O Γεωργούλας Παναγιώτης εξηγεί γιατί το πρωτόκολλο CAN είναι η “σπονδυλική στήλη” του ηλεκτρολογικού συστήματος του αυτοκινήτου μεταξύ των εγκεφάλων και των αισθητήρων αυτού…
Το αυτοκίνητο τα τελευταία χρόνια έχει υποστεί εκτενείς αλλαγές σε μηχανικά μέρη αλλά κυρίως όσον αφορά το ηλεκτρικό του σύστημα η διαφορά είναι τεράστια. Η μείωση των καυσαερίων η οικονομία καυσίμων και η καλύτερη απόδοση του κινητήρα έχει να κάνει και με συνδυασμό ηλεκτρολογικών συστημάτων. Ακόμα οι νέες τεχνολογίες ολοένα και αυξάνονται ενώ η χρήση αυτών στο αυτοκίνητο δεν θα μπορούσε να λείπει στις μέρες μας. Σε αυτή την ανάπτυξη λοιπόν καταλυτικό ρόλο είχε και η ανάπτυξη του πρωτοκόλλου CAN όπου είναι η ‘’σπονδυλική στήλη’’ του ηλεκτρολογικού συστήματος του αυτοκινήτου μεταξύ των εγκεφάλων και των αισθητήρων αυτού.
Έτσι η εκτεταμένη χρήση του συστήματος του δίαυλου CAN έχει ανατρέψει τη συμβατική λειτουργία των συστημάτων. Παρόλο που η διαφορετική λειτουργία του συστήματος CAN-Bus μπορεί να μην γίνεται αντιληπτή σε ένα οδηγό στην καθημερινότητα, το ηλεκτρολογικό σύστημα ωστόσο διαφέρει κατά πολύ. Έτσι ο τρόπος διάγνωσης και συντήρησης δεν μπορεί να είναι αυτός των προηγούμενων αιτών.
Η ανταλλαγή δεδομένων άρα και πληροφοριών μεταξύ των εγκεφάλων αλλά και των αισθητήρων μπορεί να γίνει με ανεξάρτητα καλώδια που χρησιμοποιούσαν παλιότερες τεχνολογίες (πλεξούδα) και με δίαυλο μεταφοράς δεδομένων (CAN).
Τα ανεξάρτητα καλώδια στις μέρες μας τείνουν να εξαφανιστούν καθώς η εκτεταμένη χρήση πολυμέσων, νέων εφαρμογών αλλά και γενικά οι απαιτήσεις της αυτοκινητοβιομηχανίας έχουν αυξηθεί. Έτσι η πλεξούδα, δεν θα ήταν εφικτή καθώς θα ήταν ασύμφορη οικονομικά, η πιθανότητα βλαβών θα ήταν πολύ μεγαλύτερη και ο εντοπισμός αυτών σχεδόν ακατόρθωτος.
Καλωδίωση αυτοκινήτου χωρίς δίκτυο CANBus
Όσον αφορά το δίαυλο επικοινωνίας η μεταφορά δεδομένων γίνεται απλούστερη. Εγκέφαλοι, αισθητήρες και γενικά τα ηλεκτρικά συστήματα του αυτοκινήτου επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω του σειριακού διαύλου δύο καλωδίων τύπου BUS. Αυτός λοιπόν ο δίαυλος μεταφέρει ένα μεγάλο αριθμό πληροφοριών μεταξύ των κόμβων του.
Καλωδίωση αυτοκινήτου με δίκτυο CANBus
Η ανταλλαγή αυτών των δεδομένων μεταξύ των ανεξάρτητων εγκεφάλων και των αισθητήρων, προσφέρει τη δυνατότητα δημιουργίας ενός λειτουργικού συστήματος. Όσο περισσότερες πληροφορίες έχει ένας εγκέφαλος για την κατάσταση ολόκληρου του συστήματος, τόσο καλύτερα μπορεί να συντονίζει τις ανεξάρτητες λειτουργίες του.
Το σύγχρονο αυτοκίνητο μπορεί να έχει έως και 70 ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου (ECU) για διάφορα υποσυστήματα. Τυπικά ο μεγαλύτερος επεξεργαστής είναι η μονάδα ελέγχου του κινητήρα. Άλλοι χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση, για τους αερόσακους, για το σύστημα αντιμπλοκαρίσματος / ABS, cruise control, ηλεκτρικό τιμόνι, ηχοσυστήματα, ηλεκτρικά παράθυρα, πόρτες, ρύθμιση καθρέπτη, μπαταρία και συστήματα επαναφόρτισης για υβριδικά / ηλεκτρικά αυτοκίνητα κ.λπ. Μερικά από αυτά αποτελούν ανεξάρτητα υποσυστήματα, αλλά οι επικοινωνίες μεταξύ άλλων είναι απαραίτητες. Ένα υποσύστημα μπορεί να χρειαστεί να ελέγξει τους ενεργοποιητές ή να λάβει ανατροφοδότηση από τους αισθητήρες. Το πρότυπο CAN σχεδιάστηκε για να καλύψει αυτή την ανάγκη. Ένα βασικό πλεονέκτημα είναι ότι η διασύνδεση μεταξύ διαφορετικών συστημάτων των οχημάτων μπορεί να επιτρέψει την εφαρμογή ενός ευρέως φάσματος λειτουργιών ασφάλειας, οικονομίας και ευκολίας χρησιμοποιώντας μόνο το λογισμικό.
Παρακάτω ακολουθούν κάποια παραδείγματα της χρήσης του πρωτοκόλλου CAN:
- Αυτόματη εκκίνηση / παύση: Διάφορες είσοδοι αισθητήρων γύρω από το όχημα (αισθητήρες ταχύτητας, γωνία διεύθυνσης, ενεργοποίηση / απενεργοποίηση κλιματισμού, θερμοκρασία κινητήρα) ταξινομούνται μέσω του διαύλου CAN για να διαπιστωθεί εάν ο κινητήρας μπορεί να τερματιστεί όταν είναι στάσιμος για βελτιωμένη οικονομία καυσίμου και εκπομπών.
- Ηλεκτρικά φρένα στάθμευσης: Η λειτουργία “hold hill” λαμβάνει σήμα από τον αισθητήρα κλίσης του αυτοκινήτου (που χρησιμοποιείται επίσης από το συναγερμό διαρρήξεως) και τους αισθητήρες ταχύτητας δρόμου (που χρησιμοποιούνται επίσης από το ABS, τον έλεγχο κινητήρα και τον έλεγχο πρόσφυσης) το αυτοκίνητο σταματάει σε κλίση.
- Συστήματα υποβοήθησης στάθμευσης: όταν ο οδηγός ενεργοποιεί την οπισθοπορεία, η μονάδα ελέγχου του κιβωτίου ταχυτήτων μπορεί να στείλει ένα σήμα μέσω του δίαυλου CAN για να ενεργοποιήσει τόσο το σύστημα αισθητήρων στάθμευσης όσο και τον πίσω υαλοκαθαριστήρα (αν αυτό είναι απαραίτητο) κατά την αναστροφή όπου ο δίαυλος CAN λαμβάνει επίσης σήμα από τον αισθητήρα βροχής.
- Σύστημα αυτόματης λωρίδας υποβοήθησης / αποφυγής σύγκρουσης: Οι είσοδοι από τους αισθητήρες στάθμευσης χρησιμοποιούνται επίσης από το δίαυλο CAN για την τροφοδοσία εξωτερικών δεδομένων προσέγγισης σε συστήματα υποβοήθησης οδηγού όπως προειδοποίηση απόκλισης από τη λωρίδα και πιο πρόσφατα αυτά τα σήματα κινούνται μέσω του διαύλου CAN για ενεργοποίηση του φρένου σε συστήματα ενεργού αποφυγής συγκρούσεων.
- Αυτόματο σκούπισμα φρένων: Η είσοδος λαμβάνεται από τον αισθητήρα βροχής (που χρησιμοποιείται κυρίως για τους αυτόματους υαλοκαθαριστήρες) μέσω του διαύλου CAN στη μονάδα ABS για να ξεκινήσει μια ανεπαίσθητη εφαρμογή των φρένων ενώ οδηγείται για να καθαρίσει την υγρασία από τους δρομείς φρένων. Ορισμένα μοντέλα Audi και BMW υψηλής απόδοσης ενσωματώνουν αυτό το χαρακτηριστικό.
Αισθητήρες του αυτοκινήτου
Η ταχεία αύξηση του αριθμού των αισθητήρων, των ελεγκτών και άλλων έξυπνων συσκευών που έχουν εγκατασταθεί στα οχήματα δεν έχει να κάνει μόνο με την αρχική χρήση της διασύνδεσης μεταξύ τους, την δαπανηρή συντήρησή τους αλλά επειδή αναμένεται τα μεμονωμένα τερματικά στοιχεία και ο εξοπλισμός να ανταλλάσσουν αμοιβαία τις πληροφορίες μεταξύ τους και με όλα τα συστήματα που συνδέονται μεταξύ τους. Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για τον έλεγχο υψηλής απόδοσης, όπως ο έλεγχος ροπής του κινητήρα που βασίζεται σε τιμές δειγματοληψίας υψηλής ταχύτητας της θέσης της πεταλούδας, στιγμιαία ανάφλεξη και ροή ψεκασμού καυσίμου. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η άμεση ρύθμιση ισχύος κινητήρα και ο βέλτιστος έλεγχος κατανάλωσης καυσίμου.
Στην S-Class Mercedes-Benz, ο καταλύτης του αυτοκινήτου είναι αξιοσημείωτος. Περιλαμβάνει την αρχική θέρμανση του καταλύτη πριν χρησιμοποιηθεί πλήρως και την αποτροπή των ημι-εξαντλημένων αερίων να χαλάσουν τον καταλύτη, πράγμα που επιτυγχάνεται με την αποφυγή σφαλμάτων του κινητήρα.
Έτσι η χρήση του πρωτοκόλλου CAN στα σύγχρονα αυτοκίνητα έχει πλεονεκτήματα τα οποία είναι απαραίτητα για την μετέπειτα εξέλιξη στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας. Κάποια από αυτά τα πλεονεκτήματα είναι οι λιγότεροι αισθητήρες και γραμμές λόγω της πολλαπλής χρήσης ενός σήματος από έναν αισθητήρα. Μεγάλη μείωση στις γραμμές και στις καλωδιώσεις άρα και μείωση του βάρους σε αυτές. Λιγότερες επαφές στις φίσες των εγκεφάλων. Βελτιωμένο επίπεδο αξιοπιστίας και χαρακτηριστικών service όπως το διαγνωστικό OBD ΙΙ που όλοι γνωρίζουμε. Τέλος με την καθιέρωση του πρωτοκόλλου CAN όπως ήδη αναφέρθηκε θα υπάρξει πληθώρα νέων συστημάτων άνεσης.
Σύνδεση της ECU (Electronic Control Units) με τη χρήση δίκτυο CAN και χωρίς
Το πρωτόκολλο CANBus σήμερα λοιπόν έχει κυρίαρχο ρόλο στην αυτοκινητοβιομηχανία καθώς δεν υπάρχει αυτοκίνητο παραγωγής αυτή τη στιγμή χωρίς να έχει ενσωματωμένο το πρωτόκολλο αυτό. Έτσι λόγω της επιτυχίας του, το πρωτόκολλο επικοινωνίας αυτό χρησιμοποιείται και από άλλους τύπους μεταφορικών μέσων όπως αεροπλάνα, πλοία, τρένα, διαστημόπλοια, καθώς επίσης στην βιομηχανία και στα ιατρικά μηχανήματα. Το μέλλον λοιπόν του CANBus φαίνεται να είναι λαμπρό καθώς η τεχνολογία αναπτύσσεται συνεχώς με αποτέλεσμα το κόστος να μικραίνει και τα συστήματα αυτά να μπορούν να μπαίνουν ολοένα και σε πιο πολλές εφαρμογές με την αξιοπιστία να φτάνει ολοένα σε μεγαλύτερα επίπεδα.
Γεωργούλας Παναγιώτης
Απόφοιτος Εκπαιδευτικός
Ηλεκτρολόγος Μηχανικός (ΑΣΠΑΙΤΕ)
Το caroto.gr ενθαρρύνει την αναδημοσίευση άρθρων με κεντρικό θέμα την τεχνολογία, το περιβάλλον, την αγορά αυτοκινήτου κ.α. Αν έχετε κάποιο ενδιαφέρον επικοινωνήστε μαζί μας στο caroto@caroto.gr.
Τι είναι το CAN bus;
