Onderwerpen:
- Inleiding
- Diagnose CAN-bussignalen low / medium speed
- Diagnose CAN-bussignalen high speed
- Diagnose met de multimeter
Inleiding:
Een storing in een CAN-buscommunicatie kan ervoor zorgen dat meerdere functies in het voertuig niet meer werken, of dat complete regeleenheden uitvallen. Bij het vermoeden dat er sprake is van een storing in de CAN-bus, kan er een diagnose worden gesteld door o.a. de spanningsniveaus op de draden te meten.
De inhoud van het CAN-bus bericht is in eerste instantie nog niet belangrijk. We kunnen met zowel de multimeter als de oscilloscoop metingen op de CAN-busdraden verrichten. Aan de metingen met de multimeter zit wel een beperking; bij het meten van de voltages wordt slechts een gemiddelde waarde aangegeven. De multimeter volstaat in beperkte mate bij het meten van een onderbreking of kortsluiting. Voor het meten van de spanningsniveaus en het beoordelen of het signaal een zuiver verloop heeft, is de oscilloscoop benodigd.
Hoe een CAN-bus systeem werkt en hoe de opbouw van de berichten tot stand komt, wordt uitgelegd op de pagina CAN-bus. Deze pagina richt zich op het meten van de CAN-bus met de oscilloscoop en de multimeter en worden mogelijke storingen met oorzaken beschreven.
Diagnose CAN-bussignalen low / medium speed:
Met een tweekanaals oscilloscoop kunnen de CAN-high en CAN-low tegelijk ten opzichte van massa worden gemeten. De onderstaande twee scoopbeelden geven het CAN-bussignaal van de comfort-bus weer. Dit wordt ook wel de “low speed” of de “medium speed” genoemd. Dit netwerk vinden we vaak in de comfort-elektronica, van bijvoorbeeld de portierelektronica, BCM, airco-regeleenheid en het instrumentenpaneel. De spanningen zijn als volgt:
- CAN-low: in rust 5 volt, actief 1 volt;
- CAN-high: in rust 0 volt, actief 4 volt.
Wanneer we de nullijnen van beide meetkanalen op dezelfde hoogte van de Y-assen instellen, lopen de signalen in elkaar over. Voor het aflezen is het daarom aan te raden om de Y-as van de CAN-low naar boven te verplaatsen. In de tweede afbeelding hieronder zijn de nullijnen van hoogte veranderd, zodat het spanningsverloop van CAN-high en low goed met elkaar kunnen worden vergeleken.
Let op: de low- en medium speed CAN-netwerken zijn veelal niet voorzien van afsluitweerstanden, in tegenstelling tot het high speed CAN-netwerk. De metingen die worden verricht aan een storing zijn om die reden ook anders. In deze paragraaf worden de mogelijke storingen van het low en medium speed netwerk getoond, en in de volgende paragraaf van het high speed netwerk.
CAN-high kortgesloten met massa:
In de CAN-high is er sprake van massasluiting. Bij beschadiging van de isolatie kan de bedrading contact maken met de carrosserie, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met massa.
In de onderstaande meting zien we op kanaal B een constante spanningslijn die 0 volt bedraagt.
CAN-low kortgesloten met massa:
In de CAN-low is er sprake van massasluiting. Bij beschadiging van de isolatie kan de bedrading contact maken met de carrosserie, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met massa.
In de onderstaande meting zien we op kanaal A een constante spanningslijn die 0 volt bedraagt.
CAN-high kortgesloten met plus:
In de CAN-high is er sprake van plussluiting. Bij beschadiging van de isolatie van meerdere draden in een kabelboom kan de bedrading onderling contact maken, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met plus.
In de onderstaande twee metingen zien we:
- Channel overrange: het spanningsbereik van kanaal B (rood) moet worden vergroot;
- Op kanaal B zien we (in het bereik 20 V) een constante spanningslijn die gelijk is aan de accuspanning.
CAN-low kortgesloten met plus:
In de CAN-low is er sprake van plussluiting. Bij beschadiging van de isolatie van meerdere draden in een kabelboom kan de bedrading onderling contact maken, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met plus.
In de onderstaande twee metingen zien we:
- Channel overrange: het spanningsbereik van kanaal A (blauw) moet worden vergroot;
- Op kanaal A zien we (in het bereik 20 V) een constante spanningslijn die gelijk is aan de accuspanning.
CAN-high kortgesloten met CAN-low:
De CAN-low verandert naar het spanningsverloop van CAN-high als ze onderling verbinding maken. Kortsluiting tussen CAN-high en CAN-low kan ontstaan in de bedrading, waarbij de isolatie van beide CAN-busdraden is doorgesleten, of door een defect in de printplaat van een ECU.
In de onderstaande afbeelding zien we de tweekanaalsmeting waarbij CAN-high en low met elkaar zijn kortgesloten.
Op CAN-high valt de communicatie af en toe weg:
De communicatie met één regelapparaat in de CAN-high is onderbroken. Dit regelapparaat verzend en ontvangt geen data meer via de CAN-high, maar de CAN-low functioneert nog wel. Daardoor blijft communicatie en uitlezen alsnog mogelijk.
Wanneer de stekker van het betreffende regelapparaat wordt losgekoppeld, valt ook de CAN-low data weg en is er geen verschil meer zichtbaar tussen CAN-high en CAN-low.
In de onderstaande afbeelding zien we dat de CAN-high op een punt recessief blijft, terwijl de op de CAN-low wel data wordt verstuurd.
Op CAN-low valt de communicatie af en toe weg:
De communicatie met één regelapparaat in de CAN-low is onderbroken. Dit regelapparaat verzend en ontvangt geen data meer via de CAN-low, ,maar de CAN-high functioneert nog wel. Daardoor blijft communicatie en uitlezen alsnog mogelijk.
Wanneer de stekker van het betreffende regelapparaat wordt losgekoppeld, valt ook de CAN-high data weg en is er geen verschil meer zichtbaar tussen CAN-high en CAN-low.
In de onderstaande afbeelding zien we dat de CAN-low op een punt recessief blijft, terwijl de op de CAN-high wel data wordt verstuurd.
Diagnose CAN-bussignalen high speed:
De ECU’s waarvan een hoge communicatiesnelheid van groot belang is, zijn met een high speed CAN-netwerk uitgerust. Hieronder vallen bijvoorbeeld de ECU van de verbrandingsmotor, automatische transmissie, ABS/ESP/EBS en de airbags. Een high speed netwerk is te allen tijde met afsluitweerstanden uitgevoerd. Storingen in de bedrading en ECU’s geven om die reden ook een ander spanningsverloop, waardoor het soms lastiger kan worden om een diagnose te stellen dan bij een comfortnetwerk. Zoals altijd wordt eerst een storingsvrije situatie weergegeven alvorens we overgaan tot storingen.
De spanningen van een high speed netwerk zijn als volgt:
- CAN-high: in rust 2,5 volt, actief 3,5;
- CAN-low: in rust 2,5 volt, actief 1,5 volt.
Op het moment dat CAN-high en low beiden 2,5 volt zijn, is de bus recessief (in rust). Wanneer de CAN-high stijgt en CAN-low daalt, wordt de bus dominant en wordt er een bit gevormd. De onderstaande afbeelding toont een screenshot van een correct high speed CAN-bus signaal.
Op het moment dat een dergelijk signaal wordt gemeten en er is veel ruis zichtbaar, is het aan te raden om de acculader van het voertuig te verwijderen, de oscilloscoop met de massa van het voertuig te verbinden (op de Automotive-scopes zit hiervoor een “ground”aansluiting op de achterzijde) en kan met de samplefrequentie het signaal zuiverder worden gemaakt. Met de samplefrequentie wordt het signaal afgevlakt, dus wanneer deze te ver van de standaard waarde afwijkt, kan het CAN-signaal te veel vervormen.
Voor de duidelijkheid: in de onderstaande afbeelding is CAN-high rood en CAN-low blauw.
CAN-high kortgesloten met massa:
In de CAN-high is er sprake van massasluiting. Bij beschadiging van de isolatie kan de bedrading contact maken met de carrosserie, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met massa.
In de onderstaande meting zien dat CAN-high (rood) exact 0 volt is, omdat deze een kortsluiting met massa heeft. CAN-low (blauw) staat íets boven de nullijn. Bij het inzoomen in dit signaal zou dit nog duidelijker worden. Omdat CAN-high precies 0 volt is en CAN-low een paar tienden volt hoger is, kunnen we concluderen dat CAN-high kortsluiting heeft met massa.
CAN-low kortgesloten met massa:
In de CAN-low is er sprake van massasluiting. Bij beschadiging van de isolatie kan de bedrading contact maken met de carrosserie, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met massa.
In de onderstaande meting zien we dat CAN-low 0 volt is. Er is weliswaar wat ruis zichtbaar, maar dat kunnen we verwaarlozen. CAN-low is kortgesloten met massa. De spanningslijn van CAN-high zien we telkens stijgen, maar dat is niet genoeg om een communicatie op te starten. Ook is in het scoopbeeld te zien dat CAN-low altijd een lagere spanning is dan CAN-high (rood is altijd iets hoger dan blauw), waarmee we ervanuit kunnen gaan dat CAN-low is kortgesloten met massa.
CAN-high kortgesloten met plus:
In de CAN-high is er sprake van plussluiting. Bij beschadiging van de isolatie van meerdere draden in een kabelboom kan de bedrading onderling contact maken, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met plus.
In de onderstaande afbeelding zien we het verschijnsel dat lijkt op de situatie waarbij CAN-low met massa was kortgesloten. CAN-high (rood) is gestegen tot de boordspanning van rond de 12 volt. CAN-low (blauw) is ook in spanning gestegen en probeert nog te communiceren door het signaal te verlagen. Omdat er geen communicatie op gang komt, blijven de negatieve spanningspieken zich herhalen.
CAN-low kortgesloten met plus:
In de CAN-low is er sprake van plussluiting. Bij beschadiging van de isolatie van meerdere draden in een kabelboom kan de bedrading onderling contact maken, of in een ECU wordt er kortsluiting gemaakt met plus.
In de onderstaande meting zien we dat CAN-high en CAN-low rond de 12 volt zijn. De spanning van CAN-low is echter rond de 200 mV hoger dan CAN-high. CAN-low heeft CAN-high mee omhoog gelift. Hierin is te herkennen dat CAN-low is kortgesloten met de plus.
CAN-high kortgesloten met CAN-low:
De CAN-low verandert naar het spanningsverloop van CAN-high als ze onderling verbinding maken. Kortsluiting tussen CAN-high en CAN-low kan ontstaan in de bedrading, waarbij de isolatie van beide CAN-busdraden is doorgesleten, of door een defect in de printplaat van een ECU.
In de onderstaande afbeelding zien we de tweekanaalsmeting waarbij CAN-high en CAN-low met elkaar zijn kortgesloten. De spanning op beide kanalen bedraagt 2,5 volt.
Diagnose met de multimeter:
Het meten van spanningsniveaus van CAN-bus met de multimeter is onverstandig. De multimeter geeft bij veel in hoogte wisselende spanningen gemiddelde waardes weer, zodat men geen goede diagnose kan stellen. Voor het meten van de spanningen dient de oscilloscoop te worden gebruikt.
De multimeter kunnen we wel gebruiken in het meten van de weerstanden van (uitsluitend) een high-speed CAN-netwerk met afsluitweerstanden. De onderstaande metingen tonen de ohmse weerstand in drie verschillende situaties: bij een correct functionerend systeem, een onderbroken draad en kortsluiting tussen CAN-high en CAN-low. Bij een low / medium (comfort)netwerk worden zelden afsluitweerstanden toegepast, en kunnen deze metingen niet worden verricht.
Storingsvrij:
Op de pagina CAN-bus is beschreven dat er twee afsluitweerstanden in het netwerk aanwezig zijn. De afsluitweerstanden hebben beiden een weerstand van 120 ohm. Bij een storingsvrij systeem zullen we een vervangingsweerstand van 60 ohm meten tussen CAN-high en CAN-low.
Let op: we kunnen dit alleen meten als de voedingsspanning van alle regeleenheden is uitgeschakeld!
Onderbreking:
Bij een onderbreking in een CAN-high of CAN-lowdraad meten we niet meer de vervangings-weerstand van 60 ohm. In de afbeelding meten we slechts de waarde van weerstand R2 (120 ohm).
Kortsluiting:
In de situatie dat de CAN-busdraden verbinding met elkaar maken (dus met elkaar zijn kortgesloten), meten we een weerstandswaarde van ongeveer 0 ohm.
Bij de volgende storing zijn beide CAN-draden onderbroken. Er zal nu veel storing (ruis) op de bus komen. Nodes 1, 3 en 4 kunnen met elkaar communiceren mits de storing en reflectie te groot is waardoor de berichten vervormen. Zo kunnen ook node 2 en 5 met elkaar communiceren onder voorbehoud van hetzelfde probleem.
Sommige CAN-netwerken functioneren ook wanneer er één draad onderbroken is. Er zullen wel foutcodes opgeslagen worden en de bestuurder zal met waarschuwingslampen op de hoogte worden gebracht door meldingen van diverse systemen. Dit zijn de netwerken die uitgerust zijn met een Fault Tolerante CAN-tranceiver. Afhankelijk van de toegepaste tranceiver kunnen er verschillende soorten fouten optreden zonder dat de communicatie tussen de nodes verloren gaat. Ook met de eerder genoemde storingen met de kortsluitingen naar plus en massa kunnen deze CAN-tranceivers normaal functioneren (uiteraard wel met diverse foutmeldingen).
Gerelateerde pagina’s: