Schwachstromblog

Der CAN-Bus - wie Steuergeräte miteinander reden

[NickTheGreek]

Aus aktuellem Anlass ein kurzer Ausflug in die Welt der Bits & Bytes.

Im durchschnittlichen Auto sind ja inzwischen irgendwas zwischen einem Dutzend und einer Million Steuergeräte verbaut. Damit diese Steuergeräte miteinander reden können, haben sich verschiedene Leute verschiedene Lösungen ausgedacht.
Eine der verbreitetsten dieser Lösungen, den CAN-Bus, möchte ich heute vorstellen.

CAN steht für "Controller Area Network", also frei übersetzt "ein Netzwerk mit Steuergeräten drin" oder so ähnlich. Im Vergleich zu anderen Lösungen hat er folgende Eigenschaften und Vorteile:

Zwei Leitungen für alle Daten
Im Gegensatz zu z.B. einer Leitung für das Standlicht, einer für das Abblendlicht, Fernlicht, Blinker usw. können im CAN-Bus (und anderen Datenbussystemen) alle Informationen über dieselben zwei Leitungen geführt werden. Das ist nicht nur viel einfacher, sondern spart im durchschnittlichen Auto auch einige Kilo Kabel. Statt z.B. Spannung auf die Fernlichtleitung zu geben, die dann durchs halbe Auto läuft, kann die Lenkradelektronik einfach die Nachricht "Fernlicht ein" an die Zentralelektrik schicken. Abblendlicht, Blinker, Tempomathebel, Toaster usw. können über dieselben beiden Leitungen gehen.

Alle Steuergeräte sehen alle Daten
RingDie Steuergeräte sind in einem Ring zusammengeschlossen, ähnlich wie bei einer Telefonkonferenz: Alle hören alles, was die anderen sagen. Jedes Steuergerät entscheidet für sich, welche Informationen es nutzen will. Um Verwechslungen auszuschliessen, hat jede Art von Information - z.B. Fahrgeschwindigkeit oder Radiolautstärke - ihre eigene Nummer ("CAN-ID", die die im Datenpaket enthaltene Information genau bezeichnet.
(Der Vollständigkeit halber muss ich zugeben, dass das mit dem Ring gelogen war: Die Enden der CAN-Leitungen sind nicht zu einem Ring verbunden, sondern durch Widerstände abgeschlossen. Aber das wäre komplizierter zu zeichnen gewesen und spielt auch wirklich nur für Umbauten an der Verkabelung eine Rolle.)

Störsicherheit
SignalpegelDer CAN-Bus nutzt zwei Datenleitungen mit gegenläufigen Signalpegeln, d.h. wenn bei einer Leitung die Spannung ansteigt, sinkt sie bei der anderen und umgekehrt. Man nennt die beiden Leitungen deshalb auch "CAN-High" und "CAN-Low". Beide Leitungen übertragen zur gleichen Zeit dieselben Daten. Im Kabelbaum sind sie miteinander verdrillt. Störungen von aussen, z.B. elektrische Spitzen von der Zündung, haben also auf beide Leitungen dieselbe Wirkung.

StörimpulsDer Empfänger schaut sich im Gegensatz zu anderen Systemen nicht die Signalpegel selbst an, sondern die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitungen. Weil Störungen von aussen beide Leitungen genau gleich beeinflussen, werden sie durch die Differenzmessung unsichtbar.

Notbetrieb
Durch die zwei Leitungen hat der CAN-Bus sowas wie eine eingebaute Reserve. Wenn eine Leitung kaputt geht, werden die Daten immer noch über die andere übertragen. Weil die meisten Ingenieure fantasielos sind, nennt man das "Eindrahtbetrieb." Die betroffenen Steuergeräte stellen das fest und legen einen Eintrag im Fehlerspeicher ab.
Mögliche Fehler, die erkannt und umschifft werden können:

• Unterbrechung einer Leitung
• Kurzschluss einer Leitung nach Plus oder Masse
• Kurzschluss beider Leitungen gegeneinander

Die Störsicherheit ist dann natürlich weg.
Nur wenn beide Leitungen gleichzeitig kaputt sind, geht natürlich gar nichts mehr. Die betroffenen Steuergeräte können das zwar feststellen, aber natürlich nicht mehr melden. Der kreative Techniker kann das Steuergerät dann ausbauen und auf dem Labortisch versuchen anzusprechen.

Realisierung im Auto
Viele Autos haben mehr als einen CAN-Bus. Bei VAG z.B. gibt es die Datenbusse Antrieb, Komfort und Infotainment. Alle arbeiten je nach Anforderungen mit verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten und Spannungspegeln. Darum, und damit der kaputte Fensterheber nicht das ABS blockieren kann, sind die Systeme voneinander getrennt.
Die Kommunikation zwischen den Bussen regelt ein CAN-Gateway. Der kann ein eigenständiges Steuergerät oder woanders integriert sein; für den Rest des Autos spielt das keine Rolle. Er hängt an allen Bussen und leitet einzelne Nachrichten weiter, z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeit vom Antriebsbus zum Komfortbus. Teilweise passiert die Weiterleitung nach festen Regeln, teilweise können die einzelnen Steuergeräte beim Gateway Sonderwünsche anbringen und gezielt Pakete aus anderen Bussen anfordern.
Weil der CAN-Gateway so gut vernetzt ist, ist er in der Regel auch Andockstelle für das Diagnosesystem.

Diagnose und Reparatur
Die Diagnose von allen möglichen Fehlern ist je nach Fall etwas kompliziert. Ein guter Anhaltspunkt sind immer die Fehlerspeicher aller verbauten Steuergeräte.
Wenn man eine kaputte CAN-Leitung gefunden hat:
Den kaputten Teil rausschneiden - beide Leitungen immer gleich kürzen, auch wenn nur eine kaputt ist - , ggf. verlängern und alles mit Stossverbindern zusammenstecken. Danach gut isolieren (VAG schreibt gelbe Leitungen und gelbes Klebeband vor, damit die reparierte Stelle gut als solche erkennbar ist).
Wichtig: Die CAN-Leitungen sind verdrillt und sollten das auch bleiben. Unverdrillte Stellen sollten möglichst kurz, auf keinen Fall länger als 10cm sein. Zu stark verdrillen ist auch nicht gut.

Weiterführende Literatur
Wikipedia hat die ganzen schmutzigen technischen Details. Eine schön bebilderte Einführung und Hilfe bei der Fehlersuche gibt's auch in den VAG-Selbststudienprogrammen 186 und 269.

[Ascender]

Ein sehr guter Artikel. Mich wundert, dass hier noch keine anderen Kommentare sind.
Du hast es auch für den Laien sehr gut erklärt. Ich hab mich schon immer gefragt was denn da so tolles an der Buskanne ist. Ich bin ja auch Captain Mechanik anstatt Commander Computer.

Aber das macht ja irgendwie schon Sinn alles. Tolles Gerät und top Beitrag.

[Spannungsprüfer14028]

1A! Grosses Lob auch von meiner Seite! Verständlich für jedermann!

Danke für den link!

Gruß cleMo

[udo.bernhardt]

Ja wirklich toll erklärt. Ich hab da mal eine Frage an den Fachmann: Ich habe ein spezielles Projekt vor: ich möchte die Komfortsysteme wie Einparkhilfe, KeylessGo, Steuerung Licht/Regensensorik, ggf Ansteuerung Fensterheber und Schiebedach sowie elektrische Sitze eines VW Touareg in ein anderes Fahrzeug umsetzen. Das andere Fahrzeug ist Bj 1995 und hat nichts davon, außer el. Fensterheber/Schiebedach. Wieviel und wieweit ich da gehen kann, hängt tatsächlich vom dem ab was da möglich ist. So nun zu meiner Frage. Besteht denn die Möglichkeit den Komfortsystemen einige Funktionen aus anderen Steuergeräten, die dann nicht mehr vorhanden sind "vorzugaukeln". Beispiel: Einparkhilfe: Das Steuergerät benötigt sicher die Informationen: Fahrgeschwindigkeit > als xkm/h , Vorwärts- oder Rückwärtsgang. (z.B. Motor und Getriebsteuergerät werden ja dann nicht nehr verwendet)
Da ich hier einigermaßen neu bin, hoffe ich dass trotz dieses alten Chat's noch jemand reagiert.
PS: ich bin Elektriker - aber kein Elektroniker. Es geht hier nur darum ob es überhaupt möglich ist und wie grob die Richtung aussehen könnte. Für die technische Realisierung sind dann natürlich voraussichtlich noch Fachleute und einiges an Geld notwendig.