汽車專業(yè)畢業(yè)技術(shù)論文-汽車CAN總線系統(tǒng)簡介

1、.學院畢業(yè)技術(shù)報告汽車CAN總線系統(tǒng)簡介系 部 機電工程系 專 業(yè) 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 畢業(yè)技術(shù)報告成績評議表系部專業(yè)成績班級學號姓名報告題目指導教師評閱意見報告成績評定： 指導教師： 年 月 日答辯小組意見答辯成績評定： 答辯小組負責人： 年 月 日注： 1、成績均按優(yōu)、良、中、及格、不及格五級評定；2、各專業(yè)抽部分畢業(yè)生進行畢業(yè)技術(shù)報告答辯；3、不參加答辯的學生，用指導教師評定的成績作為最終成績；4、參加答辯的學生，用畢業(yè)答辯小組評定的成績作為最終成績。摘要CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是德國Bosch公司20世紀80年代最初動機是

2、為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線而應(yīng)用開發(fā)的一種通信協(xié)議。因其良好的性能價格比和可靠性，如今已得到廣泛應(yīng)用。傳輸速率為83.3500kbit/s。LIN總線：是車內(nèi)最新且運用最廣泛的低成本串行通訊系統(tǒng)。開發(fā)這種是為了產(chǎn)生一種開放的標準“低成本”CAN，用在CAN難于實現(xiàn)或使用成本過高的位置。使用LIN后，無需增加CAN的帶寬和靈活性，即可實現(xiàn)與智能傳感器和執(zhí)行器之間的通信。通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式均基于單主/多從概念。LIN總線在物理上基于單線制12V總線。通過LIN啟動的典型部件包括車門模塊（電動車窗、車門鎖、后視鏡調(diào)節(jié)），滑動天窗，轉(zhuǎn)向盤上的控制按鈕（收音機、

3、電話），座椅控制器，風擋玻璃雨刮器，照明，雨水/光線傳感器，起動機，發(fā)電機等等。LIN總線是一條雙向單線接口，最大傳輸速率為20kbit/s。 與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用最為廣泛，世界上一些著名的汽車制造廠商都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。緒論 我在,汽車銷售服務(wù)有限公司進行售后維修實習。在來這九個多月的時間里，首先我對汽車4S店的零部件供給、售后服務(wù)流程有了相關(guān)了解，其次學會了維修設(shè)備：舉升機、輪胎動平衡機、部分專用工具等的使用，還有掌握了對檢測儀器：DAS電腦檢測儀、電池測試儀、萬

4、用表等的一般使用，以及對車間信息系統(tǒng)軟件能熟練運用。實習期間我主要從事汽車保養(yǎng)工作。汽車保養(yǎng)是很重要的，買的一輛新車，首先要懂得如何保養(yǎng)。汽車保養(yǎng)需求做的幾項任務(wù)：干凈汽車表面，檢查門窗玻璃、刮水器、室內(nèi)鏡、后視鏡、門鎖與升降器手搖柄能否完全有效。檢查散熱器的水量、曲軸箱內(nèi)的機油量、油箱內(nèi)的燃油儲量、蓄電池內(nèi)的電解液液面高度能否符合請求。檢查喇叭、燈光能否完全、有效，安裝能否結(jié)實。檢查轉(zhuǎn)向機構(gòu)各連接部位能否松曠，安裝能否結(jié)實。檢查輪胎氣壓能否充足，并肅清胎間及胎紋間雜物。檢查轉(zhuǎn)向盤的游動間隙能否符合標準；輪轂軸承、轉(zhuǎn)向節(jié)主銷能否松動。汽車保養(yǎng)除了換機油外，還要用電腦檢測儀檢查車各個電控部件能否

5、正常。檢查發(fā)動機機油液位，發(fā)動機冷凍液液位，助力轉(zhuǎn)向油液位，剎車油油位和輪胎氣壓。談到輪胎氣壓，很多車主看到車輪很扁，以為氣壓不足，而給汽車車胎打氣，直至不扁。實際上這是錯的。太高的輪胎氣壓，造成輪胎過早磨損，在高速公路行駛時，簡單發(fā)作爆胎，非常風險。輪胎氣壓太低也不好，最好按各車的標準，可查隨車手冊或油箱蓋上的說明標簽。在這次實習中我認識到要把這項技術(shù)學習好，首先要有豐富的理論知識，要有靈活的思維，要有精心鉆研的意志，只有這樣才能吧車迅速的修好。所以我在工作之余就會到公司技術(shù)部去借閱資料，當我看到“汽車CAN總線系統(tǒng)”資料時不禁眼前一亮。雖然看起來有些枯燥，但卻是汽車診斷維修必不可少的理論基

6、礎(chǔ)。主體一、CAN總線特點 CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN總線特點如下：（1）多主機方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。（2）網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點（信息）可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時要求。 （3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機制，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。（4）可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣

7、播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。（5）直接通信距離最遠可達6km（速率10Kbps以下）。（6）通信速率最高可達1MB/s（此時距離最長30m）。（7）節(jié)點數(shù)實際可達110個。（8）采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個。（9）每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。（10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導纖維，一般采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求。（11）節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。二、CAN 的工作原理 車身系統(tǒng)的控制單元多為低速馬達和開關(guān)量器件，對實時性要求低而數(shù)量眾多。使用低速的總線連接這些電控單元。將這部

8、分電控單元與汽車的驅(qū)動系統(tǒng)分開，有利于保證驅(qū)動系統(tǒng)通信的實時性。此外，采用低速總線還可增加傳輸距離、提高抗干擾能力以及降低硬件成本。 動力與傳動系統(tǒng)的受控對象直接關(guān)系汽車的行駛狀態(tài)，對通訊實時性有較高的要求。因此使用高速的總線連接動力與傳動系統(tǒng)。傳感器組的各種狀態(tài)信息可以廣播的形式在高速總線上發(fā)布，各節(jié)點可以在同一時刻根據(jù)自己的需要獲取信息。這種方式最大限度地提高了通信的實時性。故障診斷系統(tǒng)是將車用診斷系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)上加以實現(xiàn)。信息與車載媒體系統(tǒng)對于通訊速率的要求更高，一般在2 Mb/s以上。采用新型的多媒體總線連接車載媒體。這些新型的多媒體總線往往是基于光纖通信的，從而可以充足保證帶寬。 網(wǎng)

9、關(guān)是電動汽車內(nèi)部通信的核心，通過它可以實現(xiàn)各條總線上信息的共享以及實現(xiàn)汽車內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)管理和故障診斷功能。CAN總線標準包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，其中鏈路層定義了不同的信息類型、總線訪問的仲裁規(guī)則及故障檢測與故障處理的方式。 當CAN 總線上的一個節(jié)點(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時，它以報文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優(yōu)先級，這種報文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。 當一個節(jié)點要向其它節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，該節(jié)點的CPU 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標識符傳送給本節(jié)點的CAN芯片，并處于準備狀態(tài)；當它收到總線分配時，轉(zhuǎn)為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN 芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出

10、，這時，網(wǎng)上的其它節(jié)點處于接收狀態(tài)。每個處于接收狀態(tài)的節(jié)點對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統(tǒng)并靈活地進行配置。可以很容易地在CAN 總線中加進一些新節(jié)點而無需在硬件或軟件上進行修改。 三、汽車電子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：在汽車內(nèi)部采用基于總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以達到信息共享、減少布線、降低成本以及提高總體可靠性的目的。通常的汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多條不同速率的總線分別連接不同類型的節(jié)點，并使用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器來實現(xiàn)整車的信息共享和網(wǎng)絡(luò)管理，如圖1所示。收音機車載電話CD播放電視模塊導航系統(tǒng)發(fā)動機管理系統(tǒng)自動變速器ES

11、P控制單元牽引控制系統(tǒng)儀表板網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)動力系統(tǒng)開關(guān)面板車門模塊門鎖電動窗后視鏡車燈系統(tǒng)診斷車身系統(tǒng)娛樂及媒體系統(tǒng)控制面板座椅模塊傳感器位置電機氣囊控制空調(diào)控制控制面板四、CAN總線標準、協(xié)議國際上眾多知名汽車公司早在20世紀80年代就積極致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用，迄今為止，已有多種網(wǎng)絡(luò)標準。目前存在的多種汽車網(wǎng)絡(luò)標準，其側(cè)重的功能有所不同。為方便研究和設(shè)計應(yīng)用，SAE（美國汽車工程師協(xié)會）將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)劃分為A、B、C三類。A類是面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率在10-125 kb/s，主要應(yīng)用于車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)；B類是面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，位

12、速率在125 kb/s-1 Mb/s之間，主要用于牽引控制、先進發(fā)動機控制、ESP等系統(tǒng);C類是面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率通常小于1O kb/s，主要用于后視鏡調(diào)整，電動窗、燈光照明等控制。 （1） A類總線標準、協(xié)議 A類中的國際標準是CAN總線。CAN總線是德國BOSCH公司從20世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1Mb/s。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、

13、檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，最多可標識2048(2.OA)個或5億(2.OB)多個數(shù)據(jù)塊。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上受限制。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協(xié)議還可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。A類標準總線傳輸速率在100kb/s左右。從1992年起歐洲大部分汽車公司，一直采用A類標準總線，所使用的傳輸速率范圍從47.6-500kb/s不等。（2）B類高速總線系統(tǒng)標準、協(xié)議 由于高速總線系統(tǒng)主要用于與汽車安全相關(guān)，以及實時性要求比較高

14、的地方，如動力系統(tǒng)等，所以其傳輸速率比較高。根據(jù)傳統(tǒng)的SAE的分類，該部分屬于B類總線標準，通常在125kb/s-1Mb/s之間，必須支持實時的周期性的參數(shù)傳輸。目前，隨著汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，未來將會使用到具有高速實時傳輸特性的一些總線標準和協(xié)議，包括采用時間觸發(fā)通訊的系統(tǒng)總線標準和用于安全氣囊控制和通訊的總線標準、協(xié)議。B類總線標準、協(xié)議是用來支持分布在車輛各個不同位置的電控單元之間實現(xiàn)實時閉環(huán)控制功能的高速通信標準，其數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb/s。（3）C類總線標準、協(xié)議C類網(wǎng)絡(luò)使用起來既簡單又經(jīng)濟，但隨著技術(shù)的發(fā)展，預計在今后幾年中將會逐步在汽車通信系統(tǒng)中被停止使用。目前首選的標準是LI

15、N。LIN是用于汽車分布式電控系統(tǒng)的一種新型低成本串行通信系統(tǒng)，它是一種主從結(jié)構(gòu)的單線12V的總線通信系統(tǒng)，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信，而這正是CAN總線的帶寬和功能所不要求的部分。由于目前尚未建立低端多路通信的汽車標準，因此LIN正試圖發(fā)展成為低成本的串行通信的行業(yè)標準。類別A類B類C類診斷多媒體安全用途智能傳感器控制、診斷控制、診斷診斷數(shù)據(jù)流控制氣囊介質(zhì)單根線雙絞線雙絞線雙絞線光纖雙線數(shù)據(jù)長度8字節(jié)08字節(jié)8字節(jié)08字節(jié)2439字節(jié)位速率20kb/s101250kb/s1Mb/s（250kb/s）250kb/s12Mb/s（25Mb/s）500kb/s總線最大長度40m40m40

16、m40m無限制未定最大節(jié)點數(shù)163230322464成本低中中中高中LIN的標準簡化了現(xiàn)有的基于多路解決方案的低端CAN，同時將降低汽車電子裝置的開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)費用。LIN采用低成本的單線連接，傳輸速度最高可達20kb/s，對于低端的大多數(shù)應(yīng)用對象來說，這個速度是可以接受的。在下表中，給出了LIN總線以及下列其他各類典型汽車總線標準、協(xié)議特性和參數(shù)。 五、CAN的報文格式在總線中傳送的報文,每幀由7部分組成。CAN協(xié)議支持兩種報文格式,其唯一的不同是標識符(ID)長度不同,標準格式為11位,擴展格式為29位。在標準格式中,報文的起始位稱為幀起始(SOF),然后是由11位標識符和遠程發(fā)送請求位

17、 (RTR)組成的仲裁場。RTR位標明是數(shù)據(jù)幀還是請求幀,在請求幀中沒有數(shù)據(jù)字節(jié)?？刂茍霭俗R符擴展位(IDE),指出是標準格式還是擴展格式。它還包括一個保留位,為將來擴展使用。它的最后四個字節(jié)用來指明數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)的長度(DLC)。數(shù)據(jù)場范圍為08個字節(jié),其后有一個檢測數(shù)據(jù)錯誤的循環(huán)冗余檢查(CRC)。應(yīng)答場(ACK)包括應(yīng)答位和應(yīng)答分隔符。發(fā)送站發(fā)送的這兩位均為隱性電平(邏輯1),這時正確接收報文的接收站發(fā)送主控電平(邏輯0)覆蓋它。用這種方法,發(fā)送站可以保證網(wǎng)絡(luò)中至少有一個站能正確接收到報文。報文的尾部由幀結(jié)束標出。在相鄰的兩條報文間有一很短的間隔位,如果這時沒有站進行總線存取,總線將處

18、于空閑狀態(tài)。六、CAN的數(shù)據(jù)錯誤檢測不同于其它總線,CAN協(xié)議不能使用應(yīng)答信息。事實上,它可以將發(fā)生的任何錯誤用信號發(fā)出。CAN協(xié)議可使用五種檢查錯誤的方法,其中前三種為基于報文內(nèi)容檢查。3.4.1 循環(huán)冗余檢查(CRC)在一幀報文中加入冗余檢查位可保證報文正確。接收站通過CRC可判斷報文是否有錯。3.4.2 幀檢查這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報文的正確性,用于檢查格式上的錯誤。3.4.3.應(yīng)答錯誤如前所述,被接收到的幀由接收站通過明確的應(yīng)答來確認。如果發(fā)送站未收到應(yīng)答,那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯誤,也就是說,ACK場已損壞或網(wǎng)絡(luò)中的報文無站接收。CAN協(xié)議也可通過位檢查的方法探測

19、錯誤。3.4.4 總線檢測有時,CAN中的一個節(jié)點可監(jiān)測自己發(fā)出的信號。因此,發(fā)送報文的站可以觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異。3.4.5 位填充一幀報文中的每一位都由不歸零碼表示,可保證位編碼的最大效率。然而,如果在一幀報文中有太多相同電平的位,就有可能失去同步。為保證同步,同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個生。在五個連續(xù)相等位后,發(fā)送站自動插入一個與之互補的補碼位;接收時,這個填充位被自動丟掉。例如,五個連續(xù)的低電平位后,CAN自動插入一個高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤,如果在一幀報文中有6個相同位,CAN就知道發(fā)生了錯誤。如果至少有一個站通過以上方法探測到 一個或多個錯誤,它將發(fā)

20、送出錯標志終止當前的發(fā)送。這可以阻止其它站接收錯誤的報文,并保證網(wǎng)絡(luò)上報文的一致性。當大量發(fā)送數(shù)據(jù)被終止后,發(fā)送站會自動地重新發(fā)送數(shù)據(jù)。作為規(guī)則,在探測到錯誤后23個位周期內(nèi)重新開始發(fā)送。在特殊場合,系統(tǒng)的恢復時間為31個位周期。但這種方法存在一個問題,即一個發(fā)生錯誤的站將導致所有數(shù)據(jù)被終止,其中也包括正確的數(shù)據(jù)。因此,如果不采取自監(jiān)測措施,總線系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計。為此,CAN協(xié)議提供一種將偶然錯誤從永久錯誤和局部站失敗中區(qū)別出來的辦法。這種方法可以通過對出錯站統(tǒng)計評估來確定一個站本身的錯誤并進入一種不會對其它站產(chǎn)生不良影響的運行方法來實現(xiàn),即站可以通過關(guān)閉自己來阻止正常數(shù)據(jù)因被錯誤地當成不

21、正確的數(shù)據(jù)而被終止。七、CAN總線可靠性及優(yōu)點從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看,可靠性可以理解為,對傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤的識別能力。為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯誤而對司機造成危險,汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。CAN數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃苑浅８? 一個系統(tǒng)按每年365天,每天工作8小時,每秒錯誤率為0. 7計算,那么按統(tǒng)計平均,每1000年才會發(fā)生一個不可檢測的錯誤。所以數(shù)據(jù)錯誤概率非常小,使其在系統(tǒng)整個壽命周期內(nèi),按平均統(tǒng)計時幾乎檢測不到。優(yōu)點： = 1 * GB3 具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點； = 2 * GB3 采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作； = 3 * GB3 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-