Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 2: CAN Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

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1 Bild 2.7_1 Quelle: VW Bild 2.7_2 Quelle: Automobilelektronik 03/2004, VW VW Phaeton: - drei Bussysteme (Antrieb, Komfort, Info), ein optischer Bus und Sub-Busse - 61 vernetzte Steuergeräte CAN-Botschaften Signale m Kabel CAN

2 Bild 2.7_3 Motor LM-Scheinwerfer UGDO Frischluftgebläse Headunit(MMI) PTC- Heizung ACC Advanced Key AAS RDK AFS - CAN LWR Gateway ILM - BF Multifunktion CDC LIN - Klima TSG Sitzmemory Airbag E-Rücksitz APS EPB Anhänger ILM hinten FZH BEM Klima EZS Kombi ESP - CAN FBS-Bus LIN - RDK LM-Scheinwerfer ESP Standheizung CAN - Antrieb Antenne RDK WWS ILM- Fahrer CAN - Kombi ELV SMLS Telefon/ Telematik MFL LIN TSG Duosensor(ESP) Antenne RDK Subbussysteme DSP DAB K-Box Navi TV-Tuner CAN - Komfort CAN - Abstandsregelung MOST C6 - Vernetzung Bild 2.7_4 CAN Architektur 1

3 Bild 2.7_5 Quelle: Bosch CAN Architektur 2 Bild 2.7_6 Quelle: Infineon Aufbau Mikrocomputer

4 Bild 2.7_7 Controller Area Network (CAN) ist ein serielles Bussystem, welches von Intel und Bosch ursprünglich für den Einsatz in Automobilen entwickelt wurde. CAN findet seinen Einsatz nicht nur in der Automobilindustrie, auch in der Automatisierungstechnik erfreut sich CAN großer Beliebtheit. Quelle: Bosch Konventionelle Datenübertragung Lineare Busstruktur Controller Area Network (CAN) Bild 2.7_8 Quelle: Bosch Automobil Automatisierung PKW Medizintechnik LKW Gebäudetechnik Roboter 80% 20% Stand: Einsatzgebiete CAN

5 Bild 2.7_9 Personen- und Lastkraftwagen - Motorsteuerungen -Sensoren - Aktoren - Entertainment Industrie und Automatisierung - Maschinensteuerung - Robotersteuerung - Überwachungssysteme Embedded Systems - Haushaltsgeräte - Kassensysteme - Spielautomaten - Büromaschinen Öffentliches Verkehrs- und Transportwesen - Personenbeförderung und Güterverkehr - Signalüberwachung und Signalsteuerung - Fahrgast - Informations - Systeme Haus- und Energietechnik - Fahrstuhl - Kontrollsysteme - Markisensteuerung bei Sonneneinstrahlung - Klimatisierungsautomatik - Raum/Temperatur - Regelung - Lichtanlagen - Regelung Einsatzgebiete CAN Bild 2.7_10 - Low Speed - CAN (ISO ) mit Bitraten < 125 kbit/s - High Speed - CAN (ISO11898) mit Bitraten > 125 kbit/s - Minimale Datenrate = 10 kbit/s - Maximale Datenrate = 1 MBit/s (max. 40 m Leitungslänge) - Zweidrahtleitung - Terminierung mit 120 Ω Abschlusswiderstand - Maximale 32 Busteilnehmer - Standard CAN Format (CAN 2.0 A) - Extended CAN Format (CAN 2.0 B) Fakten und Eigenschaften CAN

6 Bild 2.7_11 Low-Speed CAN (ISO 11898) - Datenrate bis 125 kbit/s - Maximale Buslänge ist abhängig von der Datenrate - Maximal 20 Knoten pro Netzwerk - Kurzschlussfestigkeit im Spannungsbereich zwischen -6V und 16V - Sendeausgangsstrom > 1mA - 5V Spannungsversorgung High-Speed CAN (ISO ) 1) - Datenrate 125 kbit/s - 1 MBit/s - Maximale Buslänge 40m bei 1 MBit/s - Maximal 30 Knoten pro Netzwerk - Kurzschlussfestigkeit im Spannungsbereich zwischen -6V und 16V - Sendeausgangsstrom > 25mA - Typische Leitungsimpendanz 120 Ω - 5V Spannungsversorgung Netzknoten 1 Netzknoten 20 CAN-H Netzknoten 1 Netzknoten 30 CAN-H CAN-L CAN - Busleitung CAN-L Low- und High-Speed CAN Bild 2.7_12 Quelle: Bosch CAN - Buspegel

7 Bild 2.7_13 Quelle: Bosch Historie der CAN Entwicklung Bild 2.7_14 Quelle: VW CAN Datenbus Datenübertragung Steuergerät 1 Steuergerät 2 Steuergerät 3 Steuergerät 4 Daten übernehmen Daten bereitstellen Daten löschen Daten übernehmen Daten prüfen Daten prüfen Daten prüfen Daten empfangen Daten senden Daten empfangen Daten empfangen Akzeptanzprüfung

8 Bild 2.7_15 Quelle: VW Grundlagen CAN Bus ABS/EDS-Steuergerät ABS/EDS-Steuergerät AutomatikgetriebeAutomatikgetriebeSteuergerät Steuergerät 11 Motor-Steuergerät Motor-Steuergerät CAN Bus Prioritätenfolge Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 2: CAN Bild 2.7_16 Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper Quelle: Braess Standard CAN Format (CAN 2.0 A) Extended CAN Format (CAN 2.0 B) Botschaftsrahmen Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 2: CAN Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

9 Bild 2.7_17 Quelle: VW Start of Frame Idientifier Kontrolle Dateninhalt Checksumme Empfangstempel Ende Startfeld: Startfeld: Markiert den Markiert den Anfang einer Anfang einer Botschaft. Botschaft. 1 bit bit Kontrollbit: Kontrollbit: Datafield Datafield o. o. Remotefield. Remotefield. 1 bit bit Datenfeld: Datenfeld: Infodaten Infodaten bit bit Bestätigungsfeld: Bestätigungsfeld: Bestätigt Bestätigt ob ob Botschaft Botschaft fehlerfrei fehlerfrei empfangen empfangen wurde. wurde. 2 bit bit Statusfeld: Statusfeld: Inhalt Inhalt der der Botschaft Botschaft für für die die Akzeptanzprüfung. Akzeptanzprüfung bit bit Kontrollfeld: Sicherheitsfeld: Kontrollfeld: Sicherheitsfeld: Code Code für für die die Anzahl Anzahl der 6 bit der Datenbytes Datenbytes im im bit Datenfeld. Datenfeld. 6 bit bit Aufbau Datenprotokoll Endefeld: Endefeld: Markiert das Ende einer Markiert das Ende einer Botschaft. Botschaft. 7 bit bit Bild 2.7_18 Netzknoten 1 rezessiv dominant S O F Identifier R T R Control Field listen Data Field Netzknoten 2 listen Netzknoten 3 Buspegel Arbitrierung/Buszustände

10 Bild 2.7_19 Quelle: Etschberger Ablauf der Busarbitrierung Bild 2.7_20 Quelle: VW Steuergerät CAN Controller Tx = Sendemodul TX Transceiver RX Rx = Empfangsmodul CAN Komponenten

11 Bild 2.7_21 CAN Bus Datenleitung CAN Low Antrieb CAN High orange/braun orange/schwarz Quelle: VW Komfort orange/braun orange/grün Infotainment orange/braun orange/violett CAN Diagnose orange/braun orange/rot Kombi orange/braun orange/blau CAN Farbcodierungen Bild 2.7_22 Quelle: VW Strang Stern Ring Lichtwellenleiter CAN Bus Versionen

12 Bild 2.7_23 Verknüpfung mit D3 Richtungsblinken.exe.lnk Blinkeransteuerung via CAN Bild 2.7_24 Früher CD Sound Radio Gestern Sprachbedienung Telematik Telefon TV Navigation CD Sound Radio Heute Car Funktionen Luftfahrwerk Lichtsysteme Sprachbedienung Telematik/Dienste Telefon DVD TV DVD Navigation MP3 Minidisc CD Surround Sound Satellite Radio DAB Radio Systemumfänge und Funktionen

13 Bild 2.7_25 Früher: Heute: Display MMI High Headunit Gerät mit Tuner, Verstärker, Bedienteil und Anzeige MOST Datenbus DSP- Verstärker Bedienteil K-Box Lautsprecher Lautsprecher Antennenmodul Verteilte Systeme Bild 2.7_26 So NICHT! Neues Bedienkonzept

14 Bild 2.7_27 Multi Media Interface (MMI) Bild 2.7_28 Darstellungsmöglichkeiten: Display High - Variante

15 Bild 2.7_29 Schalter für EPB EIN/AUS Lautstärke Information Entertainment Steuerung Kommunikation Hauptfunktionstasten MMI - Bedienteil Bild 2.7_30 NAV INFO RADIO CD/TV CAR SETUP RETURN < > NAME TEL Softkeys

16 Bild 2.7_31 Menüstruktur Bild 2.7_32 Datenübertragung mit Hilfe von modulierten Lichtwellen geringerer Leitungsbedarf geringeres Gewicht feste Taktfrequenz (44,1kHz wie bei digitalen Audiogeräten) ermöglicht die Übertragung synchroner Daten dadurch höhere Datenübertragungsrate (bis zu 21 Mbit / Sekunde) mit Hilfe der Signalcodierung können verschiedene Anwendungen in einem Datenring zusammengeschlossen werden keine Probleme durch elektromagnetische Einflüsse ebenso keine elektromagnetische Störquelle TV-Tuner Ton Video CAN Sound System MOST Bedieneinheit Display MOST Datenbus

17 Bild 2.7_33 Totalreflexion Radius > 25mm Radius < 25mm Optisch dichteres Medium Optisch dünneres Medium Totalreflexion von optisch dichterem zu optisch dünnerem Medium! Optische Datenübertragung Bild 2.7_34 CD-Wechsler Telematik Jedes Steuergerät besitzt einen eigenen binären Adresscode (Identifier) Steuergerät für Information vorn Display TV-Tuner Jedes Steuergerät sendet die Daten in einer Richtung zum nächsten Steuergerät Dieses Weitersenden wird solange fortgesetzt, bis das Autoren -Steuergerät die Nachricht wieder empfängt geschlossener Ring Diagnose Interface für Datenbus (Gateway) Bedieneinheit Radio-Tuner Kartenleser Sprachbedienung Navigation Verstärker Diagnose- Anschluss Aufbau und Ringstruktur