عیب یابی اتصال کوتاه در شبکه CAN HS

شبکه Controller Area Network (CAN) یک پروتکل حیاتی در سیستم‌های الکترونیکی خودرو است که ارتباط مؤثر بین ماژول‌های مختلف مثل یونیت کنترل موتور (ECU)، یونیت ترمز (ABS) و نمایشگر داشبورد را فراهم می‌کند. در بین نسخه‌های مختلف شبکه CAN، نسخه CAN High Speed (CAN HS) به خاطر سرعت بالا و کارایی بیشتر در خودروهای مدرن، بسیار رایج است. با این حال اتصال کوتاه (Short Circuit) یکی از مشکلات متداول در این شبکه است که می‌تواند باعث اختلال در عملکرد خودرو شود.

در این مقاله، به بررسی جامع علت‌ها، نمونه‌های اتصال کوتاه در شبکه CAN HS و روش‌های ابزار محور عیب‌یابی و رفع آن‌ها می‌پردازیم.

معرفی شبکه CAN HS و اهمیت آن

شبکه CAN HS توسط Bosch در دهه ۱۹۸۰ معرفی شد و در خودروهای مدرن به منظور انتقال داده با سرعت‌های بالا بین کنترل یونیت‌ها استفاده می‌شود. سرعت انتقال داده در این شبکه معمولاً بین 125 کیلوبیت بر ثانیه تا 1 مگابیت بر ثانیه است.

شبکه CAN HS شامل دو خط اصلی است: CAN_H و CAN_L. این دو خط به صورت تفاضلی (differential) داده‌ها را منتقل می‌کنند که باعث افزایش مقاومت نویز و پایداری سیگنال می‌شود.

ساختار فیزیکی شبکه CAN HS

• خط CAN_H: خط مثبت تفاضلی، روی مقدار ولتاژ 3.5 ولت در حالت فعال (Dominant)
• خط CAN_L: خط منفی تفاضلی، روی مقدار ولتاژ 1.5 ولت در حالت فعال (Dominant)
• امپدانس ترمینیشن: دو مقاومت 120 اهم در ابتدای و انتهای شبکه جهت تامین ترمینیشن خط

ساختار بستری تبادل پیام تفاضلی سبب می شود مشکل اتصال کوتاه به شدت روی عملکرد شبکه تأثیرگذار باشد.

انواع اتصال کوتاه در شبکه CAN HS

اتصال کوتاه در شبکه CAN HS می‌تواند به اشکال مختلف رخ دهد که هر یک علائم و پیامدهای متفاوتی دارند:

1. اتصال کوتاه بین دو خط CAN (CAN_H به CAN_L)

یکی از رایج‌ترین نوع اتصال کوتاه است که باعث می‌شود اختلاف ولتاژ بین دو خط کاهش یابد و سیگنال تفاضلی از بین برود. در این حالت تقریباً ولتاژ دو خط به هم نزدیک شده و پیام‌ها ارسال یا دریافت نمی‌شوند.

2. اتصال کوتاه خط CAN_H یا CAN_L به زمین (GND)

این حالت باعث افت ولتاژ در خط مربوطه شده و سیگنال‌ها به شدت آسیب می‌بینند. اگر فقط یکی از خطوط به زمین متصل شود، شبکه ممکن است همچنان کار کند اما با اختلالات و خطاهای ارتباطی.

3. اتصال کوتاه خط CAN_H یا CAN_L به ولتاژ تغذیه (Battery+

این مشکل باعث می‌شود خط مربوطه همیشه در سطح ولتاژ بالا قرار بگیرد و عبور سیگنال امکان‌پذیر نباشد.

نشانه‌ها و علائم اتصال کوتاه در شبکه CAN HS

عیب یابی اتصال کوتاه نیازمند آگاهی از علائم و نشانه‌های خرابی است تا سریع‌تر به ریشه مشکل برسیم. از این علائم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قطع ارتباط ECU ها: برخی یا همه یونیت‌ها پیام ارسال یا دریافت نمی‌کنند.
• خطاهای CAN Bus Off: یونیت‌ها به دلیل افزایش خطاهای ارتباطی وارد حالت Bus Off می‌شوند که نشان دهنده مشکل جدی در شبکه است.
• افزایش تعداد فریم‌های خطا (Error Frames): که در اسکوپ CAN قابل رویت است.
• ولتاژ ناپایدار روی خطوط CAN: اندازه‌گیری با مالتی‌متر یا اسیلوسکوپ می‌تواند این موضوع را نشان دهد.

ابزارهای مورد نیاز برای عیب یابی اتصال کوتاه در CAN HS

برای تشخیص اتصال کوتاه در شبکه CAN HS، ابزارهای متنوعی به کار گرفته می‌شوند که هر کدام مزیت و کاربرد مخصوص به خود را دارند:

1. اسیلوسکوپ دیجیتال (OSCILLOSCOPE)

اسیلوسکوپ 2 کاناله با فرکانس پاسخ حداقل 20 مگاهرتز برای نمایش سیگنال‌های CAN_H و CAN_L به صورت همزمان ضروری است. مشاهده شکل موج غیرطبیعی یا سیگنال‌های تخت می‌تواند به شناسایی اتصال کوتاه کمک کند.

2. مولتی‌متر دیجیتال (Digital Multimeter)

برای اندازه‌گیری مقاومت، ولتاژ DC یا AC روی خطوط استفاده می‌شود. همچنین مولتی‌متر قابلیت تست اتصال کوتاه از طریق اندازه‌گیری مقاومت بین خطوط را دارد.

3. آنالیزور CAN (CAN Analyzer)

این وسیله قادر است پیام‌های شبکه CAN را دریافت، تحلیل و خطاهای احتمالی شبکه را نمایش دهد. ابزارهای پیشرفته‌تر امکان لاگ‌برداری و شبیه‌سازی پیام نیز دارند.

4. تستر عیب CAN (CAN Bus Tester)

دستگاهی تخصصی برای شبیه‌سازی ارسال پیام یا تست مقاومت ترمینیشن که به عیب‌یابی سریع تر کمک می‌کند.

روش‌های گام به گام عیب‌یابی اتصال کوتاه در شبکه CAN HS

در ادامه روش‌های فنی و گام به گام عیب‌یابی اتصال کوتاه را معرفی می‌کنیم:

گام اول: بررسی بصری و اتصالات فیزیکی

اولین قدم همیشه بررسی دقیق کابل‌ها، کانکتورها و نقاط اتصال است. وجود قطعات آسیب‌دیده، پوسیدگی کابل، خمیدگی‌های شدید یا کانکتورهای کثیف می‌تواند منشا اتصال کوتاه باشد.

گام دوم: اندازه‌گیری مقاومت بین خطوط CAN_H و CAN_L (با کلید OFF)

این تست با مولتی‌متر انجام می‌شود. ابتدا شبکه کاملاً خاموش است. معمولاً مقاومت بین دو خط CAN باید در حدود 60 اهم باشد (دو مقاومت 120 اهم موازی). اگر مقاومت بسیار کم (کمتر از 1 اهم) باشد احتمال اتصال کوتاه وجود دارد.

گام سوم: تست اتصال هر یک از خطوط به زمین و ولتاژ باتری

با مولتی‌متر، مقاومت بین CAN_H و زمین، CAN_L و زمین و همچنین بین هر خط و ولتاژ باتری اندازه‌گیری شود. مقاومت پایین در این مسیرها نشانه اتصال کوتاه است.

گام چهارم: مشاهده شکل موج با اسیلوسکوپ

اسیلوسکوپ کانال اول را به CAN_H و کانال دوم را به CAN_L متصل می‌کنیم و سیگنال را در حالت موتور روشن یا سیستم فعال مشاهده می‌کنیم. شکل موج بررسی می‌شود:

• اگر ولتاژ دو خط برابر و تخت است به معنی اتصال کوتاه بین CAN_H و CAN_L است.
• اگر سیگنال یک خط ثابت به ولتاژ باتری یا زمین است، اتصال کوتاه به ولتاژ یا زمین تشخیص داده می‌شود.
• مشاهده نویز شدید یا حذف سیگنال می‌تواند به اتصال کوتاه‌های جزئی اشاره کند.

گام پنجم: جداسازی شاخه‌های شبکه برای تجزیه و تحلیل دقیق‌تر

اگر شبکه بزرگ و شامل چندین ECU است، با جداکردن شاخه‌ها و کابل‌ها بخش به بخش، محل اتصال کوتاه در شبکه را دقیق‌تر می‌توان تشخیص داد.

گام ششم: استفاده از آنالیزر CAN برای تشخیص خطاهای نرم‌افزاری مرتبط

گاهی اتصال کوتاه باعث تولید پیام‌ اشتباه یا افزایش خطا در سطح بالاتر کانال می‌شود. آنالیزور CAN می‌تواند اطلاعات خطاها را جمع‌آوری کند.

نمونه عملی: عیب یابی اتصال کوتاه در یک خودروی سواری

مثال زیر توضیح گام‌های عیب یابی یک اتصال کوتاه در شبکه CAN HS خودروی سواری مدل ۲۰۱۵ را نشان می‌دهد:

1. خودرو با مشکل قطع ارتباط ECU موتور بارز شد.
2. تیم تعمیر ابتدا کانکتورها را بررسی کرد و هیچ نشانه آسیب فیزیکی پیدا نکرد.
3. با مولتی‌متر، مقاومت بین CAN_H و CAN_L را اندازه‌گیری کردند که کمتر از 1 اهم بود.
4. با جدا کردن شاخه‌های سیم کشی بین ECU ها، اندازه‌گیری مجدد انجام شد و شاخه بین ECU ترمز و ECU موتور مشکل‌دار تشخیص داده شد.
5. سیگنال دو خط توسط اسیلوسکوپ بررسی شد، موج خاموش و به هم چسبیده بود — اتصال کوتاه بین CAN_H و CAN_L.
6. کابل شبکه در مسیر شاخه بین دو ECU باز شد و سیم آسیب دیده کنار قطعات فلزی بدنه که باعث اتصال کوتاه شده بود تعمیر یا تعویض گردید.
7. پس از تعمیر، مقاومت نهایی 60 اهم اندازه‌گیری و سیگنال واضح در اسیلوسکوپ مشاهده شد.

نکات ایمنی و پیشگیری

• قبل از انجام تست‌های ولتاژ یا مقاومت، همواره باتری خودرو را جدا کنید یا سیستم را خاموش کنید تا از آسیب به تجهیزات و خود شبکه جلوگیری شود.
• از کابل‌ها و کانکتورهای استاندارد استفاده کنید و هیچگاه شبکه را با کابل‌های نامرغوب یا غیرهمسان نصب نکنید.
• داخل محفظه سیم‌کشی را ضدزنگ و عایق کنید تا رطوبت و خوردگی باعث اتصال کوتاه نشود.
• استفاده از ابزارهای تست و آنالیز معتبر و حرفه‌ای، دقت عیب‌یابی را به شدت افزایش می‌دهد.

نتیجه‌گیری

اتصال کوتاه در شبکه CAN HS می‌تواند دلیل توقف یا اختلال سیستم‌های حیاتی خودرو باشد و نیازمند عیب‌یابی علمی، دقیق و مرحله‌ای است. شناخت ساختار فیزیکی و الکتریکی شبکه، استفاده صحیح از ابزارهای اندازه‌گیری و تحلیل داده‌ها، راهکارهای کلیدی برای شناسایی سریع مشکل اتصال کوتاه هستند. همچنین پیشگیری با نگهداری صحیح و اجرای درست سیم کشی، باعث کاهش احتمال بروز چنین خطاهایی می‌شود.

توصیه می‌شود تکنسین‌ها و مهندسان خودرو با مطالعه روش‌های حرفه‌ای و تمرین عملی در این زمینه، مهارت و تسلط کافی برای عیب‌یابی شبکه CAN را کسب کنند تا سرعت و کیفیت تعمیرات ارتقا یابد.