы на слух определить причину неисправности, необходимо знать характер стуков при различных неисправностях.

Неисправность поршней характеризуется глухим щёлкающим звуком, который прослушивается выше плоскости разъёма картера при резком уменьшении частоты вращении коленчатого вала сразу после пуска холодного двигателя.

На неисправность коренных подшипников указывает сильный глухой низкий звук, который прослушивается в плоскости разъёма картера двигателя при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.

При неисправности поршневого пальца слышен резкий звонкий высокий звук в зоне верхнего и нижнего положения поршневого пальца при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Не путать с детонационными стуками, которые проявляются при большом угле опережения зажигания и исчезают при его уменьшении.

Значительное снижение мощности двигателя происходит из-за увеличенного износа рабочих поверхностей деталей цилиндро – поршневой группы – поршня, гильзы цилиндра, компрессионных колец, а также неплотного прилегания клапанов к седлам, повреждения прокладки головки блока цилиндров или ослабление крепления головки блока цилиндров. Эти неисправности вызывают потерю компрессии, снижение давления в цилиндре в конце такта сжатия.Основными неисправностями КШМ являются:

Изнашивание, заклинивание, разрушение вкладышей;

Деформация постелей в блоке;-Деформация коленчатого вала; -Деформация и изнашивание отверстий нижней головки шатуна; -Обрыв шатуна или шатунных болтов;

Изнашивание втулки верхней головки шатуна;

Изнашивание подшипников балансирных валов;

Заклинивание или разрушение подшипников балансирных валов.Основными причинами неисправности ГРМ являются:

Нарушение тепловых зазоров между стержнями клапанов и носками коромысел;-Подгорание рабочих фасок клапанов и седел;-Потеря упругости или поломка пружин клапанов;

Повышенное изнашивание толкателей, штанг, коромысел, направляющих втулок клапанов, опорных шеек, втулок и кулачков распределительного вала, его упорного фланца и зубьев распределительного зубчатого колеса.

ТЭСАТ 4.Причины и характер изнашивания топливной аппаратуры дизельных двигателей. Диагностика системы питания дизельного двигателя. К системе питания дизелей относятся топливо- и воздухоподводящая аппаратура, выпускной газопровод и глушитель шума отработавших газов. В четырехтактных дизелях наибольшее распространение получила топливоподводящая аппаратура разделенного типа, у которой топливный насос высокого давления ТНВД и форсунки конструктивно выполнены отдельно и соединены трубопроводами. Топливоподача осуществляется по двум основным магистралям: низкого и высокого давления. Назначение механизмов и узлов магистрали низкого давления состоит в хранении топлива, его фильтрации и подачи под малым давлением к насосу высокого давления. Механизмы и узлы магистрали высокого давления обеспечивают подачу и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя.

Техническое состояние механизмов и узлов системы питания двигателя существенно влияет на его мощность и экономичность. Распространенными неисправностями системы питания являются: топливный бак – трещины на баке, негерметичность из-за коррозии;

топливопроводы – поломка, трещины на них, негерметичность в местах присоединения:

топливопроводов к топливным фильтрам, ТНВД, форсункам, засорение топливопроводов;топливные фильтры - их засорение;топливоподкачивающий насос - поломка пружин впускное и выпускного клапанов, отсутствие полной посадки клапанов в седла из-за попадания под них загрязнений, снижения упругости пружины поршня, износ поверхностей цилиндра и поршня; ТНВД - износ плунжерных пар, нарушение оптимальных регулировок насоса, износ сопряжения нагнетательный клапан - седло, поломка пружин нагнетательных клапанов и плунжеров, поломка пружин регулятора частоты вращения; форсунки - износ выходных отверстий, их закоксовывание и засорение, потеря упругости или поломка затяжной пружины, негерметичность сопряжения игла - распылитель.

Диагностика систем питания дизельных двигателей проводится методами ходовых и стендовых испытаний и оценки состояния механизмов и узлов системы после их демонтажа.

При диагностике методом ходовых испытаний определяют расход топлива при движении автомобиля с постоянной скоростью на мерном горизонтальном участке (1 км) шоссе с малой, интенсивностью движения. Чтобы исключить влияние подъемов и спусков, выбирают маятниковый маршрут, т. е. такой, на котором автомобиль движется до конечного пункта и возвращается по той же дороге. Количество израсходованного топлива измеряют с помощью расходомеров объемного типа. Диагностирование систем питания можно проводить и одновременно с испытанием тяговых качеств автомобиля на стенде с беговыми барабанами.

Токсичность отработавших газов двигателей проверяют на холостом ходу. Для дизельных двигателей при этом используются фотометры (дымомеры) или специальные фильтры.

Диагностирование системы питания дизельных двигателей включает в себя проверку герметичности системы и состояния топливных и воздушных фильтров, проверку топливо подкачивающего насоса, а также насоса высокого давления и форсунок.

Состояние топливных и воздушных фильтров проверяют визуально.Форсунки дизельного двигателя проверяют на стенде НИИАТ-1609 на герметичность, давление начала подъема иглы и качество распыливания топлива.

Перспективным методом диагностики топливной аппаратуры дизелей является измерение давления топлива и виброакустического импульса в звеньях топливоподающей системы. Для измерения давления между трубкой высокого давления и форсункой системы питания дизеля устанавливают датчик давления. Для измерения виброимпульсов на грани нажимной гайки трубки высокого давления монтируется соответствующий вибродатчик.

ТЭСАТ 5.Диагностирование системы охлаждения и системы зажигания карбюраторного двигателя. Система охлаждения двигателя обеспечивает его работу в оптимальном температурном режиме, равном 85-90°С, при различных условиях эксплуатации.

Характерными неисправностями системы охлаждения являются подтекания и недостаточная эффективность охлаждения двигателя. Первое происходит из-за повреждения шлангов их соединений, сальника водяного насоса, порчи прокладок, трещин, а второе - из-за пробуксовки ремня вентилятора или его обрыва, поломок водяного насоса, неисправности термостата, внутреннего или внешнего загрязнения радиатора, в результате образования накипи.

Признаками неисправности системы охлаждения служит перегрев двигателя и закипание охлаждающей жидкости в радиаторе. Они являются результатом длительной и большой нагрузки двигателя или неправильной регулировки системы зажигания или системы питания.

Диагностирование системы охлаждения двигателя заключается в определении ее теплового состояния и герметичности, проверке натяжения ремня вентилятора и работы термостата. Разность температур между верхним и нижним бачками радиатора при полностью прогретой системе охлаждения должна быть в пределах 8-12°С. Герметичность системы контролируют на холодном двигателе. Течь охлаждающей жидкости может быть обнаружена по следам подтеканий через сальник жидкостного насоса, в местах соединения патрубков и т.д. Герметичность проверяют под давлением 0,06 МПа.

Натяжение ремня 1 (см. рис.) привода вентилятора или жидкостного насоса проверяют замером прогиба ремня при нажатии посередине между шкивами с усилием примерно 30-40 Н. Прогиб должен быть в пределах 8-14 мм.

Работу термостата проверяют при замедленном прогреве двигателя после пуска или, наоборот - при быстром его прогреве и перегреве в процессе работы. Снятый термостат погружают в подогреваемую ванну с водой, контролируя температуру термометром. Момент начала и конца открытия клапана должен происходить соответственно при температурах 65-70 и 80-85"С. Неисправный термостат заменяют.Диагностика с применением 4-х компонентного газоанализатора.

Диагностирование карбюраторных и впрысковых двигателей не имеет принципиальных отличий. И карбюратор и система впрыска выполняют одну и ту же задачу, только последняя - на более современном, высоком уровне. Поэтому рассмотрим методику диагностики на примере карбюраторного двигателя, делая заметки для систем впрыска.

Проверку необходимо начинать с параметров холостого хода.

Завышенное содержание СО на холостом ходе (>1,5%) приводит к перерасходу топлива в городском цикле и провалу в начале движения дроссельной заслонки. Если не удаётся отрегулировать винтом качества смеси карбюратор на предмет снижения СО до необходимого уровня, то наиболее вероятными причинами могут быть:

1. повреждение уплотнительного кольца на винте качества

2. завышенный уровень топлива в поплавковой камере

3. увеличенный размер главного топливного жиклёра

4. заедание в приоткрытом состоянии заслонки во вторичной камере.

5. засорился воздушный фильтр или жиклёр.

Заниженное значение СО (<0,3%) вызывает "вялый" разгон, начальный провал и перерасход топлива, т.к приходится чаще дросселировать. А значение СО<0,1% вызывает "проскоки" искры, а значит увеличение содержания СН и, следовательно, перерасход топлива. Если не удаётся отрегулировать заниженное СО, то наиболее вероятны:

1. занижен уровень топлива в поплавковой камере

2. малая подача топлива в карбюратор

3. засорился главный топливный жиклёр или система холостого хода

Для систем впрыска:

1. недостаточние давление в топливной рампе (бензонасос, фильтр тонкой очистки, регулятор давления топлива)

СО - 1,0-2,5% - большой расход топлива при максимальной мощности на средних оборотах

Средние обороты - это трассовый цикл движения автомобиля. Большую часть времени двигатель работает именно на этих оборотах, и, соответственно, по ним определяется расход топлива.

Остаточное содержание углеводородов СН в выхлопных газах показывает качество сгорания ТВ-смеси. Чем полнее сгорает бензин, тем ниже содержание СН.

Данные параметры при "потраивании" четырёхцилиндрового двигателя говорят о том, что свеча в одном цилиндре не срабатывает:

А) каждое пятое искрообразованиеБ) каждое третье

В) каждое второе Г) свеча полностью не работает

Как правило, свечи начинают выходить из строя на холостом ходе. Поэтому при пропусках зажигания уменьшается доля СО и СО2, а доля О2 возрастает. Если при увеличении оборотов до средних характеристика восстанавливается полностью, то необходимо проверить свечи.

ТЭСАТ 6.Гидравлическая коробка передач.Устройство и принцип гидротрансформатора, его характеристики, виды гидротрансформаторов. АКПП состоит из:

1) Гидротрансформатор (ГТ) – соответствует сцеплению в механической трансмиссии, но не требует непосредственного управления со стороны водителя.

2) Планетарный ряд - соответствует блоку шестерен в механической коробке передач и служит для изменения передаточного отношения в автоматической трансмиссии при переключении передач.

3) Тормозная лента, передний фрикцион, задний фрикцион – компоненты, посредством которых осуществляется переключение передач.

4) Устройство управления. Этот узел состоит из маслосборника (поддон коробки передач), шестеренчатого насоса и клапанной коробки. Клапанная коробка представляет собой систему каналов с расположенными в них клапанами и плунжерами, которые выполняют функции контроля и управления. Это устройство преобразует скорость движения автомобиля, нагрузку двигателя и степень нажатия на педаль газа в гидравлические сигналы. На основе этих сигналов, за счет последовательного включения и выхода из рабочего состояния фрикционных блоков, автоматически изменяются передаточные отношения в коробке передач.

Гидротрансформатор (или torque converter в зарубежных источниках) служит для передачи крутящего момента непосредственно от двигателя к элементам автоматической коробки передач. Он установлен в промежуточном кожухе, между двигателем и коробкой передач и выполняет функции обычного сцепления. В процессе работы этот узел, наполненный трансмиссионной жидкостью, несет довольно высокие нагрузки и вращается с достаточно большой скоростью. Он не только передает крутящий момент, поглощает и сглаживает вибрации двигателя, но и приводит в действие масляный насос, находящийся в корпусе коробки передач. Масляный насос наполняет трансмиссионной жидкостью гидротрансформатор и создает рабочее давление в системе управления и контроля. Поэтому является неверным мнение о том, что автомобиль, оснащенный автоматической трансмиссией, можно завести принудительно, не используя стартер, а разогнав его до высокой скорости. Шестеренчатый насос получает энергию только от двигателя, и если двигатель не работает, то давление в системе управления и контроля не создается, в каком бы положении не находился рычаг выбора режима движения. Следовательно, принудительное вращение карданного вала не обязывает коробку передач работать, а двигатель - вращаться.

Планетарный ряд В отличие от простой механической трансмиссии, в которой используются параллельные валы и сцепляющиеся между собой шестерни, в автоматических трансмиссиях в подавляющем большинстве используются планетарные передачи.

Составные части фрикционаПоршень (piston) приводится в действие давлением масла. Двигаясь под давлением масла вправо (по рисунку), поршень посредством конического диска (dished plate) плотно прижимает ведущие диски пакета к ведомым, заставляя их вращаться как единое целое и осуществляя передачу крутящего момента от барабана к втулке. В корпусе самой коробки передач расположены несколько планетарных механизмов, они и обеспечивают необходимые передаточные отношения. А передача крутящего момента от двигателя через планетарные механизмы к колесам происходит с помощью фрикционных дисков, дифференциала и других сервисных устройств. Управление всеми этими устройствами осуществляется благодаря трансмиссионной жидкости через систему управления и контроля. Тормозная лента Устройство, используемое для блокировки элементов планетарного ряда.

Виды гидротрансформаторов. По конструктивным особенностям различают гидротрансформаторы: одноступенчатые и многоступенчатые, если в круге циркуляции имеется соответственно один или несколько рядов (ступеней) лопаток турбинного колеса; одноциркуляционные и многоциркуляционные, если в его состав входит соответственно один или несколько кругов циркуляции; простые и комплексные, если он не обладает или, наоборот, обладает свойством гидромуфты. В отечественном тепловозостроении имеются примеры выполнения и применения всех названных выше конструктивных видов гидротрансформаторов. Наряду с разделением гидротрансформаторов по конструктивным особенностям существует разделение их по так называемому свойству прозрачности: непрозрачные и прозрачные.

Под прозрачностью гидротрансформатора понимается его свойство оказывать влияние на режим нагрузки дизеля при изменении внешнего сопротивления движению поезда. На рис. б видно, что в непрозрачном гидротрансформаторе момент насосного колеса Мя (сплошная линия) при постоянной частоте вращения не изменяется при всех значениях момента турбинного колеса и его частоте вращения.

ТЭСАТ 7.Механические коробки передач, виды, требования и диагностика. Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.

В зависимости от числа ступеней различают следующие конструкции: четырехступенчатая коробка передач;

пятиступенчатая коробка передач; шестиступенчатая коробка передач; и выше.

Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.

Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальная коробка передач;

двухвальная коробка передач.

Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.

Устройство трехвальной механической коробка передач

Трехвальная коробка передач имеет следующее устройство:

ведущий (первичный) вал; шестерня ведущего вала;

промежуточный вал; блок шестерен промежуточного вала;

муфты синхронизаторов; механизм переключения передач;

картер (корпус) коробки передач.

Устройство двухвальной механической коробки передач

Двухвальная коробка передач имеет следующее устройство:

ведущий (первичный) вал; блок шестерен ведущего вала;

ведомый (вторичный) вал; блок шестерен ведомого вала;

муфты синхронизаторов; главная передача; дифференциал;

механизм переключения передач; картер коробки передач.

Уход и эксплуатация

При эксплуатации коробки передач необходимо следить за уровнем масла в картере и доливать его в случае необходимости. Полная замена масла производится в сроки, указанные в инструкции по эксплуатации автомобиля. При грамотном обращении с рычагом переключения передач и периодической замене масла в картере коробки, она не напоминает о себе практически до конца срока службы автомобиля. Обычно неисправности и поломки в коробке передач появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, то когда-нибудь обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы, да и сами валы с шестернями. Передачи надо переключать спокойным плавным движением, с небольшой паузой в нейтрали для того, чтобы сработали синхронизаторы.

Основные неисправности коробки передач:

Подтекание масла может быть следствием повреждения уплотнительных прокладок, сальников и ослабления крепления крышек картера;

Шум при работе коробки передач может возникнуть из-за неисправного синхронизатора, износа подшипников, шестерен и шлицевых соединений;

Затрудненное включение передач может происходить из-за поломок деталей механизма переключения, износа синхронизаторов или шестерен;

Самовыключение передач случается из-за неисправности блокировочного устройства, а также при сильном износе шестерен или синхронизаторов.

1.Шум в коробке передач

Повышенный шум работы КПП может быть вызван следующими причинами: износом зубьев шестерен;

износом подшипников; недостаточным уровнем масла

Устранить эти неисправности можно заменив изношенные детали и долив масло, уровень которого должен находиться между контрольными метками указателя уровня масла. При необходимости нужно заменить поврежденные или изношенные сальники.

2.Затрудненное переключения передач

Затрудненное переключения передач может быть вызвано следующими причинами:

Неполное выключение сцепления

Деформация тяги привода управления механизмом переключения передач или реактивной тяги

Ослабление винтов крепления шарнира или рычага штока выбора передач

Неправильная регулировка привода переключения передач

Износ или поломка пластмассовых деталей в прводе переключения передач

Для устранения этих неисправностей необходимо отрегулировать или заменить поврежденные или неисправные детали КПП.

3.Самопроизвольное выключение передач

При самопроизвольном выключении передач основными причинами могут быть:

Повреждение или износ торцев зубьев синхронизаторов на шестерне и муфте

Повышенные колебания силового агрегата на опорах из-за трещин или расслоение резины на задних опорах

Недовключение передач из-за неправильной регулировки привода переключения передачи неправильной установки (натягивания) защитного чехла тяги

Для устранения этих неисправностей необходимо заменить изношенные или поврежденные детали или отрегулировать привод.

4.Шум ("треск") в момент включения передач

Этот дефект может возникать в силу следующих причин:

Неполного включения сцепления

Износа блокирующего кольца синхронизатора включаемой передачи, которое необходимо заменить.

5.Утечка масла из КПП может возникнуть в следствии износа сальников первичного вала, корпусов шарниров равных угловых скоростей, штока выбора передач или уплотнителя валика привода спидометра. Также утечка масла возможна при ослаблении крепления и повреждении герметика в местах крепления крышки и картера коробки. Необходимо также проверить крепление сливной пробки.

ТЭСАТ 8.Дифференциация. Назначение и типы требования к дифференциалу. Назначение, принцип действия дифференциала.

Дифференциал предназначен для передачи крутящего момента от главной передачи к полуосям и позволяет им вращаться с разной скоростью при повороте автомобиля и на неровностях дороги.

На автомобилях применяют шестеренчатые конические дифференциалы (рис. а), которые состоят из полуосевых шестерен 3, сателлитов 4 и объединяющего их корпуса, прикрепленного к ведомой шестерне главной передачи.

Дифференциалы такого типа используют между колесами ведущих мостов как межколесные. Для различных автомобилей они отличаются конструкцией корпуса и числом сателлитов. Конические дифференциалы используют также и в качестве межосевых. В этом случае они распределяют крутящий момент между главными передачами ведущих мостов.

На рисунке для упрощения не показан корпус дифференциала, поэтому для рассмотрения принципа действия будем считать, что ось 1 сателлитов установлена в корпусе. При вращении ведущей шестерни 5 и ведомой шестерни 2 главной передачи крутящий момент передается на ось 1 сателлитов, далее через сателлиты 4 на полуосевые шестерни 3 и на полуоси 6.

При движении автомобиля по прямой и ровной дороге задние колеса встречают одинаковое сопротивление и вращаются с одинаковой частотой (рис. а). Сателлиты вокруг своей оси не вращаются и на оба колеса передаются одинаковые крутящие моменты. Как только условия движения изменяются, например на повороте (рис. б), левая полуось начинает вращаться медленнее, так как колесо с которым она связана, встречает большое сопротивление. Сателлиты приходят во вращение вокруг своей оси, обкатываясь по замедляющейся полуосевой шестерне (левой) и увеличивая частоту вращения правой полуоси. В результате правое колесо ускоряет свое вращение и проходит большой путь по дуге наружного радиуса.

Одновременно с изменением скоростей полуосевых шестерен происходит изменение крутящего момента на колесах - на ускоряющемся колесе момент падает. Так как дифференциал распределяет моменты на колеса поровну, то в этом случае на замедляющемся колесе происходит также уменьшение момента. В результате суммарный момент на колесах падает и тяговые свойства автомобиля снижаются. Это сказывается отрицательно на проходимости автомобиля при движении по бездорожью и скользким дорогам, т.е. одно из колес стоит на месте (допустим, в яме), а другое в это время буксует (по сырой земле, глине, снегу). Но на дорогах с хорошим сцеплением шестеренчатый конический дифференциал обеспечивает лучшую устойчивость и управляемость, а водителю не приходится менять каждый день напрочь изношенные шины.

Типы дифференциалов.-Самоблокирующиеся дифференциалы повышенного трения с частичной блокировкой.-Самоблокируемый червячный дифференциал типа «Квайф» (Quaife).

Автоматическая блокировка с использованием Вискомуфты в качестве "Slip Limiter".-Кулачковые и зубчатые автоматические блокировки.-Полная (100%-я) ручная блокировка..

Для повышения проходимости автомобиля при движении по бездорожью применяют дифференциалы с принудительной блокировкой или самоблокирующийся дифференциал.

Сущность принудительной блокировки состоит в том, что ведущий элемент (корпус) дифференциала в момент включения блокировки жестко соединяется с полуосевой шестерней. Для этого предусмотрено специальное дистанционное устройство с зубчатой муфтой.

Шина CAN – Введение

Протокол CAN является стандартом ISO (ISO 11898) в области последовательной передачи данных. Протокол был разработан с прицелом на использование в транспортных приложениях. Сегодня CAN получил широкое распространение и используется в системах автоматизации промышленного производства, а также на транспорте.

Стандарт CAN состоит из физического уровня и уровня передачи данных, определяющего несколько различных типов сообщений, правила разрешения конфликтов при доступе к шине и защиту от сбоев.

Протокол CAN

Протокол CAN описан в стандарте ISO 11898–1 и может быть кратко охарактеризован следующим образом:

Физический уровень использует дифференциальную передачу данных по витой паре;

Для управления доступом к шине используется неразрушающее bit–wise разрешение конфликтов;

Сообщения имеют малые размеры (по большей части 8 байт данных) и защищены контрольной суммой;

В сообщениях отсутствуют явные адреса, вместо этого каждое сообщение содержит числовое значение, которое управляет его очередностью на шине, а также может служить идентификатором содержимого сообщения;

Продуманная схема обработки ошибок, обеспечивающая повторную передачу сообщений, если они не были получены должным образом;
имеются эффективные средства для изоляции сбоев и удаления сбойных узлов с шины.

Протоколы более высоких уровней

Сам по себе протокол CAN определяет всего лишь, как малые пакеты данных можно безопасно переместить из точки A в точку B посредством коммуникационной среды. Он, как и следовало ожидать, ничего не говорит о том, как управлять потоком; передавать большое количество данных, нежели помещается в 8–байтное сообщение; ни об адресах узлов; установлении соединения и т.п. Эти пункты определяются протоколом более высокого уровня (Higher Layer Protocol, HLP). Термин HLP происходит из модели OSI и её семи уровней.

Протоколы более высокого уровня используются для:

Стандартизации процедуры запуска, включая выбор скорости передачи данных;

Распределения адресов среди взаимодействующих узлов или типов сообщений;

Определения разметки сообщений;
обеспечения порядка обработки ошибок на уровне системы.

Пользовательские группы и т.п.

Одним из наиболее эффективных способов повышения вашей компетентности в области CAN является участие в работе, осуществляемой в рамках существующих пользовательских групп. Даже если вы не планируете активно участвовать в работе, пользовательские группы могут являться хорошим источником информации. Посещение конференций является ещё одним хорошим способом получения исчерпывающей и точной информации.

Продукты CAN

На низком уровне принципиально различают два типа продуктов CAN, доступных на открытом рынке – микросхемы CAN и инструменты разработки CAN. На более высоком уровне – другие два типа продуктов: модули CAN и инструменты проектирования CAN. Широкий спектр данных продуктов доступен на открытом рынке в настоящее время.

Патенты в области CAN

Патенты, относящиеся к приложениям CAN, могут быть различных типов: реализация синхронизации и частот, передача больших наборов данных (в протоколе CAN используются кадры данных длиной всего лишь 8 байт) и т.п.

Системы распределённого управления

Протокол CAN является хорошей основой для разработки систем распределённого управления. Метод разрешения конфликтов, используемый CAN, обеспечивает то, что каждый узел CAN будет взаимодействовать с теми сообщениями, которые относятся к данному узлу.

Систему распределённого управления можно описать как систему, вычислительная мощность которой распределена между всеми узлами системы. Противоположный вариант – система с центральным процессором и локальными точками ввода–вывода.

Сообщения CAN

Шина CAN относится к широковещательным шинам. Это означает, что все узлы могут «слушать» все передачи. Не существует возможности послать сообщение конкретному узлу, все без исключения узлы будут принимать все сообщения. Оборудование CAN, однако, обеспечивает возможность локальной фильтрации, так что каждый модуль может реагировать только на интересующее его сообщение.

Адресация сообщений CAN

CAN использует относительно короткие сообщения – максимальная длина информационного поля составляет 94 бита. В сообщениях отсутствует явный адрес, их можно назвать контентно–адрессованными: содержимое сообщения имплицитно (неявным образом) определяет адресата.

Типы сообщений

Существует 4 типа сообщений (или кадров), передающихся по шине CAN:

Кадр данных (Data Frame);

Удаленный кадр (Remote Frame);

Кадр ошибки (Error Frame);

Кадр перегрузки (Overload Frame).

Кадр данных

Кратко: «Всем привет, есть данные с маркировкой X, надеюсь вам понравятся!»
Кадр данных – самый распространенный тип сообщения. Он содержит в себе следующие основные части (некоторые детали не рассматриваются для краткости):

Поле арбитража (Arbitration Field), которое определяет очередность сообщения в том случае, когда за шину борятся два или более узла. Поле арбитража содержит:

В случае CAN 2.0A, 11–битный идентификатор и один бит, бит RTR который является определяющим для кадров данных.

В случае CAN 2.0B, 29–битный идентификатор (который также содержит два рецессивных бита: SRR и IDE) и бит RTR.

Поле данных (Data Field), которое содержит от 0 до 8 байт данных.

Поле CRC (CRC Field), содержащее 15–битную контрольную сумму, посчитанную для большинства частей сообщения. Эта контрольная сумма используется для обнаружения ошибок.

Слот распознавания (Acknowledgement Slot). Каждый контроллер CAN, способный корректно получить сообщение, посылает бит распознавания (Acknowledgement bit) в конце каждого сообщения. Приемопередатчик проверяет наличие бита распознавания и, если таковой не обнаруживается, высылает сообщение повторно.

Примечание 1: Присутствие на шине бита распознавания не значит ничего, кроме того, что каждый запланированный адресат получил сообщение. Единственное, что становится известно, это факт корректного получения сообщения одним или несколькими узлами шины.

Примечание 2: Идентификатор в поле арбитража, несмотря на свое название, необязательно идентифицирует содержимое сообщения.

Кадр данных CAN 2.0B («cтандартный CAN»).

Кадр данных CAN 2.0B («расширенный CAN»).

Удаленный кадр

Кратко: «Всем привет, кто–нибудь может произвести данные с маркировкой X?»
Удаленный кадр очень похож на кадр данных, но с двумя важными отличиями:

Он явно помечен как удаленный кадр (бит RTR в поле арбитража является рецессивным), и

Отсутствует поле данных.

Основной задачей удаленного кадра является запрос на передачу надлежащего кадра данных. Если, скажем, узел A пересылает удаленный кадр с параметром поля арбитража равным 234, то узел B, если он должным образом инициализирован, должен выслать в ответ кадр данных с параметром поля арбитража также равным 234.

Удаленные кадры можно использовать для реализации управления трафиком шины типа «запрос–ответ». На практике, однако, удаленный кадр используется мало. Это не так важно, поскольку стандарт CAN не предписывает действовать именно так, как здесь обозначено. Большинство контроллеров CAN можно запрограммировать так, что они будут автоматически отвечать на удаленный кадр, или же вместо этого извещать локальный процессор.

Есть одна уловка, связанная с удаленным кадром: код длины данных (Data Length Code) должен быть установлен длине ожидаемого ответного сообщения. В противном случае разрешение конфликтов работать не будет.

Иногда требуется чтобы узел, отвечающий на удаленный кадр, начинал свою передачу как только распознавал идентификатор, таким образом «заполняя» пустой удаленный кадр. Это другой случай.

Кадр ошибки (Error Frame)

Кратко (все вместе, громко): «О, ДОРОГОЙ, ДАВАЙ ПОПРОБУЕМ ЕЩЁ РАЗОК»
Кадр ошибки (Error Frame) – это специальное сообщение, нарушающее правила формирования кадров сообщения CAN. Он посылается, когда узел обнаруживает сбой и помогает остальным узлам обнаружить сбой – и они тоже будут отправлять кадры ошибок. Передатчик автоматически попробует послать сообщение повторно. Наличествует продуманная схема счетчиков ошибок, гарантирующая, что узел не сможет нарушить передачу данных по шине путём повторяющейся отсылки кадров ошибки.

Кадр ошибки содержит флаг ошибки (Error Flag), который состоит из 6 бит одинакового значения (таким образом нарушая правило вставки битов) и разграничителя ошибки (Error Delimiter), состоящего из 8 рецессивных бит. Разраничитель ошибки предоставляет некоторое пространство, в котором другие узлы шины могут отправлять свои флаги ошибки после того, как сами обнаружат первый флаг ошибки.

Кадр перегрузки (Overload Frame)

Кратко: «Я очень занятой 82526 маленький, не могли бы вы подождать минуточку?»
Кадр перегрузки упоминается здесь лишь для полноты картины. По формату он очень похож на кадр ошибки и передается занятым узлом. Кадр перегрузки используется нечасто, т.к. современные контроллеры CAN достаточно производительны, чтобы его не использовать. Фактически, единственный контроллер, который будет генерировать кадры перегрузки – это ныне устаревший 82526.

Стандартный и расширенный CAN

Изначально стандарт CAN установил длину идентификатора в поле арбитража равной 11 битам. Позже, по требованию покупателей стандарт был расширен. Новый формат часто называют расширенным CAN (Extended CAN), он позволяет использовать не менее 29 бит в идентификаторе. Для различения двух типов кадров используется зарезервированный бит в поле управления Control Field.

Формально стандарты именуются следующим образом –

2.0A – только с 11–битными идентификаторами;
2.0B – расширенная версия с 29–битными или 11–битными идентификаторами (их можно смешивать). Узел 2.0B может быть

2.0B active (активным), т.е. способным передавать и получать расширенные кадры, или

2.0B passive (пассивным), т.е. он будет молча сбрасывать полученные расширенные кадры (но, смотрите ниже).

1.x – относится к оргинальной спецификации и её ревизиям.

В настоящее время новые контроллеры CAN обычно относятся к типу 2.0B. Контроллер типа 1.x или 2.0A прибудет в замешательство, получив сообщения с 29 битами арбитража. Контроллер 2.0B пассивного типа примет их, опознает, если они верны и, затем – сбросит; a контроллер 2.0B активного типа сможет и передавать, и получать такие сообщения.

Контроллеры 2.0B и 2.0A (равно, как и 1.x) совместимы. Можно использовать их все на одной шине до тех пор, пока контроллеры 2.0B будут воздерживаться от рассылки расширенных кадров.

Иногда люди заявляют, что стандартный CAN «лучше» расширенного CAN, потому что в сообщениях расширенного CAN больше служебных данных. Это необязательно так. Если вы используете поле арбитража для передачи данных, то кадр расширенного CAN может содержать меньше служебных данных, чем кадр стандартного CAN.

Основной CAN (Basic CAN) и полный CAN (Full CAN)

Термины Basic CAN и Full CAN берут начало в «детстве» CAN. Когда–то существовал CAN–контроллер Intel 82526, предоставлявший программисту интерфейс в стиле DPRAM. Потом появился Philips с моделью 82C200, в котором применялась FIFO–ориентированная модель программирования и ограниченные возможности фильтрации. Для обозначения различия между двумя моделями программирования, люди стали называть способ Intel – Full CAN, а способ Philips – Basic CAN. Сегодня большинство контроллеров CAN поддерживают обе модели программирования, поэтому нет смысла в использовании терминов Full CAN и Basic CAN – фактически, эти термины могут вызвать неразбериху и стоит воздержаться от их употребления.

В действительности, контроллер Full CAN может взаимодействовать с контроллером Basic CAN и наоборот. Проблемы с совместимостью отсутствуют.

Разрешение конфликтов на шине и приоритет сообщения

Разрешение конфликтов сообщений (процесс, в результате которого два или более контроллера CAN решают, кто будет пользоваться шиной) очень важно для определения реальной доступности полосы пропускания для передачи данных.

Любой контроллер CAN может начать передачу, когда обнаружит, что шина простаивает. Это может привести к тому, что два или более контроллеров начнут передачу сообщения (почти) одновременно. Конфликт решается следующим образом. Передающие узлы осуществляют мониторинг шины в процессе отправки сообщения. Если узел обнаруживает доминантный уровень в то время, как сам он отправляет рецессивный уровень, он незамедлительно устранится от процесса разрешения конфликта и станет приемником. Разрешение конфликтов осуществляется по всему полю арбитража, и после того, как это поле отсылается, на шине остается только один передатчик. Данный узел продолжит передачу, если ничего не случится. Остальные потенциальные передатчики попытаются передать свои сообщения позже, когда шина освободится. В процессе разрешения конфликта время не теряется.

Важным условием для благополучного разрешения конфликта является невозможность ситуации, при которой два узла могут передать одинаковое поле арбитража. Из этого правила есть одно исключение: если сообщение не содержит данных, то любой узел может передавать это сообщение.

Поскольку, CAN–шина является шиной с подсоединением устройств по типу «монтажное И» (wired–AND) и доминантный бит (Dominant bit) является логическим 0, следовательно сообщение с самым низким в численном выражении полем арбитража выиграет в разрешении конфликта.

Вопрос: Что произойдет в случае, если единственный узел шины попытается отослать сообщение?

Ответ: Узел, разумеется, выиграет в разрешении конфликта и успешно проведет передачу сообщения. Но когда наступит время распознавания… ни один узел не отправит доминантный бит области распознавания, поэтому передатчик определит ошибку распознавания, пошлет флаг ошибки, повысит значение своего счетчика ошибок передачи на 8 и начнет повторную передачу. Этот цикл повторится 16 раз, затем передатчик перейдет в статус пассивной ошибки. В соответствии со специальным правилом в алгоритме ограничения ошибок, значение счетчика ошибок передачи не будет более повышаться, если узел имеет статус пассивной ошибки и ошибка является ошибкой распознавания. Поэтому узел будет осуществлять передачу вечно, до тех пор, пока кто–нибудь не распознает сообщение.

Адресация и идентификация сообщения

Повторимся, нет ничего страшного в том, что в сообщениях CAN нет точных адресов. Каждый контроллер CAN будет получать весь траффик шины, и при помощи комбинации аппаратных фильтров и ПО, определять – «интересует» его это сообщение, или нет.

Фактически, в протоколе CAN отсутствует понятие адреса сообщения. Вместо этого содержимое сообщения определяется идентификатором, который находится где–то в сообщении. Сообщения CAN можно назвать «контентно–адрессовнными».

Определённый адрес работает так: «Это сообщение для узла X». Контентно–адресованное сообщение можно описать так: «Это сообщение содержит данные с маркировкой X». Разница между этими двумя концепциями мала, но существенна.

Содержимое поле арбитража используется, в соответствии со стандартом, для определения очередности сообщения на шине. Все контроллеры CAN будут также использовать всё (некоторые – только часть) поле арбитража в качестве ключа в процессе аппаратной фильтрации.

Стандарт не говорит, что поле арбитража непременно должно использоваться в качестве идентификатора сообщения. Тем не менее, это очень распространенный вариант использования.

Примечание о значениях идентификатора

Мы говорили, что идентификатору доступны 11 (CAN 2.0A) или 29 (CAN 2.0B) бит. Это не совсем верно. Для совместимости с определенным старым контроллером CAN (угадайте каким?), идентификаторы не должны иметь 7 старших бит установленных в логическую единицу, поэтому 11–битным идентификаторам доступны значения 0..2031, а пользователи 29–битных идентификаторов могут использовать 532676608 различных значений.

Заметьте, что все остальные контроллеры CAN принимают «неправильные» идентификаторы, поэтому в современных системах CAN идентификаторы 2032..2047 могут использоваться без ограничений.

Физические уровни CAN

Шина CAN

Шина CAN использует код без возвращения к нулю (NRZ) с вставкой битов. Существуют два разных состояния сигнала: доминантное (логический 0) и рецессивное (логическая 1). Они соответствуют определенным электрическим уровням, зависящим от используемого физического уровня (их несколько). Модули подключены к шине по схеме «монтажное И» (wired–AND): если хотя бы один узел переводит шину в доминантное состояние, то вся шина находится в этом состоянии, вне зависмости от того, сколько узлов передают рецессивное состояние.

Различные физические уровни

Физический уровень определяет электрические уровни и схему передачи сигналов по шине, полное сопротивление кабеля и т.п.

Существует несколько различных версий физических уровней: Наиболее распространенным является вариант, определенный стандартом CAN, часть ISO 11898–2, и представляющий собой двухпроводную сбалансированную сигнальную схему. Он также иногда называется high–speed CAN.

Другая часть того же стандарта ISO 11898–3 описывает другую двухпроводную сбалансированную сигнальную схему – для менее скоростной шины. Она устойчива к сбоям, поэтому передача сигналов может продолжаться даже в том случае, когда один из проводов будет перерезан, замкнут на «землю» или в состоянии Vbat. Иногда такая схема называется low–speed CAN.

SAE J2411 описывает однопроводной (плюс «земля», разумеется) физический уровень. Он используется в основном в автомобилях – например GM–LAN.

Существуют несколько проприетарных физических уровней.

В былые времена, когда драйверов CAN не существовало, использовались модификации RS485.

Различные физические уровни как правило не могут взаимодействовать между собой. Некоторые комбинации могут работать (или будет казаться, что они работают) в хороших условиях. Например, приемопередатчики high–speed и low–speed могут работать на одной шине лишь иногда.

Абсолютное большинство микросхем приемопередатчиков CAN произведено компанией Philips; в число других производителей входят Bosch, Infineon, Siliconix и Unitrode.

Наиболее распространен приемопередатчик 82C250, в котором реализован физический уровень, описываемый стандартом ISO 11898. Усовершенствованная версия – 82C251.

Распространенный приемопередатчик для «low–speed CAN» – Philips TJA1054.

Максимальная скорость передачи данных по шине

Максимальная скорость передачи данных по шине CAN, в соответствии со стандартом , равна 1 Мбит/с. Однако некоторые контроллеры CAN поддерживают скорости выше 1 Мбит/с и могут быть использованы в специализированных приложениях.

Low–speed CAN (ISO 11898–3, см. выше) работает на скоростях до 125 кбит/с.

Однопроводная шина CAN в стандартном режиме может передавать данные со скоростью порядка 50 кбит/с, а в специальном высокоскоростном режиме, например для программирования ЭБУ (ECU), около 100 кбит/с.

Минимальная скорость передачи данных по шине

Имейте в виду, что некоторые приемопередатчики не позволят вам выбрать скорость ниже определенного значения. Например, при использовании 82C250 или 82C251 вы можете без проблем установить скорость 10 кбит/с, но если вы используете TJA1050, то не сможете установить скорость ниже 50 кбит/с. Сверяйтесь со спецификацией.

Максимальная длина кабеля

При скорости передачи данных 1 Мбит/с, максимальная длина используемого кабеля может составлять порядка 40 метров. Это связано с требованием схемы разрешения конфликтов, согласно которому фронт волны сигнала должен иметь возможность дойти до самого дальнего узла и вернуться назад прежде чем бит будет считан. Иными словами, длина кабеля ограничена скоростью света. Предложения по увеличению скорости света рассматривались, но были отвергнуты в связи с межгалактическими проблемами.

Другие максимальные длины кабеля (значения приблизительные):

100 метров при 500 кбит/с;

200 метров при 250 кбит/с;

500 метров при 125 кбит/с;
6 километров при 10 кбит/с.

Если для обеспечения гальванической изоляции используются оптопары, максимальная длина шины соответственно сокращается. Совет: используйте быстрые оптопары, и смотрите на задержку сигнала в устройстве, а не на максимальную скорость передачи данных в спецификации.

Оконечное прерывание шины

Шина CAN стандарта ISO 11898 должна заканчиваться терминатором. Это достигается путем установки резистора сопротивлением 120 Ом на каждом конце шины. Терминирование служит двум целям:

1. Убрать отражения сигнала на конце шины.

2. Убедиться, что получает корректные уровни постоянного тока (DC).

Шина CAN стандарта ISO 11898 обязательно должна терминироваться вне зависимости от её скорости. Я повторю: шина CAN стандарта ISO 11898 обязательно должна терминироваться вне зависимости от её скорости. Для лабораторной работы может хватить и одного терминатора. Если ваша шина CAN работает даже при отсутствии терминаторов – вы просто счастливчик.

Заметьте, что другие физические уровни , такие как low–speed CAN, однопроводная шина CAN и другие, могут требовать, а могут и не требовать наличия оконечного терминатора шины. Но ваша высокоскоростная шина CAN стандарта ISO 11898 всегда будет требовать наличия хотя бы одного терминатора.

Кабель

Стандарт ISO 11898 предписывает, что волновое сопротивление кабеля номинально должно равнятся 120 Ом, однако допускается интервал значений сопротивления Ом.

Немногие, из присутствующих сегодня на рынке, кабели удовлетворяют этим требованиям. Есть большая вероятность, что интервал значений сопротивления будет расширен в будущем.

ISO 11898 описывает витую пару, экранированную или неэкранированную. Идёт работа над стандартом однопроводного кабеля SAE J2411.

CAN-шина – это электронное устройство, встроенное в электронную систему автомобиля для контроля технических характеристики и ездовых показателей. Она является обязательным элементом для оснащения автомобиля противоугонной системой, но это лишь малая часть её возможностей.

CAN-шина – это одно из устройств в электронной автоматике автомобиля, на которое возлагается задача по объединению различных датчиков и процессоров в общую синхронизированную систему. Она обеспечивает сбор и обмен данными, посредством чего в работу различных систем и узлов машины вносятся необходимые корректировки.

Аббревиатура CAN расшифровывается как Controller Area Network, то есть сеть контроллеров. Соответственно, CAN-шина – это устройство, принимающее информацию от устройств и передающее между ними. Данный стандарт был разработан и внедрён более 30 лет назад компанией Robert Bosch GmbH. Сейчас его используются в автомобилестроении, промышленной автоматизации и сфере проектирования объектов, обозначаемых «умными», например, домов.

Как работает CAN шина

Фактически, шина представляет собой компактное устройство со множеством входов для подключения кабелей или разъём, к которому подсоединяются кабели. Принцип её действия заключается в передаче сообщений между разными компонентами электронной системы.

Для передачи разной информации в сообщения включаются идентификаторы. Они уникальны и сообщают, например, что в конкретный момент времени автомобиль едет со скоростью 60 км/ч. Серия сообщения отправляется на все устройства, но благодаря индивидуальным идентификаторам они обрабатывают только те, которые предназначаются именно для них. Идентификаторы CAN-шины могут иметь длину от 11 до 29 бит.

В зависимости от назначения КАН шины разделяются на несколько категорий:

• Силовые. Они предназначены для синхронизации и обмена данными между электронным блоком двигателя и антиблокировочной системой, коробкой передач, зажиганием, другими рабочими узлами автомобиля.
• Комфорт. Эти шины обеспечивают совместную работу цифровых интерфейсов, которые не связаны с ходовыми блоками машины, а отвечают за комфорт. Это система подогрева сидений, климат-контроль, регулировка зеркал и т.п.
• Информационно-командные. Эти модели разработаны для оперативного обмена информацией между узлами, отвечающими за обслуживание авто. Например, навигационной системой, смартфоном и ЭБУ.

Для чего CAN шина в автомобиле

Распространение интерфейса КАН в автомобильной сфере связано с тем, что он выполняет ряд важных функций:

• упрощает алгоритм подсоединения и функционирования дополнительных систем и приборов;
• снижает влияние внешних помех на работу электроники;
• обеспечивает одновременное получение, анализ и передачу информации к устройствам;
• ускоряет передачу сигналов к механизмам, ходовым узлам и иным устройствам;
• уменьшает количество необходимых проводов;

В современном автомобиле цифровая шина обеспечивает работу следующих компонентов и систем:

• центральный монтажный блок и замок зажигания;
• антиблокировочная система;
• двигатель и коробка переключения передач;
• подушки безопасности;
• рулевой механизм;
• датчик поворота руля;
• силовой агрегат;
• электронные блоки для парковки и блокировки дверей;
• датчик давления в колёсах;
• блок управления стеклоочистителями;
• топливный насос высокого давления;
• звуковая система;
• информационно-навигационные модули.

Этот не полный список, так как в него не включаются внешние совместимые приборы, которые тоже можно соединить с шиной. Часто таким образом подключается автомобильная сигнализация. CAN-шина также доступна для подключения внешних устройств для мониторинга рабочих показателей и диагностики на ПК. А при подключении автосигнализации вместе с маяком можно управлять отдельными системами извне, например, со смартфона.

Плюсы и минусы CAN шины

Специалисты по автомобильной электронике, высказываясь в пользу использования CAN-интерфейса, отмечают следующие преимущества:

• простой канал обмена данными;
• скорость передачи информации;
• широкая совместимость с рабочими и диагностическими приборами;
• более простая схема установки автосигнализации;
• многоуровневый мониторинг и контроль интерфейсов;
• автоматическое распределение скорости передачи с приоритетом в пользу основных систем и узлов.

Но есть у CAN-шины и функциональные недостатки:

• при повышенной информационной нагрузке на канал вырастает время отклика, что особенно характерно для работы автомобилей, «напичканных» электронными устройствами;
• из-за использования протокола высшего уровня встречаются проблемы стандартизации.

Возможные проблемы с CAN шиной

По причине включения во многие функциональные процессы, неполадки в работе CAN-шины проявляются очень быстро. Среди признаков нарушений чаще всего проявляются:

• индикация вопросительного знака на приборной панели;
• одновременное свечение нескольких лампочек, например, CHECK ENGINE и ABS;
• исчезновение показателей уровня топлива, оборотов двигателя, скорости на приборной панели.

Такие проблемы возникают по разным причинам, связанным с питанием или нарушением электроцепи. Это может быть замыкание на массу или аккумулятор, обрыв цепи, повреждение перемычек, падение напряжения из-за проблем с генератором или разряд АКБ.

Первая мера для проверки шины – компьютерная диагностика всех систем. Если она показывает шину, необходимо измерить напряжение на выводах H и L (должно быть ~4V) и изучить форму сигнала на осциллографе под зажиганием. Если сигнала нет или он соответствует напряжению сети, налицо замыкание или обрыв.

Ввиду сложности системы и большого количества подключений компьютерную диагностику и устранение неисправностей целесообразно передать в руки специалистов с высококачественным оборудованием.

Шина CAN-bus была создана в конце 80-х годов фирмой Robert Bosch GmbH (Германия) как решение для распределенных систем, работающих в режиме реального времени. Отличительной особенностью шины является ее высокая помехозащищенность. Дополнительным преимуществом шины CAN выступает ее устойчивость к механическим повреждениям - замыкание проводников шины на общий провод, питание или между собой не приводит к выходу из строя устройств. Более того, некоторые модификации шины способны функционировать при обрыве одного из проводников.

CAN-шина в промышленных сетях

Полевая шина CAN (Controller Area Network) характеризуется высокими скоростью передачи данных и помехоустойчивостью, а также способностью обнаруживать любые возникающие ошибки. Благодаря этому CAN сегодня широко используется в таких областях, как автомобильный и железнодорожный транспорт, промышленная автоматика, авиация, системы доступа и контроля. По данным ассоциации CiA (CAN in Automation, www.can-cia.de), в настоящее время в эксплуатации находится около 300 млн CAN-узлов по всему миру. В Германии CAN-шина занимает первое место по популярности среди остальных полевых шин.

Характеристики протокола CAN Преимущества CAN

Общая тенденция в области автоматизации состоит в замене традиционной централизованной системы управления на распределенное управление путем размещения интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов рядом с управляемым процессом. Это вызвано ростом числа проводов связи, увеличением количества соединений, сложностью диагностики ошибок и проблемами с надежностью. Связь между узлами такой системы осуществляется с помощью полевой шины. CAN - это система связи для многоконтроллерных систем. Рассмотрим более подробно преимущества CAN и причины, по которым CAN приобретает все большее распространение.

Испытанный стандарт. Протокол CAN активно используется уже более 20 лет, что очень важно для таких консервативных областей как железнодорожный транспорт или судостроение. CAN был разработан в 1980 г. фирмой Robert Bosch для автомобильной промышленности. CAN-интерфейс регламентирован международными стандартами ISO 11898 для высокоскоростных и ISO 11519-1 для низкоскоростных приложений. Низкая стоимость определяется хорошим соотношением цена/производительность, также широкой доступностью CAN-контроллеров на рынке. Надежность определяется линейной структурой шины и равноправностью ее узлов, так называемой мультимастерностью (Multi Master Bus), при которой каждый узел CAN может получить доступ к шине. Любое сообщение может быть послано одному или нескольким узлам. Все узлы одновременно считывают с шины одну и ту же информацию, и каждый из них решает, принять данное сообщение или игнорировать его. Одновременный прием очень важен для синхронизации в системах управления. Отказавшие узлы отключаются от обмена по шине.

Высокая помехоустойчивость достигается благодаря подавлению синфазных помех дифференциальным приемопередатчиком, работе встроенных механизмов обнаружения ошибок (одна необнаруженная ошибка за 1000 лет при ежедневной 8-часовой работе сети на скорости 500 Кбит/с), повтору ошибочных сообщений, отключению неисправных узлов от обмена по шине и устойчивости к электромагнитным помехам.

Гибкость достигается за счет простого подключения к шине и отключения от шины CAN-узлов, причем общее число узлов не лимитировано протоколом нижнего уровня. Адресная информация содержится в сообщении и совмещена с его приоритетом, по которому осуществляется арбитраж. В процессе работы возможно изменение приоритета передаваемого сообщения. Следует также отметить возможность программирования частоты и фазы передаваемого сигнала и арбитраж, не разрушающий структуру сообщений при конфликтах. На физическом уровне есть возможность выбора разнотипных линий передачи данных: от дешевой витой пары до оптоволоконной линии связи.

Работа в реальном времени становится возможной благодаря механизмам сетевого взаимодействия (мультимастерность, широковещание, побитовый арбитраж) в сочетании с высокой скоростью передачи данных (до 1 Мбит/с), быстрой реакцией на запрос передачи и изменяемой длиной сообщения от 0 до 8 байт.

Приложения CAN

CAN является идеальным решением для любого приложения, где микроконтроллеры обмениваются сообщениями друг с другом и с удаленными периферийными устройствами. Изначально CAN использовался в автомобилях для обеспечения критичного по времени управления и обмена информацией между двигателем и коробкой передач при гарантированном времени ожидания сообщения и допуске каждого из участников сети к работе с текущими данными. Наряду с достаточно дорогими высокоскоростными решениями существуют и экономичные решения для подключения к сети инерционных устройств, которые работают в шкале времени сотен микросекунд (система управления дверьми, подъемник окна, управление зеркалом). При этом мощные жгуты электрических проводов заменяются двухпроводной CAN-сетью, узлами которой являются, в том числе, тормозные огни и указатели поворота.

Широкое применение CAN нашел в промышленной автоматике, где имеется большое число устройств управления, датчиков, механизмов, электроприводов и других объектов, которые связаны единым технологическим циклом (системы отопления и кондиционирования, насосы, конвейеры, лифты, эскалаторы, транспортеры и т. д.). Важной особенностью таких систем является возможность диагностики и управления объектами, расположенными на большой территории, по адаптивным алгоритмам. В результате достигается существенное уменьшение потребляемой мощности, шума, износа оборудования. Подобная картина наблюдается и в железнодорожных бортовых системах, где решающую роль играет обмен данными между подсистемами при наборе скорости, торможении, управлении дверьми и диагностике.

Физический уровень

Физический уровень CAN-шины представляет собой соединение «монтажное И» между всеми устройствами, подключенными к ней. Дифференциальные сигнальные линии называются CAN_H и CAN_L и в статическом состоянии находятся под потенциалом 2,5 В. Лог. 1 (рецессивный бит) обозначает состояние шины, при котором уровень на линии CAN_H выше, чем уровень CAN_L. При лог. 0 (доминантный бит) уровень на линии CAN_H ниже, чем уровень CAN_L. Принято следующее соглашение о состоянии шины: пассивное состояние шины соответствует уровню лог. 1, а активное - уровню лог. 0. Когда сообщения не передаются по шине, она находится в пассивном состоянии. Передача сообщения всегда начинается с доминантного бита. Логика работы шины соответствует «проводному И»: доминантный бит «0» подавляет рецессивный бит «1» (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Логика работы CAN шины

При физической реализации конкретного проекта с CAN необходимо определить свойства шины и ее узлов: где располагаются обрабатывающие устройства, какими свойствами они обладают, какие датчики и исполнительные механизмы присутствуют в системе, являются они интеллектуальными или нет, что можно сказать об их физическом расположении. В зависимости от условий эксплуатации могут использоваться однопроводная линия (в пределах печатной платы), двухпроводная линия, витая пара или волоконно-оптическая линия. При дифференциальном методе формирования сигналов двухпроводная линия позволяет значительно повысить помехоустойчивость. При использовании дифференциальных напряжений CAN-сеть продолжает функционировать в чрезвычайно шумной среде или при обрыве одной из сигнальных линий. Даже при простой витой паре дифференциальные входы CAN эффективно нейтрализуют шум.

Максимальная скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с при длине шины 40 м и около 40 Кбит/с при длине шины 1000 м.

Разновидности CAN

В настоящее время доступны различные устройства с CAN-интерфейсом, которые помимо передачи данных из одной точки в другую позволяют реализовать синхронизацию процессов и обслуживание по приоритетам. Более ранние реализации CAN-контроллеров используют кадры с 11-разрядным идентификатором и возможностью адресации до 2048 сообщений и соответствуют спецификации CAN V. 2.0A. Такие контроллеры носят название Basic CAN и характеризуются сильной загруженностью центрального процессора (ЦПУ), так как каждое входящее сообщение запоминается в памяти и ЦПУ решает, нужны ему данные сообщения или нет (рис. 12.2). Контроллеры Basic CAN содержат один передающий буфер и один или два приемных буфера сообщений. Чтобы послать или получить сообщение, требуется задействовать ЦПУ через прерывания «сообщение_послано» и «сообщение_получено». В результате проверки каждого входящего сообщения загрузка ЦПУ очень велика, что ограничивает реальную скорость обмена по сети. По этой причине такие контроллеры используются в сетях CAN с низкой скоростью обмена и/или малым количеством сообщений.

Рис. 12.2. Структура контроллера Basic CAN

Большинство выпускаемых сегодня CAN-контроллеров используют расширенные кадры сообщений с идентификатором длиной 29 разрядов, что позволяет адресовать до 536 млн сообщений. Такие контроллеры соответствуют спецификации CAN V. 2.0B (active) и называются контроллеры Full-CAN. В них предусмотрен буфер для нескольких сообщений, причем каждое сообщение имеет свою маску, и фильтрация осуществляется по соответствию идентификатора маске.

В случае Full-CAN ЦПУ максимально разгружено, поскольку не обрабатывает ненужные сообщения (рис. 12.3). При приеме сообщения с идентификатором, соответствующим маске, оно запоминается в специальной зоне двухпортового ОЗУ, и работа ЦПУ прерывается. Full-CAN имеет также специальный тип сообщения, которое означает: «у кого бы ни находилась эта информация, пожалуйста, пошлите ее сейчас же». Контроллер Full-CAN автоматически прослушивает все сообщения и посылает запрошенную информацию.

Рис. 12.3. Структура контроллера Full-CAN

До недавнего времени в промышленности был широко распространен Basic CAN с 11-разрядным идентификатором. Этот протокол допускает простую связь между микроконтроллерами и периферийными устройствами при скорости обмена вплоть до 250 Кбит/с. Однако при стремительном удешевлении CAN-контроллеров использование Full-CAN стало оправданным и для связи с медленными устройствами. Если в промышленных приложениях требуется высокоскоростной (до 1 Мбит/с) обмен данными, то непременно следует использовать Full-CAN.

Арбитраж узлов CAN-шины

CAN имеет много уникальных свойств, отличающих его от других шин. В протоколе CAN осуществляется посылка сообщений по общей CAN-шине, при этом отсутствуют адреса отправителя и получателя сообщения. Каждый узел постоянно «просматривает» шину и осуществляет локальную фильтрацию при приеме, используя битовые маски, и решает, какие сообщения извлекать из шины.

В результате, узел принимает и обрабатывает только те сообщения, которые предназначены именно для него.

Каждое сообщение имеет свой приоритет, значение которого содержится в идентификаторе сообщения. Кроме того, идентификаторы используются для обозначения типа сообщения. Сообщению с младшим номером идентификатора соответствует высший приоритет; наивысшим приоритетом обладает сообщение с идентификатором, состоящим полностью из нулей. Передача сообщения начинается с отправки на шину идентификатора. Если доступ к шине требуют несколько сообщений, то сначала будет передано сообщение с наиболее высоким приоритетом, то есть с меньшим значением идентификатора, независимо от других сообщений и текущего состояния шины. Каждый узел перед передачей сообщения проверяет, работает ли узел с более высоким приоритетом. Если да, то он возвращается в состояние приемника и пытается передать сообщение в другое время. Это свойство имеет особое значение при использовании в системах управления реального времени, поскольку значение приоритета жестко определяет время ожидания.

Если передача узла А приостанавливается узлом B, посылающим сообщение с более высоким приоритетом, то, как только шина освободится, будет сделана другая попытка передачи сообщения от узла A. Этот принцип получил название CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (общий доступ с опросом/предотвращение конфликтов). Такой режим в отличие от Ethernet не позволяет конфликтующим узлам в шине выяснять отношения, а сразу выявляет победителя и сокращает время обмена.

Итак, благодаря арбитражу шины сообщение с высшим приоритетом передается первым, обеспечивая функционирование системы в реальном масштабе времени и быструю передачу информации. Распределение приоритетов между различными типами сообщений задается разработчиком при проектировании сети.

Формат сообщений

Если не учитывать процедуру повтора сообщения, принятого с ошибкой, существует два вида связи между узлами: один узел передает информацию, а другой получает, или узел A запрашивает узел B о данных и получает ответ.

Рис. 12.4. Кадр данных (Data Frame)

Для передачи данных служит кадр данных - Data Frame (рис. 12.4), который содержит:

• идентификатор, указывающий на тип сообщения («скорость_двигателя», «температура_масла») и на приоритет доступа к шине. Поле идентификатора содержит различное количество бит в зависимости от разновидности протокола: в стандартном формате CAN V2.0A предусмотрен 11-разрядный идентификатор, а в расширенном CAN V2.0B - 29-разрядный;
• поле данных, содержащее соответствующее сообщение («скорость_двигателя»= 6000 об/мин, «температура_масла»=110 °C) длиной до восьми байт;
• два байта контрольной суммы - Cyclic Redundancy Check (CRC) для выявления и коррекции ошибок передачи.

Для запроса информации узел CAN использует кадр запроса данных Remote Frame (рис. 12.5), который содержит:

• идентификатор, определяющий тип запрашиваемой информации («скорость_ двигателя», «температура_масла») и приоритет сообщения;
• два байта контрольной суммы CRC .

Рис. 12.5. Кадр запроса данных Remote Frame

В этом случае за идентификатором не следуют данные и код длины данных не имеет прямого отношения к количеству байт данных. Узел, которому предложено передать информацию (датчик температуры масла), передает кадр данных, содержащий требуемую информацию. Таким образом, если узел А направляет узлу В кадр запроса с идентификатором «температура_масла», то узел В опрашивает датчик температуры и направляет узлу А кадр данных, содержащий идентификатор «температура_масла» и требуемую информацию.

Дополнительная информация, содержащаяся в кадре, позволяет определить формат и синхронизацию протокола передачи сообщения и тип посылки:

• какое сообщение послано - запрос о данных или собственно данные определяют бит удаленного запроса передачи (RTR для 11-разрядного идентификатора и SRR для 29-разрядного);
• код длины данных, сообщающий, сколько байтов данных содержит сообщение; все узлы принимают кадр данных, но те из них, которым эта информация не нужна, ее не сохраняют;
• для обеспечения синхронизации и контроля кадр содержит поля начала кадра Start of Frame, конца кадра End of Frame и подтверждения Acknowledgement Field;
• вход в режим синхронизации на шине осуществляется первым битом поля Start of Frame, далее синхронизация поддерживается фронтом при смене уровня посылаемых битов;
• используется механизм битстаффинга - вставка дополнительного бита при следующих подряд пяти нулях или единицах.

Обнаружение ошибок

Сигнализация об ошибках происходит путем передачи кадра ошибки Error Frame. Он инициируется любым узлом, обнаружившим ошибку. CAN-контроллеры используют метод статистической обработки ошибок. Каждый узел содержит счетчики ошибок при передаче и приеме Transmit Error Counter и Receive Error Counter. Если передатчик или приемник обнаруживают ошибку, значение соответствующего счетчика увеличивается. Когда значение счетчика превышает некоторый предел, текущая передача прерывается. Узел выдает сигнал об ошибке в виде Error Frame, где выставляет активный доминантный флаг ошибки длиной 6 бит. После этого узел, передача которого была прервана, повторяет сообщение. Ненадежным или частично поврежденным узлам разрешено посылать лишь пассивный рецессивный флаг ошибки.

В CAN существует несколько разновидностей ошибок. Из них три типа на уровне сообщений:

• CRC Error - ошибка контрольной суммы (при несовпадении принятой в поле CRC и вычисленной контрольных сумм).
• Form Error - ошибка формата кадра при несоответствии принятого сообщения формату CAN.
• Acknowledgement Error - ошибка подтверждения приема сообщения, если ни один из узлов не подтвердил правильного получения сообщения.

Кроме того, существует два типа ошибок на битовом уровне:

• Bit Error - обнаружение активным узлом расхождения между посланным в шину уровнем и фактическим значением за счет реализации узлом механизма самоконтроля.
• Stuff Error - наличие в поле сообщения шести следующих подряд бит 0 или 1 (ошибка битстаффинга).

Благодаря этим механизмам обнаружения и коррекции ошибок вероятность пропуска ошибки крайне мала. Например, при скорости 500 Кбит/с, загруженности шины 25 % и использовании в течение 2000 часов в год возникает лишь одна необнаруженная ошибка за 1000 лет. Кроме того, в шине невозможна ситуация блокировки неисправным узлом работы всей сети. Такие узлы обнаруживаются и отключаются от обмена по шине.