Noise Filtering Methods in CAN Communications

Abstract

Communication, data collection and control processes are at the forefront of the most important areas of work in today's automotive industry. Data collection is very important for electronic infrastructure systems. It is very important to establish a highly reliable structure and to transmit the data correctly to the control system. CAN protocol is one of the frequently preferred communication protocols in order to transmit data accurately and securely along the line. In this study, the parameters of the CAN protocol used in air-conditioning controls in accordance with the SAE J1939 standard are set with software. It is shown on the analyzer screen that the message address and information used in communication are transmitted correctly. It has been tried to create an electrical noisy environment that the air conditioning controls that control many electric motors and systems may encounter in the automotive during communication. Components and topologies of CAN hardware have been tested in the created environment. Output graphs of different circuit topologies in noisy environments are interpreted. Four different topologies are given. The oscilloscope images were shared by running the two topologies in an electrically noisy environment. 1.8 V peak-to-peak value was measured in the TVS protection circuit. In the multi-TVS device circuit, 1.6 V peak-to-peak value was obtained. By filtering, the peak-to-peak value was reduced by 12%.

Keywords

• CAN bus
• CAN signals
• SAE J1939 Standard
• CAN hardware

CAN Haberleşmesinde Gürültü Filtreleme Yöntemleri

Abstract

Günümüzün otomotiv sektöründe çalışılan en önemli alanlarının başında haberleşme, veri toplama ve kontrol işlemleri gelmektedir. Veri toplama işlemi elektronik alt yapısı sistemler için oldukça önemlidir. Güvenirliği yüksek bir yapı kurularak verilerin doğru bir şekilde kontrol sistemine iletilmesi oldukça önemlidir. Verilerin hat boyunca doğru ve güvenli iletilmesi amacıyla sıklıkla tercih edilen haberleşme protokollerinden biri CAN protokolüdür. Bu çalışmada iklimlendirme kumandalarında kullanılan CAN protokolünün SAE J1939 standartına uygun şekilde parametrelerinin yazılım ile ayarlanmasına yer verilmiştir. Haberleşmede kullanılan mesaj adresi ve bilgisinin doğru şekilde iletildiği analizör ekranında gösterilmiştir. Haberleşme esnasında birçok elektrik motoru ve sistemi kontrol eden iklimlerdirme kumandalarının otomotivde karşılaşabileceği elektriksel gürültülü ortam oluşturulmaya çalışılmıştır. Oluşturulan ortamda CAN donanımına dair komponent ve topolojiler test edilmiştir. Farklı devre topolojilerinin gürültülü ortamlardaki çıkış grafikleri yorumlanmıştır. Dört farklı topoloji verilmiştir. İki topoloji elektriksel gürültülü ortamda çalıştırılarak osiloskop görüntüleri paylaşılmıştır. TVS koruma devresinde 1.8 V tepeden tepeye değeri ölçülmüştür. Çoklu TVS cihaz devresinde ise 1.6 V tepeden tepeye değeri elde edilmiştir. Filtreleme yaparak tepeden tepeye değeri %12 azaltılmıştır.

Keywords

• CAN veri yolu
• CAN sinyalleri
• SAE J1939 Standartı
• CAN donanımı

References

1. [1] Natale M D. Understanding and using the Controller Area Network. 2008.
2. [2] Turgut M, Bayir R, Duran F. CAN Communication Based Modular Type Battery Management System for Electric Vehicles, Elektronika Ir Elektrotechnika, 24(3), 1392-1215,2018.
3. [3] Zhang Y, Liu T, Chong T, Jia X, & Wu Z. Analysis of CAN bus encryption and decryption performance of different chips. In Journal of Physics: Conference Series, (Vol. 2006, No. 1, p. 012071). IOP Publishing. 2021.
4. [4] Chen Y, Li Q, & Luo Q. Research on Fault Diagnosis of Vehicle-mounted Network Communication Based on CAN Bus. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 677, No. 4, p. 042049). IOP Publishing. 2019.
5. [5] Elżbieta G. Communication in Automotive Networks Illustrated with an Example of Vehicle Stability Program: Part I- Control Area Network. GSTF International Journal of Engineering Technology (JET) 2(4), 2014.
6. [6] Türker GF, & Kutlu A. Kontrol Alan Ağı (CAN) ve Tıbbi Cihaz Uygulamaları. Akademik Bilişim 2013, ID:18, Akdeniz Üniversitesi Hukuk Fakültesi, Antalya, 2013.
7. [7] Yahui L. Servo control system based on optical fiber CAN communication. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 310, No. 3, p. 032021). IOP Publishing. 2019.
8. [8] Huan LI. & Qinzhu W. EMC improvement of CAN bus in automotive bus. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1607, No. 1, p. 012035). IOP Publishing. 2020.

9. [9] Murvay PS, ve Groza B. SAE J1939 ticari araç veri yolu protokolü için güvenlik eksiklikleri ve karşı önlemler. Araç Teknolojisinde IEEE İşlemleri , 67 (5), 4325-4339. 2018.
10. [10] Durgun YE. Elektromobil araç kontrol sistemi tasarımı ve entegrasyonu (Master's thesis, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi). 2019.
11. [11] Alkan B, Akkan ÖÜLÖ, & Gören ÖÜA. Kapalı Döngü Aktüatörlerin Mobil Hidrolikte Can Protokolü İle Kontrolü. Proceedıngs Book, 96. 2021.
12. [12] Richards P. A CAN Physical Layer Discussion. Microchip Technology Inc., U.S. 2002.
13. [13] Yardım F. Bir tren eğitim simülatörünün CAN protokolü kullanarak gerçeklenmesi (Master's thesis, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü). 2010.
14. [14] Jichici C, Groza B, Ragobete R, Murvay PS, & Andreica T. Effective Intrusion Detection and Prevention for the Commercial Vehicle SAE J1939 CAN Bus. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2022.
15. [15] Kından AB. ARM Cortex M0 serisi mikrodenetleyicilerden oluşan ayrık gömülü sistemler için can bus tabanlı yazılım güncelleme sistemi tasarımı (Master's thesis, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü). 2019.
16. [16] Baier J. The Protection of USB 2.0 Applications. ANP002c, 2016-08-19, JB. 2016.
17. [17] Ülle E. Design of CAN-node. 2018.
18. [18] Lepkowsk, J, Wolfe B. EMI/ESD protection solutions for the CAN bus. ICC2005, 02-16/02-24, 2004.