1. CAN-Bus-Architektur:
- Der CAN-Bus wird über ein verdrilltes Kabelpaar namens CAN High (CAN-H) und CAN Low (CAN-L) implementiert. Diese Drähte bilden den physischen Kommunikationskanal, über den Nachrichten übertragen werden.
- Die CAN-H-Leitung überträgt das Differenzsignal, das einer logischen „1“ entspricht, während die CAN-L-Leitung eine logische „0“ überträgt.
- Alle an den CAN-Bus angeschlossenen Steuergeräte sind Knoten im Netzwerk, jedes mit einer eindeutigen Kennung, der sogenannten Knoten-ID.
2. Nachrichtenformat:
- CAN-Nachrichten bestehen aus einer Reihe von Bits, die einem bestimmten Format folgen. Jede Nachricht enthält die folgenden Informationen:
- Start of Frame (SOF):Zeigt den Anfang einer Nachricht an.
- Identifikator (ID):Identifiziert den Typ und die Priorität der Nachricht.
- Datenlängencode (DLC):Gibt die Anzahl der Datenbytes in der Nachricht an.
- Datenfeld:Enthält die tatsächlichen Daten, die vom Steuergerät übertragen werden.
- Cyclic Redundancy Check (CRC):Stellt die Nachrichtenintegrität sicher, indem Fehler während der Übertragung erkannt werden.
- End of Frame (EOF):Bezeichnet das Ende einer Nachricht.
3. Nachrichtenübermittlung und -empfang:
- Wenn ein Steuergerät Daten zu übertragen hat, sendet es die Nachricht auf dem CAN-Bus. Die Nachricht wird differenziell mit einer festen Bitrate übertragen, typischerweise 1 Mbit/s oder höher.
- Alle an das CAN-Netzwerk angeschlossenen Steuergeräte empfangen die gesendete Nachricht. Jedes Steuergerät wertet dann die ID der Nachricht aus, um festzustellen, ob sie für seine Funktion relevant ist oder nicht.
- Wenn die Knoten-ID eines Steuergeräts mit der Nachrichten-ID übereinstimmt oder ein Empfänger der gesendeten Daten ist, verarbeitet und nutzt es die empfangenen Informationen entsprechend.
4. Kollisionsvermeidung:
- Der CAN-Bus verwendet einen CSMA/CA-Mechanismus (Carrier Sense Multiple Access with Collision Vermeidung), um Nachrichtenkollisionen zu verhindern. Das bedeutet, dass ein Steuergerät, das versucht, eine Nachricht zu übertragen, zunächst prüft, ob der CAN-Bus beschäftigt ist (auf CAN-H einen hohen Pegel hat). Wenn es beschäftigt ist, wartet das Steuergerät einen kurzen Zeitraum, bevor es es erneut versucht.
- Dieser Kollisionsvermeidungsmechanismus stellt sicher, dass jeweils nur ein Steuergerät sendet, wodurch die Integrität der Datenkommunikation im Netzwerk gewahrt bleibt.
5. Fehlerbehandlung:
- CAN umfasst auch Mechanismen zur Fehlererkennung und -behandlung. Jede Nachricht enthält eine Prüfsumme zur Fehlerprüfung, und die Differenzsignalisierung hilft bei der Erkennung von Übertragungsfehlern.
- Wenn ein Steuergerät einen Fehler erkennt, kann es eine Fehlermeldung senden oder Korrekturmaßnahmen ergreifen, z. B. eine erneute Anforderung der Nachricht oder einen Reset des Netzwerks.
6. Vorteile:
- CAN-Bus bietet gegenüber herkömmlichen Verkabelungssystemen mehrere Vorteile, wie zum Beispiel:
- Reduzierte Verkabelungskomplexität:Eine umfangreiche Punkt-zu-Punkt-Verkabelung zwischen Steuergeräten entfällt.
- Verbesserte Zuverlässigkeit:Die differenziellen Signalisierungs- und Fehlerbehandlungsfunktionen sorgen für eine zuverlässige Datenübertragung.
- Flexibilität:Das Hinzufügen neuer Steuergeräte oder Sensoren zum Netzwerk ist mit dem CAN-Bus relativ einfach.
- Kosteneffizienz:Durch die CAN-Bus-Verkabelung können die Gesamtproduktionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Verkabelungsmethoden gesenkt werden.
Durch die Nutzung der CAN-Bus-Verkabelung erreichen moderne Fahrzeuge eine effiziente Kommunikation zwischen verschiedenen Steuergeräten und ermöglichen so anspruchsvolle Fahrzeugfunktionen, verbesserte Sicherheitssysteme und eine insgesamt verbesserte Fahrzeugleistung.