CAN-BUS基礎(chǔ)培訓(xùn)教材(學(xué)校風(fēng)格)

1、汽車汽車CAN-BUS基礎(chǔ)基礎(chǔ) -曾國文曾國文 鐘少健鐘少健簡介簡介基本構(gòu)造基本構(gòu)造驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸舒適系統(tǒng)舒適系統(tǒng)Canbus的由來由于現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平大幅提高，要求能對更多的汽車運行參數(shù)進行控制，因而汽車控制器的數(shù)量在不斷的上升，從開始的幾個發(fā)展到幾十個以至于上百個控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增加，使得它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此德國BOSCH公司開發(fā)了一種設(shè)計先進的解決方案CAN數(shù)據(jù)總線，提供一種特殊的局域網(wǎng)來為汽車的控制器之間進行數(shù)據(jù)交換。Canbus的發(fā)展歷史大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為

2、62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動系統(tǒng)上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代Canbus。2001年，大眾公司提高了Canbus的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit/m, 驅(qū)動系統(tǒng)提高到500Kbit/m。2002年，大眾集團在新PQ24平臺上使用帶有車載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代Canbus。2003年，大眾集團在新PQ35平臺上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的LIN-BUS。 CAN-Bus是Controller Area Network的縮寫，

3、稱為控制單元的局域網(wǎng)，它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。 車上的布線空間有限，CAN-Bus系統(tǒng)的控制單元連接方式采用銅纜串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之間的信息傳送方式是廣播式傳輸。也就是說每個控制單元不指定接收者，把所有的信息都往外發(fā)送；由接收控制器自主選擇是否需要接收這些信息。廣播原理：一家發(fā)送，大家接收CAN-BUS系統(tǒng)組成： CAN收發(fā)器: 安裝在控制器內(nèi)部，同時兼具接受和發(fā)送的功能，將控制器傳來的數(shù)據(jù)化為電信號并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。 數(shù)據(jù)傳輸終端：是一個電阻，防止數(shù)據(jù)在線端被反射，以回聲的形式返回，影響數(shù)據(jù)的傳輸。 數(shù)據(jù)傳輸線：雙向數(shù)據(jù)線，由高低雙絞線組

4、成。數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器Canbus采用雙絞線自身校驗的結(jié)構(gòu)，既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線，控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發(fā)送，高低電平互為鏡像。并且每一個控制器都增加了終端電阻，已減少數(shù)據(jù)傳送時的過調(diào)效應(yīng)。Canbus雙絞線的基本顏色：Can總線的基本顏色：橙色；Can-Low總是棕色；Can-High:驅(qū)動系統(tǒng)(黑色)；舒適系統(tǒng)（綠色)； 信息系統(tǒng)(紫色）；+1V-1V外界的干擾同時作用于兩根導(dǎo)線外界的干擾同時作用于兩根導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁波輻射相互抵消產(chǎn)生的電磁波輻射相互抵消0 VCAN 儀

5、表CAN 驅(qū)動CAN 信息CAN 舒適 CAN 診斷由于汽車不同控制器對CAN總線的性能要求不同，因此最新版本的CAN總線系統(tǒng)人為設(shè)定為5個不同的區(qū)域，分別為驅(qū)動系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、多功能儀表、診斷總線等5個局域網(wǎng)。其速率分別為(Kbit/s)：驅(qū)動系統(tǒng)（由15號線激活）：500; 舒適系統(tǒng)（由30號線激活）：100信息系統(tǒng)（由30號線激活）：100；診斷系統(tǒng)（由30號線激活）： 500儀表系統(tǒng)（由15號線激活）：100；Lin: 20最大承載：1000診斷接口CAN-區(qū)域圖網(wǎng)關(guān)J519空調(diào)J255舒適系統(tǒng)J393左前門J386右前門J387左后門J388右后門J389轉(zhuǎn)向柱J527電動

6、轉(zhuǎn)向J500G85安全氣囊J234ABSJ104變速箱發(fā)動機ESP傳感器收音機車載電話雨括器 L雨括器 R J533網(wǎng)關(guān)由于不同區(qū)域Canbus總線的速率和識別代號不同，因此一個信號要從一個總線進入到另一個總線區(qū)域，必須把它的識別信號和速率進行改變，能夠讓另一個系統(tǒng)接受，這個任務(wù)由網(wǎng)關(guān)(Gateway)來完成。另外，網(wǎng)關(guān)還具有改變信息優(yōu)先級的功能。如車輛發(fā)生相撞事故，氣囊控制單元會發(fā)出負(fù)加速度傳感器的信號，這個信號的優(yōu)先級在驅(qū)動系統(tǒng)是非常高，但轉(zhuǎn)到舒適系統(tǒng)后，網(wǎng)關(guān)調(diào)低了它的優(yōu)先級，因為它在舒適系統(tǒng)功能只是打開門和燈。 LinbusLinbus是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的縮寫。所謂汽車中的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指所有的控制

7、單元都在一個總成內(nèi)（如空調(diào)等），并且有主控制器和子控制器之分，整個總成內(nèi)（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由Linbus相連，然后由主控制器通過Canbus與外界相連。Linbus是CANBUS的子網(wǎng), 但它只有一根數(shù)據(jù)線，線截面積為0.35mm2,并且沒有屏蔽措施。Linbus系統(tǒng)規(guī)定一個主控制單元最多可以連接16個子控制單元。診斷總線網(wǎng)關(guān)儀表總線驅(qū)動總線舒適總線信息總線診斷總線診斷總線是用于診斷儀器和相應(yīng)控制單元之間的信息交換，它被用來代替原來的K線或者L線的功能（廢氣處理控制器除外）。診斷總線目前只能在VAS5051和VAS5052 下工作，而不能適用于原來的診斷工具，如1

8、552等。診斷總線通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接到相應(yīng)的CANBUS上，然后再連接相應(yīng)的控制器進行數(shù)據(jù)交換。隨著診斷總線的使用，大眾集團將逐步淘汰控制器上的K線存儲器，而采用CAN線作為診斷儀器和控制器之間的信息連接線，我們稱之為虛擬K線。針腳號 對應(yīng)的線束 1 15號線 4 接地 5 接地 6 CANBUS(高） 7 k線 14 CANBUS(低） 15 L線 16 30號線注：未標(biāo)明的針腳號暫未使用。當(dāng)車輛使用診斷CANBUS總線結(jié)構(gòu)后，解碼器必須使用相對應(yīng)的新型診斷接頭, 否則無法讀出相應(yīng)的診斷信息。另外，車上的診斷接口也作出了相應(yīng)的改動，具體信息看如下圖表：Canbus上的信息Canbus上的信息是以二

9、進制形式出現(xiàn)的。也就是說控制單元將信息轉(zhuǎn)換成二進制，Canbus用電平來模擬二進制，接受控制單元將電平轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)，再將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成正常數(shù)據(jù)。例如：控制單元B將發(fā)動機轉(zhuǎn)速值信號先轉(zhuǎn)換成二進制信號(00010101),然后由發(fā)送器轉(zhuǎn)換成一串電平信號兵發(fā)送出去?？刂茊卧狝的接收器先讀取電平信號，轉(zhuǎn)換成二進制信號(00010101)，然后再解碼成發(fā)動機轉(zhuǎn)速值。邏輯信號和差分放大器log. 0“l(fā)og: 1“ 差分放大器對應(yīng)于邏輯電平差分放大器對應(yīng)于邏輯電平Canbus的收發(fā)器Canbus上的控制器中發(fā)送信息的線路通過一個開路集電極和總線相連。Canbus的收發(fā)器如圖所示，使用一個電路進行控制

10、，這樣也就是說控制單元在某一時間段只能進行發(fā)送或接受一項功能。邏輯“1”：所有控制器的開關(guān)斷開；總線電平為5Vor3.5V；Canbus未通訊。邏輯“0”：某一控制器閉合；總線電平為0伏； Canbus進行通訊。典型收發(fā)器線路圖（TJA 1050）：2個以上控制器所組成的Canbus系統(tǒng)當(dāng)用2個以上的控制器連接在Canbus總線上（如圖所示），用邏輯1來表示斷開和用邏輯0表示閉合。不考慮其他總線規(guī)則情況下，總線會出現(xiàn)下圖的情況：1.任何開關(guān)閉合，總線上的電壓為0伏2.所有開關(guān)斷開，總線上的電壓為5伏因此：1.只要任何一個控制器激活，則總線激活2.所有控制器關(guān)閉，總線處于未激活狀態(tài)激活的總線稱為

11、顯性電平；未激活的總線電平稱為隱形電平Canbus 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)控制器發(fā)送信息時，并不僅僅是數(shù)據(jù)本身，它同時還帶有屬性數(shù)據(jù)打成數(shù)據(jù)包一起傳送。該數(shù)據(jù)包共有7個數(shù)據(jù)段，分別儲存有開始區(qū)（1位），有限級別區(qū)（11位），檢驗區(qū)（6位）數(shù)據(jù)區(qū)（64位），安全區(qū)（16位），確認(rèn)區(qū)（2位）和結(jié)束區(qū)（7位）。開始區(qū)優(yōu)先級別區(qū)未使用數(shù)據(jù)區(qū)確認(rèn)區(qū)檢驗區(qū)數(shù)據(jù)量16位冗余校驗碼結(jié)束區(qū)優(yōu)先級確認(rèn)因為Canbus采用串行數(shù)據(jù)傳遞（單根數(shù)據(jù)線)方式，如果有多個控制器同時需要發(fā)出信號，那么在總線上一定會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。所有每一個數(shù)據(jù)列都有它的優(yōu)先級。當(dāng)有多個控制器試圖發(fā)送信息時，它們自己的接收器為信息優(yōu)先級進行仲裁，當(dāng)其他控

12、制器發(fā)送的信息優(yōu)先級高于自己控制器發(fā)送信息時，通知自己發(fā)送器停止發(fā)送，整個控制器進入接收狀態(tài)。在信息數(shù)據(jù)列中有11位的狀態(tài)區(qū)，這11位二進制中前7位既是發(fā)送信息的控制器標(biāo)識符，同時又表示了它的優(yōu)先級，即從前往后數(shù)，前面零越多，優(yōu)先級越高。而后4位則是這個控制器發(fā)送不同信息的編號，如發(fā)動機控制單元既要發(fā)送轉(zhuǎn)速信號，又要發(fā)送水溫等信號，則后4位就有所不同。Canbus系統(tǒng)的難題-發(fā)送和接受的同步同步解決方案一：邊沿對齊為了保證發(fā)送和接受能夠同步，為了保證發(fā)送和接受能夠同步，CanbusCanbus規(guī)定了邊沿對齊規(guī)則。也就是說接收器發(fā)現(xiàn)規(guī)定了邊沿對齊規(guī)則。也就是說接收器發(fā)現(xiàn)每一次電平反向的節(jié)拍不對時

13、，必須調(diào)整邊沿，以求得同步。這個規(guī)則在電平變化頻每一次電平反向的節(jié)拍不對時，必須調(diào)整邊沿，以求得同步。這個規(guī)則在電平變化頻繁時能有效的保證了接收的正確性繁時能有效的保證了接收的正確性數(shù)據(jù)的位填充為了保證發(fā)送和接受能夠同步，為了保證發(fā)送和接受能夠同步，CanbusCanbus規(guī)定了位填充規(guī)則。也就是說最多規(guī)定了位填充規(guī)則。也就是說最多5 5位出現(xiàn)位出現(xiàn)一樣的電平信號，第六位必須有一個反向電平。這個規(guī)則能有效的保證了接收的正確一樣的電平信號，第六位必須有一個反向電平。這個規(guī)則能有效的保證了接收的正確性。性。出錯幀（Error Frame):當(dāng)控制器在接收其他控制器或自己發(fā)送器的信息時，發(fā)現(xiàn)信息有錯

14、誤，可以發(fā)送出錯幀，出錯幀至少有6個顯性電平和8個隱性電平，至多12個顯性電平和8個隱性電平構(gòu)成。錯誤發(fā)送控制單元接收控制單元接收控制單元Canbus系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)Canbus驅(qū)動系統(tǒng)由15號激活, 速率是所有Canbus中最高達到500 kBit/s，采用終端電阻結(jié)構(gòu)，其中心電阻為66歐姆（發(fā)動機電阻）；并且高低Canbus線為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即任一根Canbus線斷路，則Canbus無法工作。驅(qū)動系統(tǒng)電路簡圖驅(qū)動系統(tǒng)的Canbus信號和邏輯信號：Can-High的高電平為：3.5伏Can-High的低電平為：2.5伏Can-Low 的高電平為: 2.5伏Can-low 的低電平為：1.5伏

15、邏輯“1”：Can-high(3.5) Can-low=(1.5)邏輯“0”：Can-high(2.5) Can-low(2.5)驅(qū)動系統(tǒng)的信號圖舒適系統(tǒng)舒適系統(tǒng)Canbus舒適系統(tǒng)由30號激活, 速率達到100 kBit/s，沒有終端電阻，且高低Canbus線分離，即任一根Canbus線斷路，Canbus工作不受影響。舒適系統(tǒng)電路簡圖測舒適系統(tǒng)高低線的電阻為無窮大！10us舒適系統(tǒng)的Canbus信號和驅(qū)動系統(tǒng)有很大區(qū)別：Can-High的高電平為：3.6伏Can-High的低電平為：0伏Can-Low 的高電平為: 5伏Can-low 的低電平為：1.4伏邏輯“1”：Can-high(3.6) Can-low=(1.4)邏輯“0”：Can-high(0) Can-low(5)舒適系統(tǒng)的信號圖內(nèi)部故障管理控制單元內(nèi)部有錯誤計數(shù)器。一次發(fā)送失敗計數(shù)加