3.7. Topologia magistrali danych. Przetwarzanie informacji o błędach

Transkrypt

1 3 Przetwarzanie informacji o błędach 1 1 V/Div 4 µs/div Rys Sygnał różnicowy na magistrali High-Speed CAN Istnieją różne możliwości wzajemnego połączenia ze sobą sterowników. Najprostsza polega na bezpośrednim połączeniu każdego sterownika z każdym innym. Zaletą takiego sposobu jest to, że uszkodzenie jednego urządzenia nie ma wpływu na wzajemną komunikację innych sterowników. Uszkodzenie okablowania magistrali, jak np. zwarcie do masy jednego jej przewodu, miałoby wpływ tylko na komunikację tych dwóch sterowników, które są połączoróżnicowy na magistrali powstaje napięcie prostokątne, którego amplituda zmienia się skokowo między 5 V a +3 V. Dla magistrali High-Speed CAN w stanie recesywnym poziom napięcia zarówno przewodu CAN-H, jak i przewodu CAN-L wynosi 2,5 V. Różnica napięcia między tymi dwoma przewodami wynosi 0 V. Poziom dominujący dla przewodu CAN-H wynosi ok. 3,5 V, a przewodu CAN-L ok. 1,5 V. Z tego wynika napięcie różnicowe około 2 V. U (V) V 2 V Rys Sygnał różnicowy z zakłóceniami na magistrali High-Speed CAN t (µs) W razie powstania zakłócenia, na przykład wskutek działania pola elektromagnetycznego, byłoby ono widoczne jako zmiana amplitudy sygnałów w pojedynczych przewodach. Dzięki uformowaniu sygnału jako napięcia różnicowego, napięcia pochodzące od zakłócenia się odejmują. Sygnał różnicowy pozostaje na tym samym poziomie, jak w przypadku braku zakłócenia. Dzięki tej metodzie uzyskuje się wymaganą dużą odporność magistrali CAN na działanie zewnętrznych zakłóceń Topologia magistrali danych 24

2 Topologia magistrali danych 3 ne uszkodzonym przewodem. Wada bezpośredniego łączenia polega na tym, że każdy sterownik musi być wyposażony w wiele wejść i wyjść komunikacyjnych. Koszt niezbędnego okablowania przy bezpośrednim łączeniu byłby także bardzo wysoki. Ponadto, dla sieci o takiej konfiguracji jednoczesne diagnozowanie kilku sterowników właściwie nie byłoby możliwe. Z tych powodów zdecydowano się na instalowanie w samochodach sieci transmisji danych budowanych do różnych zastosowań według zróżnicowanych topologii. Topologia magistrali danych charakteryzuje sposób, według którego poszczególne sterowniki tej sieci są ze sobą połączone. Co do sposobu połączenia spotyka się rozmaite rozwiązania. Połączenie bezpośrednie (ang. pear-to- -pear), pokazane na rysunku 3.6, jest stosowane tylko do łączenia niewielu sterowników, zwykle tylko dwóch. W przypadku topologii liniowej (szeregowej), przedstawionej na rysunku 3.7, wszystkie sterowniki są podłączone do pojedynczej magistrali. Zaleta takiej topologii polega na tym, że awaria jednego sterownika nie ma wpływu na wzajemną komunikację innych sterowników tej sieci. Jednakże diagnozowanie uszkodzenia w tym systemie jest nieco utrudnione, ponieważ trzeba wyszukiwać Rys Magistrala o bezpośrednim połączeniu modułów Rys Magistrala o topologii gwiazdy z jednym punktem centralnym i odłączać doprowadzenia łączące sterowniki z magistralą. Z tego powodu okablowanie magistrali CAN w samochodach ma przeważnie topologię gwiazdy lub jest kombinacją topologii gwiazdy i topologii liniowej (szeregowej), a taka kombinacja nazywa się także topologią gwiaździsto-liniową lub topologią drzewiastą. W systemie o topologii gwiazdy (rys. 3.8) przewody sygnałowe wszystkich sterowników magistrali są ze sobą połączone w jednym centralnym punkcie. W najprostszym przypadku punkt ten powstaje z połączenia przewodów magistrali odizolowanych na końcu i skręconych ze sobą. Także w przypadku topologii gwiazdy awaria jednego ze sterowników sieci nie ma wpływu na komunikacje pozostałych. Rys Magistrala o topologii liniowej 25

3 3 Przetwarzanie informacji o błędach Rys Magistrala o topologii gwiazdy ze sterownikiem w punkcie centralnym W tym przypadku uszkodzenia dają się łatwo zlokalizować, o ile tylko punkt gwiazdy (punkt centralny) jest dostępny. Połączenie wielu pojedynczych modułów w jednym punkcie może również zostać wykonane za pomocą jednego sterownika (rys. 3.9). Taki aktywny centralny punkt gwiazdy ma tę zaletę, że uszkodzenia w sieci mogą być bezpośrednio lokalizowane i wskazywane przez niego. Jednak w razie uszkodzenia takiego centralnego sterownika, cały system się rozpada. Dla diagnozowania ważne jest ustalenie, jaka topologia sieci jest wykorzystana w pojeździe. Można to ustalić na podstawie dokumentacji producenta albo ze schematów instalacji elektrycznej, przy czym należy je jeszcze prawidłowo odczytać. Na przykład, ze schematów instalacji elektrycznej samochodów Volkswagen na pierwszy rzut oka wydaje się, że topologią sieci CAN jest wyłącznie topologia liniowa (patrz rys. 3.11). W przypadku takiego rzekomo liniowego łączenia w rzeczywistości chodzi jednak nie o linię, lecz o jeden węzeł kontaktowy, zatem o jeden pojedynczy punkt dla okablowania sieci. Taki punkt jest wykonany w samochodzie Volkswagen Golf przez ściśnięcie w za- cisku odizolowanych przewodów magistrali CAN. Przy wyszukiwaniu uszkodzeń podstawową rzeczą jest to, aby takie węzły kontaktowe były odsłonięte. W przypadku samochodu Volkswagen Golf V trudno jest je odsłonić, ponieważ węzły kontaktowe są wmontowane w główną wiązkę przewodów. Znajdują się one pod tablicą rozdzielczą. Dlatego też stosowanie w takim systemie ukierunkowanego wyszukiwania uszkodzenia byłoby mocno przesadzone. Nieco łatwiej jest to zorganizowane w samochodach Audi. Na przykład w modelu A8, zarówno dla magistrali High-Speed CAN, jak i dla magistrali Low-Speed CAN istnieją po dwa punkty połączeniowe (węzły) wyprowadzone na zewnątrz pojazdu i wyposażone w złącza wtykowe (rys. 3.10). W celu diagnozowania i pomiarów magistrali jest tu wymagany tylko adapter pomiarowy. Jeszcze wygodniejsze jest wyszukiwanie uszkodzeń w magistralach samochodów Mercedes-Benz. W tym przypadku punkty połączeń (węzły) są wyprowadzone za pomocą tzw. dzielników potencjału. Od każdego sterownika przewody CAN-H i CAN-L na tym końcu, który powinien prowadzić do punktu centralnego, są wyposażone w dwustykowy wtyk. Te wtyki są po prostu wsadzone do dzielnika potencjału (rys. 3.12), który w zasadzie składa się tylko z dwóch krótkich szyn. Dzięki temu uzyskuje się połączenie ze sobą poszczegól- Rys Wtyk rozdzielający magistrali CAN 26

4 Topologia magistrali danych 3 B397 B406 B397 B406 A178 A179 or/li or/li or/li A 179 or/li A 178 Linie magistrali CAN dla systemów telematycznych J364 T8f/4 J364 T8f/7 J412 J412 T18d/8 T18d/17 R J503 T16b/10 R J503 T16b/9 R12 T23/1 R12 T23/12 J500 T5b/1 J500 T5b/2 J234 T75/75 J234 T75/74 J104 J104 T47/15 T47/11 T47a/15 T47a/30 J104 T26a/21 J104 T26a/23 Linie magistrali CAN dla napędu T6z/3 T6z/2 B383 B390 B383 B390 Rys Fragment schematu instalacji elektrycznej samochodu Volkswagen Golf V (źródło: VW, schemat instalacji elektrycznej podany przez producenta ERWIN, systemy informatyczne dla warsztatów niezależnych) Rys Dzielnik potencjału w samochodzie Mercedes-Benz Jeszcze inną możliwością połączenia modułów systemu w sieć oferuje topologia pierścieniowa (rys. 3.13). Dla takiej topologii wszystkie sterowniki są połączone w obnych linii magistrali CAN. Jeżeli jakiś sterownik ma zostać odłączony od systemu w celu wyszukiwania uszkodzenia, wystarczy tylko wyciągnąć odpowiedni wtyk. 27

5 4 Diagnostyka uszkodzeń magistrali Low-Speed CAN Niektórzy producenci dopuszczają naprawę uszkodzonego odcinka przewodu magistrali CAN za pomocą odpowiedniego zestawu naprawczego, zawierającego przewody, złączki i cęgi do połączeń owijanych (nie dopuszcza się lutowanych połączeń przewodów). W większości przypadków producenci wymagają jednak wymiany całego odcinka przewodu. Taka metoda jest także ogólnie polecana Kasowanie zawartości rejestru błędów Po zakończeniu naprawy lub wymiany przewodu CAN albo sterownika należy usunąć zwarcie do masy, spowodowane celowo podczas diagnozowania. Z powodu wystąpienia pierwotnego uszkodzenia magistrali oraz ze względu na stosowaną strategię wykrywania uszkodzenia, w rejestrach błędów (pamięciach usterek) wszystkich sterowników podłączonych do magistrali Low-Speed CAN zostaje zapisany kod błędu. Po naprawie zawartość rejestrów błędów tych sterowników należy skasować przed przekazaniem pojazdu użytkownikowi. Na zakończenie, dla pewności, należy jeszcze raz odczytać zawartość rejestru błędów w sterowniku-bramie sieci transmisji danych pojazdu Zwarcie przewodu magistrali CAN z masą na przykładzie samochodu Audi A8 Opis ogólny Bez odsłaniania węzłów kontaktowych magistrali CAN jest możliwa lokalizacja przerwanego przewodu, natomiast nie jest to możliwe w przypadku innego rodzaju uszkodzenia magistrali występującego na liście ISO. Kiedy węzły kontaktowe są trudno dostępne lub niedostępne, wyszukiwanie uszkodzenia staje się loterią. W firmie Audi uwzględniono ten problem i w modelach samochodów A5, A6 oraz A8 zainstalowano złącze wtykowe CAN (tzw. CAN Trennstecker) po lewej i prawej stronie tablicy rozdzielczej. W modelu A4, zamiast złącza wtykowego, umieszczono w tych samych miejscach sprasowane razem końcówki przewodów magistrali CAN. Te złącza wtykowe i końcówki przewodów tworzą tam węzły (punkty) kontaktowe dla magistral zarówno High-Speed CAN, jak i Low-Speed CAN. Jeżeli wystąpiłoby zwarcie do masy jakiegoś przewodu magistrali Low-Speed CAN, to zwarcie oddziaływałoby na cały system. Magistrala Low-Speed CAN przechodzi wówczas w jednoprzewodowy tryb Rys Komunikat o błędzie na ekranie testera Bosch KTS 650 CAN-Datenbus Innenraum, Kurzschluss nach Masse magistrala CAN wyposażenia wnętrza pojazdu, zwarcie z masą 38

6 Zwarcie przewodu magistrali CAN z masą... 4 Sterowniki zainstalowane bliżej lewej strony pojazdu Sterowniki zainstalowane bliżej prawej strony pojazdu Przewody łączące dwa złącza rozdzielcze CAN-H CAN-L CAN-H CAN-L Rys Schemat topologii magistrali Low-Speed CAN w samochodzie Audi A8 * rozdzielcze złącze wtykowe lewe, ** rozdzielcze złącze wtykowe prawe Rys Adapter-rozdzielacz typu V.A.G. 1598/38 dla magistrali CAN transmisji. Zwarcie do masy jest rozpoznane przez tester magistrali, np. Bosch KTS 650, jako uszkodzenie typu tryb jednoprzewodowy, a dodatkowo jest opisane bardziej szczegółowo jako zwarcie do masy. W modelu A8 magistrala komfortu (niem. Komfortbus) jest zorganizowana inaczej niż na przykład w samochodzie Volkswagen Touran. Ponieważ do magistrali Low-Speed CAN w modelu A8 jest podłączonych znacznie więcej sterowników, więc dla linii zarówno CAN-H, jak i CAN-L wykonano po dwa węzły kontaktowe w postaci złączy rozdzielczych. Formują one dwa punkty gwiazdy po prawej i po lewej stronie tablicy rozdzielczej. Oba te punkty gwiazdy dodatkowo są połączone ze sobą przewodem CAN. Ponieważ punkty gwiazdy powstały we wtyczce rozdzielczej (niem. Tennstecker), więc do pomiarów w tych punktach jest niezbędny specjalny adapter pomiarowy. Firma Audi opracowała w tym celu adapter- -rozdzielacz CAN typu VAG 1598/38 (niem. Trennadapter), za pomocą którego nie tylko można wykonywać pomiary na magistrali CAN, lecz także odłączać poszczególne przewody doprowadzone do węzła kontaktowego. Przed podłączeniem adaptera zamiast wtyku rozdzielczego należy 39

7 4 Diagnostyka uszkodzeń magistrali Low-Speed CAN koniecznie wyłączyć zapłon w samochodzie. Następnie wtyk rozdzielczy CAN można wyciągnąć i w jego miejsce włożyć wtyk adaptera VAG. W ten sposób ponownie utworzono węzły (punkty) kontaktowe. Dopiero wtedy można włączyć zapłon. W celu określenia uszkodzenia za pomocą adaptera VAG są możliwe pomiary napięcia na magistralach High-Speed CAN oraz Low-Speed CAN. Tak jak poprzednio, takie pomiary można wykonać za pomocą multimetru lub oscyloskopu. Pomiarów multimetrem można dokonywać bezpośrednio na stykach adaptera po wcześniejszym połączeniu przewodu masy przyrządu pomiarowego (multimetru) z punktem masy pojazdu. Mimo że w adapterze-rozdzielaczu jest oznaczony punkt masy, nie jest on połączony z potencjałem masy pojazdu. Po dokonaniu tego połączenia punkt masy w adapterze-rozdzielaczu może zostać wykorzystany. Do połączenia punktów masy należy wyszukać specjalny punkt masy w samochodzie, ponieważ nadwozie w modelu A8 nie może być uważana za masę elektryczną w całym pojeździe. Do połączenia adaptera pomiarowego z masą pojazdu najlepiej wybrać punkt masy znajdu- jący się wewnątrz nadwozia, w przestrzeni przeznaczonej na stopy kierowcy lub na stopy pasażera siedzącego obok kierowcy. Potem można przeprowadzić pomiary napięcia. W przypadku zwarcia z masą przewodu magistrali CAN, podczas pomiaru napięcia na jednym z przewodów multimetr będzie wskazywał 0 V względem masy. Zmierzona wartość napięcia na drugim przewodzie powinna wynosić ok. 1 V (na przewodzie CAN-H) albo ok. 4 V (na przewodzie CAN-L). W omawianym przykładzie zmierzone napięcie ma wartość 0 V na przewodzie CAN-L. Z tego wynika, że zwarcie do masy wystąpiło w tym przewodzie, czyli CAN-L. W przypadku pomiaru za pomocą oscyloskopu najpierw adapter-rozdzielacz także należy połączyć z masą pojazdu. Następnie, pracujący w trybie dwukanałowym oscyloskop może pokazać przebiegi napięcia w przewodach CAN-H i CAN-L. Obraz na ekranie oscyloskopu przedstawia sygnały komunikatu CAN w przewodzie CAN-H. Na drugim przewodzie widać stały sygnał 0 V w funkcji czasu (rys. 4.11). Zatem, także za pomocą tego pomiaru jednoznacznie można ustalić zwarcie przewodu do masy V/Div 400 µs/div Rys Zwarcie do masy przewodu CAN-L widoczne na ekranie oscyloskopu 40

8 Zwarcie przewodu magistrali CAN z masą... 4 Wykrywanie miejsca uszkodzenia W celu lokalizacji uszkodzenia po zwarciu z masą strategia lokalizacji uszkodzenia musi być nieco zmieniona w stosunku do poprzednio opisanej strategii lokalizacji przerwania przewodu. Przy wykorzystaniu testera celem działania ponownie jest wykrycie sterownika, do którego prowadzi uszkodzony przewód lub który sam spowodował uszkodzenie. Jeżeli w systemie transmisji danych samochodu nie występują złącza rozdzielcze, takie jak zainstalowane w Audi A8, ale jest za to węzeł (punkt) kontaktowy powstały ze sprasowanych końcówek przewodów, to należy go rozłączyć, a później znowu złączyć. Za pomocą adaptera-rozdzielacza przewody można łatwo odłączać od węzła kontaktowego. Adapter najpierw podłącza się do węzła po jednej stronie, na przykład po stronie kierowcy. Podczas gdy napięcie na linii CAN-L jest mierzone w sposób ciągły, poszczególne przewody odłącza się od węzła przez wyciąganie zworek mostkujących. Jeżeli po odłączeniu konkretnego przewodu sygnał na linii CAN-L ma mierzalny poziom, to znaczy, że właśnie odłączono od węzła właściwy sterownik. Jeżeli natomiast w dalszym ciągu nie ma sygnału na linii CAN-L, to wyciągnięta zworka powinna wrócić na swoje miejsce, a należy wyjąć kolejną zworkę. Skoro tylko pomiar ponownie wykaże poprawny sygnał CAN na linii CAN-L, węzeł linii CAN-H na- leży zewrzeć do masy. Z powodu tego zwarcia do masy wszystkie sterowniki na magistrali Low-Speed CAN mogą się ze sobą komunikować jedynie za pomocą przewodów CAN-L. Tylko odcięty sterownik nie ma połączenia z węzłem, a więc i z innymi sterownikami. Taki stan zostanie pokazany przez tester jako brak komunikacji z określonym sterownikiem. Ponieważ w Audi A8 istnieją dwa węzły komunikacyjne dla magistrali Low-Speed CAN, więc może się zdarzyć, że uszkodzenie występuje na przykład po drugiej stronie (stronie przedniego pasażera). Jeżeli teraz wystąpi poprawny sygnał na linii CAN- L po stronie kierowcy, oznacza to, że właśnie odłączono nie przewód do sterownika, lecz do złącza rozdzielczego po stronie pasażera. Jeżeli wówczas węzeł CAN-H zostanie zwarty do masy i za pomocą testera magistrali zostanie odczytany rejestr błędów sterownika-bramy, to odczyt wskaże brak komunikacji z wieloma sterownikami (rys. 4.12). Następnie za pomocą adaptera-rozdzielacza należy dokonać pomiarów po stronie przedniego pasażera. Jeżeli po tej stronie ponownie jest mierzalny poprawny sygnał w linii CAN-L, to także tutaj znowu należy zewrzeć węzeł CAN-H z masą. Wówczas tester magistrali powinien wskazać tylko ten sterownik, z którym nie ma komunikacji. Jeżeli mino to i tym razem zostanie wskazanych kilka sterowników bez komunikacji, uszkodzeniu uległo połączenie między Rys Wyświetlanie przez tester VAS 5052 listy generowanej przez sterownik- -bramę wiele sterowników nie ma komunikacji, a więc uszkodzenie wystąpiło po drugiej stronie pojazdu 41