Technika: Minden a CAN-busról  

„A CAN-bus olyan mumus a járműiparban, mint a cápa a búvároknál. Nincs velük semmi baj, csak rossz a marketingjük.”

Ki ne szeretné, hogy motorja megkapja a legújabb technikai fejlesztéseket, legyen benne kanyar ABS, dőlésszögérzékeny kipörgésgátló, kicsúszásgátló, hegymenetasszisztens, tempomat, fényszórója világítson be minden kanyart, szuper okos infotainment műszerfala pedig mindent kijelezzen, még a guminyomást is, legyen riasztója és elektronikusan állítható futóműve, ami minden terephez alkalmazkodik, radar pásztázza körülötte az utat, blokkja pedig úgy legyen erős, hogy közben ideálisan hasznosítson minden csepp üzemanyagot.

Ha ön fiatal, vagy inkább autósok között szocializálódott, akkor ez talán nem is kérdés. A régi motorosok azonban – még ha ezek hasznosságát nem is vitatják – úgy félnek a mindenféle három- és négybetűs elektronikai csemegékkel telezsúfolt új gépektől, mint az ördögtől: „Ezekre a modern, CAN-es motorokra nem tudsz még egy markolatfűtést sem felszerelni otthon”, „akkor is hibajelzést ír ki, ha fel akarod tölteni az akksit”, „bármi baja van, ottmaradsz vele az út szélén, vitetheted trailerrel a szervizbe”, „én szeretem otthon bütykölni a motort, de ezek mindenért hibakódokkal bombáznak”, „bármit szeretnél, csak a gyárit lehet felszerelni rá, ami háromszor annyiba kerül, mint az utángyártott”.

AMIT AZ EMBER NEM ÉRT, ATTÓL TART

Mindezeknek a felvetéseknek van is alapjuk, meg nincs is. Nem a CAN-bus a hibás, hanem a tény, hogy a motorok az elmúlt években rohamos ütemben fejlődtek. Olyan elképesztő technológiai megoldások jelentek meg, amikről 10- 15 éve még nem is álmodtunk. Kényelmesebbé, élvezetesebbé, biztonságosabbá, és nem utolsósorban környezetbarátabbá teszik a motorozást. Mindezekkel együtt pedig a motorkerékpár nem is csak számítógéppé, hanem számítógépek hálózatává vált, és a hálózaton keresztül rengeteg adat áramlik.

RÉGEN ÉS MOST

 Egy karburátorral szerelt, megszakítós gyújtású motor kapcsolási rajza az összes világítótesttel, önindítóval, generátorral és feszültségszabályozóval együtt is átlátható volt józan paraszti ésszel. A járművek azonban egyre bonyolultabbak lettek. Sokan nem is gondolnák, hogy az elmúlt 20 év járműipari fejlesztéseit az emissziós normák folyamatos szigorítása indukálta. Elsőként bejöttek az elektronikus gyújtások, az elektronikus vezérlők, a befecskendező, majd megérkezett az ABS – és innentől kezdve ezeknek az elektronikus egységeknek valamilyen módon kommunikálniuk kellett egymással. Ugyanakkor jött az igény, hogy ezek a részegységek sokszor ugyanazokat az adato kat használnák.

A fordulatszám ismeretére például szüksége volt a motorvezérlőnek is és a műszeregységnek is. Ha nincs kommunikációs rendszer, akkor vagy duplikálni kell a szenzorokat, vagy ugyanattól a szenzortól minden érintett egységhez be kell húzni egy kábelt. Mindegyik rejt magában hibalehetőséget. Ahogy két óra sohasem jár egyformán, a két szenzor sem ugyanazt az adatot fogja továbbítani, de ha egy szenzorról többfelé fut a vezeték, abban is van rizikó. Ilyen a bekötési pont, vagy a nagyobb terhelés, ráadásul borzasztó méretű és szövevényes kábelkötegek jöttek létre.

Benellit diagnosztizálnak

Gondolta volna, hogy a CAN-es időket megelőzően egy prémium személyautó komplett kábelkötege kb. 100 kiló volt és közel 2,5 kilométernyi vezetéket tartalmazott?

Nem véletlen, hogy a CAN-es hálózatok létrejöttének egyik okaként a tömegcsökkentést is megjelölik, ugyanakkor ez inkább a teherautókra, személyautókra volt igaz, a motorkerékpároknál csupán 2-3 kilós megtakarításról beszélhetünk. A másik ok a temérdek kapcsolódási pont miatti rengeteg hibalehetőség, és bizony a már-már kezelhetetlenül sok vezeték fizikai elvezetése is kezdte feladni a leckét. A feladat tehát adott volt: egyre több elektronikai részegység működtetése, amihez egyre több adatot kellett precízen célba juttatni. A különböző gyártóknak voltak már ezt megelőzően is járműkommunikációs rendszereik, de mind más szisztéma alapján működtek. Ez a szervizelést is nagyon megnehezítette, bármihez hozzá akartak nyúlni, gyári diagnosztikai eszközre volt szükség. Elindult a verseny, melyből győztesen egy márkafüggetlen – ami egyébként komoly érv volt mellette – megoldás, a Bosch által kifejlesztett CAN-bus rendszer került ki győztesen.

A CAN-BUS SZÜLETÉSE

A CAN-bust 1983-ban a Robert Bosch GmbH fejlesztette ki autóipari szereplők közreműködésével, 1986-ban Detroitban mutatták be a nagyközönségnek. Kommunikációs protokolljuk sikerét a nagyon magas adatátviteli sebességnek és a rendkívül robusztus, nagy hibatűrő képességnek köszönhették. Az első autóipari megrendelést 1991-ben nyerte el a Bosch, a CAN-t a Mercedes- Benz S-osztályába építették be. (Hogy melyik autó volt az első, erről egyébként vitatkoznak, míg a Bosch a Mercedest jelöli meg, addig más források szerint a BMW 8-as szériája már 1988-ban CAN-es volt.) Általánosan a 2000-es években terjedt el, addigra az autógyártók de facto szabványként fogadták el a Bosch által kialakított specifikációt. Az első CAN-busos motorkerékpárként a 2002. július 16-án bemutatott Ducati 999-et tartjuk számon, majd 2004-ben érkezett a BMW R 1200 GS és szorosan a nyomában az Aprilia RSV1000. Ugyanakkor a motorok között csak most kezd széles körben terjedni a rendszer.

OBD II adapter BMW-khez

MINDEN MINDENNEL ÖSSZEFÜGG

Már tudjuk, hogy a CAN-bus egy járműipari kommunikációs protokoll, amin akár több száz féle adat jön-megy. Nevében a CAN (Control Area Network) a vezérlők területi hálózatát jelenti, míg busnak a soros kommunikációs hálózatokat hívják. Hogy miért pont busnak, arról többféle legenda is szól. Egyik szerint azért, mert maga a gerinckábel úgy néz ki, mintha egy busz útvonala lenne, amin a különböző vezérlők úgy sorakoznak, mint a buszmegállók. Esetében pedig az utas maga az adat, amely mindegyik vezérlőhöz eljut. Erre a busra vannak felfűzve a különböző vezérlőegységek, szenzorok, beavatkozó egységek, kapcsolók, szervomotorok, és ezzel búcsút is mondtunk a spagettirengetegnek, hiszen négy fővezeték kell egy CAN-busos elektronikai modulhoz, kettő táp és kettő kommunikáció.

A legegyszerűbb példával: nem kell mind a négy irányjelzőt külön vezetékkel bekötni az indexkapcsolóba, hanem ha balra toljuk a kapcsolót, akkor CAN-en érkezik a jel előre és hátra is, hogy kezdjenek el villogni. A lényeg, hogy minden egység ugyanazt a jelet látja, ugyanazt hallja, és úgy alakították ki a protokollt, hogy semmit sem lehet félreérteni − ez a járművezérlésben nagyon fontos. Ahogy az is, hogy ne legyen adattorlódás, és az adatok meghatározható időn belül megérkezzenek, azaz ne legyen adatvesztés.

LÁSSUK AZ ELŐNYÖKET!

Először is sokkal olcsóbb, nemcsak a kevesebb vezeték vagy szenzor miatt, hanem mivel a kábelkötegeket általában kézzel készítik, így előállításuk nagyon költséges. Az adatcsere nagyon gyors a szenzorok és a beavatkozók között, maximális sebessége 1 Mbit, azaz másodpercenként akár egymillió jelváltás, információs bit haladhat át rajta. Megkönnyíti és lerövidíti a hibakeresést, mivel a diagnosztika eszköze is lett a CAN-bus. Egy diagnosztikai interface-en – amely egyre gyakrabban OBDII-es csatlakozó – keresztül az összes részegység (motor, váltó, ABS, generátor stb.) hozzáférhető, lehet velük kommunikálni, illetve ugyanezen a rendszeren keresztül lehet szoftvert is frissíteni.

További előnye, hogy egy jármű Can-busos hálózata moduláris felépítésű, azaz a különféle felszereltségi szintekhez elegendő egyféle kábelkorbácsot legyártani. A gerinchálózaton kialakított csillagpontokra lehet rákötni a plusz vezérlőegységeket. Ezért van az, hogy ha utólag kérünk valamilyen opciót – pl. riasztót −, a motorvezérlő gyárilag fel van rá készítve, nem kell kábelezéssel szenvedni, egyszerűen rádugják a szervizben az előre kialakított csillagpontra és már működik is. Nagyon fontos szempont manapság, hogy gyártófüggetlenül lehessen a főbb járműelemeket a CAN rendszeren összekapcsolni.

BMW F 650 világítás és motorvezérlő diagram

A motorkerékpár- gyártás és -fejlesztés ugyanis teljesen átalakult. Mára szinte csak a váz, a karosszéria és a blokk, amit az egyes márkák maguknak fejlesztenek, de motorvezérlőt, kanyar-ABS-t, IMU-t, futóművet stb. nem. Ezzel a járműgyártók rendszerintegrátorokká alakultak át, akik jobbára csak legóznak, azaz összevásárolják a szükséges részelemeket a beszállítói szolgáltatóktól, majd ezeket paraméterezik, összecsiszolják. Sokkal olcsóbb, sokkal egyszerűbb így a fejlesztés, ráadásul ezek a beszállítói cégek a piac előtt járnak. A járműgyártó pedig csak eldönti, hogy belerakja, vagy nem rakja bele az új funkciókat az adott típusba. A közlekedés veszélyes üzem, így egyértelmű, hogy a járművezérlés is biztonságkritikus.

A 2004-es BMW R 1200 GS elektromos alkatrészei

A CAN-bus rendszer protokollját ezért úgy alakították ki, hogy minden részegységhez ugyanaz az információ érkezzen meg, és ebből mindegyik ugyanazt értse, ugyanakkor csak a számára fontos üzenetekkel foglalkozik. Mivel multimaster kialakítású – azaz több főnök van –, bármelyik beszélhet, de csak a megfelelő szabályok szerint. Ha egyszerre ketten kezdenek el beszélni, akkor a magasabb prioritású, kvázi hangosabb vezérlőegység adata megy át elsőként – ide pl. a motorvezérlő, ABS tartozik –, míg a komfortelektronika ezt megvárja, így nem tudják megakasztani a busz kommunikációt. Itt persze elképesztő rövid időkről beszélünk, de a lényeg, hogy információ nem veszhet el. Protokollszinten alakították ki az öndiagnosztikát is. Menet közben, ha egy egység észreveszi, hogy hibás – nem ugyanazt érti az üzeneten, mint a többi −, akkor önkritikát gyakorol és inkább kivonul a kommunikációból. Azaz ha van egy hardveresen hibás CAN-es egység, akkor úgy képes leválni a hálózatról, hogy az ne okozzon nagy problémát.

A műszerfalon megjelenik a hibaüzenet, esetleg hibakód, de az is lehet, hogy átáll a jármű vész üzemmódra. Az egyik jellegzetes probléma, hogy a korai CAN-busos rendszerek elég érzékenyek az akkumulátor feszültségére. Hosszabb indítózáskor, vagy ha menet közben lemerül az akksi, esetleg más okból, akár rövid időre lecsökken a feszültség, sok vezérlőegység leáll vagy gyorsan – akár egymás után többször – újraindul, miközben igazi hibakód kavalkád jelenik meg a kommunikációs rendszerben, köztük olyan egységeké is, amelyekkel valójában nincs baj, csak észlelték más vezérlőegységek hiányát. Ezen hibakódok egy része idővel magától eltűnik vagy a következő eszközzel kiütik.

A CAN-bus felépítése

A CAN-bus technológia használatával nem feltétlenül jár együtt, de a motorkerékpároknál jellemző, hogy próbálják kihagyni a biztosítékokat, ezért is szentségelnek sokan a CAN miatt. Régen, ha valami probléma volt, megnéztük a biztosítéktáblát, és ha kiment egy biztosíték, tudtuk, melyik egységgel van gond. Most, ha észreveszi a vezérlő, hogy túl sok áram fut át egy adott részegységen (pl. világítás), akkor tudja, hogy azt vagy rövidzár, vagy más gond okozza, és kiiktatja azt az egységet. Tipikusan akkor fordul elő ilyen, ha utólagosan szeretnénk pl. ködlámpát bekötni az eredeti tompított világítás mellé párhuzamosan, „hagyományos” módon.

FORRASZTANI TILOS

A CAN-bus kommunikációhoz speciális, csavart érpárt használnak. Ez egyfajta zavarvédelem, mely megakadályozza a külső elektromágneses zavarok begyűjtését, ez az első szintű fizikai védelem. A másik, hogy ugyanaz a fizikai jel megy pozitív és negatív irányba a két CAN vezetéken, és a kettő különbségét észlelik a fogadó elektronikák. Emiatt ha véletlen valamilyen zavar mégis bejönne, akkor mindkét jelre ráül a hibatüske, de a különbségük megmarad – nem lehet elrontani a kommunikációt. Ugyanekkor ezek a vezetékek nagyon érzékenyek. Szigorúan tilos forrasztani őket, mert a rázkódás hatására törnek.

CAN-bus controller elhelyezése motorkerékpáron

Csatlakoztatni rájuk csak krimpeléssel vagy a gyárilag kialakított csillagpontokon keresztül lehet. Ugyanígy egy nem megfelelő hosszúságú vezeték is gondot okozhat. És pont emiatt jelent gondot, ha utólagosan próbálunk valamit bekötni a rendszerbe. Hibát érzékel a rendszer és kikapcsol, mehet a motor a szervizbe, ahol pénzért fogják a hibakódot kiütni, de a legrosszabb, hogy a belepiszkálás miatt a jármű elveszítheti a garanciáját. Ez egyrészt érthető a gyártótól, hiszen az a biztonságos neki is, ha senki más nem nyúl hozzá a motor elektronikus rendszeréhez.

MILYEN INFÓ MEGY A CAN-BUSON?

 Még a legegyszerűbb hálózaton is − mint a motorkerékpárok esetében – több száz járműparaméter jön-megy. Ilyen például a kilométeróra- állás, amit akár több részegység is tárolhat. A fordulatszám jelét megkapja a motorvezérlő, a műszerfal, de a fokozatkijelző algoritmus is ebből számítja, hogy hányadikban vagyunk. A keréksebességet rendszerint az ABS-en át kapja meg a műszeregység, amiből számítja a megtett utat. A hűtővíz, a külső hőmérséklet, a légnyomás (másféle keverékképzés kell az Alföldön és más az Alpokban) – ezek csak a legfontosabbak. A fogyasztást pikoliterben tudja a motorvezérlő, míg a telematikai jeleit – azt is, hogy mikor lépett működésbe a kipörgésgátló, az ABS, vagy hogy ezek ellenére mikor dobta el a felhasználó a motort – elküldheti telefonunkra, vagy akár egyenesen a gyártó szervizkomputerére.

CAN-bus vezeték

Ugyanígy CAN-es rendszerűek az elektronikus futóművek, de a lámpavezérlő jelek is. Az indításgátló több vezérlőegységgel is beszélget, amikor engedélyezi az indítást, a kipörgésgátló pedig a vészvillogónak is küldhet jelet, ahogy Africa Twin tesztmotorunkban is teszi, de vészfékezéskor is beindulhat ez a funkció, amit ilyen szituációban a pilóta nehezen tudna menedzselni. A motorkerékpárokon rendszerint egyetlen CAN-bus rendszer van, az autókon minimum 3-4, teherautókban pedig akár 10 is lehet. Terheltségük általában 20-40%-os. CAN-buson kívül használnak más kommunikációs rendszereket is, ilyen a LIN-bus. Ez egyszerűbb, többnyire státusz jeleket szállít – pl. ki van hajtva az oldaltámasz −, és rendszerint becsatlakozik a CAN gerinchálózatba. A mostanában elterjedő radaros, kamerás technológiákhoz azonban egy még gyorsabb kommunikációs rendszert használnak, ez a Flexray.

MI LESZ A KIEGÉSZÍTŐKKEL?

Számos aftermarket kiegészítőgyár felkészült már a CAN-busos rendszerekre. Termékeikhez kínálnak CAN-busos relédobozokat, amelyekbe be lehet dugni olyan külső fogyasztókat, mint pl. kompresszor, lámpa, ruhafűtés, amit eddig simán a szivargyújtóba kellett csak dugni. A CAN-busos akkumulátortöltők pedig kicselezik a rendszert. A villamosenergia-hálózat úgy van kialakítva, hogy sehol se szökjön az energia, pl. nehogy könnyen lemerítsük a motort, ezért lezárja a szivargyújtót, amint levesszük a gyújtást. A CAN-busos töltő azonban intelligensebb, be tud szólni a járművezérlőnek, hogy nyissa ki a portot arra az időre, amíg ő tölt. Igazából ez egy önvédelmi mechanizmus.

CAN-bus controller

Terjednek a CAN-bus controllerek, amelyek lelopják a vezérlőjeleket, ezekre szintén közvetlen lehet az utólagos kiegészítőket kötni, sőt már programozási lehetőséget is adnak, valamint, hogy az extra kiegészítők, mint a ködlámpa, a gyári kezelőszervekkel – pl. a BMW tekerőtárcsájával – is működtethetőek legyenek. Nem kizárt, hogy hamarosan lesz egy szabványos interface, ahová az ilyen, harmadik fél által gyártott cuccokat beköthetjük, például egy Garmin GPS-t ne kelljen feltétlen a motorunk gyártóján keresztül megvásárolni. Beszélhetünk arról, hogy jó vagy nem jó a CANbus, de el kell fogadni, hogy fejlődik a világ, nem lehet kikerülni. Egyes modelleket kifejezetten kritizálnak a hibakódok állandó küldözgetése miatt. Azt azonban tudni kell, hogy ezekért nem az információt szállító hardver, a CAN-bus a hibás, hanem az, ha a beleépített temérdek új funkció nem volt végtelenségig letesztelve, összecsiszolva.

A CAN-BUS TITKAINAK MEGFEJTÉSÉ- BEN KÁNYA ZOLTÁN VILLAMOSMÉRNÖK VOLT A SEGÍTSÉGÜNKRE.

A 90-es évek végén kooperatív képzés keretében került a kecskeméti Knorr Bremséhez, mely a vasúti és közúti járművek fékrendszereinek vezető gyártója. Ezt követően a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemre került, ahol egy CAN-es interface kifejlesztése volt a diplomamunkája, majd 15 éven át egy járműelektronikai cégnél dolgozott kutatás- fejlesztési területen, ahol CAN-es mérőrendszerekkel foglalkozott. Ezzel kapcsolatosan bejárta a fél világot, megismerte a vezető márkák különböző piacra gyártott járműtípusait.

Plug and Play – CAN-bus vezérlő utólagos kiegészítőkhöz