CAN

Ein Controller Area Network (CAN) ist ein serielles Kommunikationsprotokoll, das es elektronischen Steuergeräten (ECUs) ermöglicht, Daten über ein Fahrzeug auszutauschen, ohne dass ein zentraler Computer erforderlich ist. Anstelle von Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung zwischen jedem Sensor und Aktor nutzt CAN ein gemeinsames verdrilltes Paar als Rückgrat, das typischerweise mit 250 Kilobit pro Sekunde in Niedriggeschwindigkeitssystemen oder 500 Kilobit pro Sekunde in Hochgeschwindigkeitssystemen moderner Fahrzeuge läuft. Jedes Gerät (Motorsteuermodul, Getriebesteuerung, Antiblockierbremsmodul und so weiter) empfängt und sendet gleichzeitig Nachrichten auf diesem gemeinsamen Bus.

CAN wurde in den frühen 1990er Jahren von Bosch eingeführt, um die Komplexität und das Gewicht von Kabelsträngen zu reduzieren. Ein modernes Auto enthält Dutzende von ECUs; der Ersatz von einzelnen Sensorkabeln durch Nachrichtenverkehr auf einem Kabelpaar spart hunderte Meter Kupfer pro Fahrzeug ein. Das Protokoll nutzt eine nachrichtenbasierte Architektur, bei der jeder übertragene Frame eine Kennung, Datenbytes und Fehlerprüfbits enthält. Jeder Knoten kann senden, wenn der Bus frei ist, aber wenn zwei Knoten gleichzeitig senden, zieht sich derjenige mit der niedrigeren Prioritätskennung automatisch zurück. Diese Kollisionsauflösung erfolgt in Mikrosekunden und erfordert keinen zentralen Arbiter.

Varianten und physisches Layout

High-Speed-CAN läuft typischerweise über ein geschirmtes verdrilltes Paar mit 500 kbps und steuert kritische Systeme wie den Antriebsstrang. Low-Speed-CAN verwendet oft vier Adern (zwei verdrillte Paare) mit 125 kbps und verwaltet Komfortfunktionen wie Beleuchtung und Türschlösser. Fehlertolerante CAN-Varianten existieren für Luft- und Raumfahrt sowie Industrieumgebungen, aber Automobilanwendungen basieren hauptsächlich auf dem ISO-11898-Standard. Das Netzwerk ist an beiden Enden mit 120-Ohm-Widerständen abgeschlossen, um Signalreflektionen im verdrillten Paar zu verhindern.

Fehlerfälle in CAN-Systemen sind gut erforscht: ein unterbrochenes Kabel verhindert jede Kommunikation auf diesem Bus, ein Kurzschluss zu Plus oder Masse verfälscht alle Frames, ein blockierter Sender (ein ECU, das ständig sendet) sperrt den Bus. Moderne Fahrzeuge nutzen mehrere unabhängige CAN-Netzwerke, um kritische Systeme zu isolieren. Ein defektes Karosserie-CAN-Netzwerk kann Fenstermotor deaktivieren, darf aber niemals Motor- oder Bremsbetrieb beeinflussen. Techniker diagnostizieren CAN-Fehler mit einem Oszilloskop oder CAN-Analyzer, der Frameverkehr in Echtzeit liest und Nachrichtenkennungen sowie Dateninhalt gegen bekannte Spezifikationen prüft.

CAN bleibt der weltweite Standard für die Elektrokommunikation im Automobil, da es robust, einfach und kostengünstig zu implementieren ist. Jedes ECU benötigt nur einen kleinen Transceiver-Chip (einen MCP2551 oder äquivalent) und eine kleine Menge Firmware zur Verarbeitung der Protokolllogik. Das Ergebnis ist, dass ein einzelnes verdrilltes Paar jetzt Dutzende von Sensoreingaben, Steuerbefehlen und Diagnosesignalen trägt, die in älteren Fahrzeugen tausende einzelne Kabel benötigt hätten.