汽車CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的原理及其故障診斷2

第4講CAN數(shù)搖總線(CANBUS)CAN數(shù)據(jù)總線CandatabusCAN通信技術(shù)概述OverviewofCANcommunicationtechnology

CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN越來越受到人們的重視。國外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。CAN最初是由德國的BOSCH公司為汽車監(jiān)測、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的?，F(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)、注油控制，加速、剎車控制(ASC)及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)(ABS)等。由于這些控制需檢測及交換大量數(shù)據(jù),采用硬接信號(hào)線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用CAN總線上述問題便得到很好地解決。1993年CAN成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519(低速應(yīng)用)。CAN的規(guī)范從CAN1.2規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn)格式)發(fā)展為兼容CAN1.2規(guī)范的CAN2.0規(guī)范(CAN2.0A為標(biāo)準(zhǔn)格式，CAN2.OB為擴(kuò)展格式)，目前應(yīng)用的CAN器件大多符合CAN2.0規(guī)范。CAN總線特點(diǎn)CharacteristicsofCANbus

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(duì)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(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。CAN總線特點(diǎn)如下:(1）可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)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(diǎn)（信息）可分成不同的優(yōu)先級(jí),可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。(3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。(5)直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5Kbps以下)。(6)通信速率最高可達(dá)1MB/s(此時(shí)距離最長40m)。(7)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。CAN總線特點(diǎn)CharacteristicsofCANbus(8)采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。(9)每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。(10)通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可，無特殊要求。(11)節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)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。CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCANCAN的起源現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車的要求不斷提高，這些要求包括:極高的主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性;乘坐的舒適性;駕駛與使用的便捷和人性化;尤其是低排放和低油耗的要求等。在汽車設(shè)計(jì)中運(yùn)用微處理器及其電控技術(shù)是滿足這些要求的最好方法，而且已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。目前這些系統(tǒng)有:ABS（防抱系統(tǒng))、EBD（制動(dòng)力分配系統(tǒng))、EMS（發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng))、多功能數(shù)字化儀表、主動(dòng)懸架、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)和自動(dòng)CD機(jī)等。汽車電子技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn):汽車電子控制技術(shù)從單一的控制逐步發(fā)展到綜合控制，如點(diǎn)火時(shí)刻、燃油噴射、怠速控制、排氣再循環(huán)。電子技術(shù)從發(fā)動(dòng)機(jī)控制擴(kuò)展到汽車的各個(gè)組成部分，如制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、自動(dòng)變速系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)等。從汽車本身到融入外部社會(huì)環(huán)境?，F(xiàn)代汽車電子技術(shù)的分類:單獨(dú)控制系統(tǒng):由一個(gè)電子控制單元（ECU)控制一個(gè)工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng),如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)變速器等。集中控制系統(tǒng):由一個(gè)電子控制單元（ECU)同時(shí)控制多個(gè)工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)。如汽車底盤控制系統(tǒng)?？刂破骶钟蚓W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN總線系統(tǒng)）:由多個(gè)電子控制單元(ECU)同時(shí)控制多個(gè)工作裝置或系統(tǒng)，各控制單元（ECU)的共用信息通過總線互相傳遞。從中央控制單元到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶有中央控制單元的車CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN帶有三個(gè)中央控制單元的車CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN帶有三個(gè)中央控制單元和總線系統(tǒng)的車CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN帶有三個(gè)中央控制單元的CAN驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN兩根數(shù)據(jù)線纏繞可防止電磁干擾CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCANCAN總線的特點(diǎn)·傳輸速度快·相關(guān)控制單元可共用傳感器·更少的線束、更小的控制單元，節(jié)省了空間CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN車用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展原因電子技術(shù)發(fā)展----線束增加線控系統(tǒng)（X-BY-WIRE)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用汽車發(fā)展帶來的問題(1)汽車電子技術(shù)的發(fā)展→汽車上電子裝置越來越多→汽車的整體布置空間縮小(2)傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點(diǎn)到點(diǎn)通信→導(dǎo)致了龐大的線束(3)大量的連接器導(dǎo)致可靠性降低粗大的線束與汽車中有限的可用空間之間的矛盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進(jìn)一步電子化的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常困難。(4）存在冗余的傳感器。Volvo汽車近三十年來線束增長的情況CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCANCAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN車用網(wǎng)絡(luò):通過總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相互之間的信息共享，既減少了線束,又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個(gè)系統(tǒng)，使汽車性能達(dá)到最佳。圖2總線車概念CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCANCAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN汽車網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn)布線簡單，設(shè)計(jì)簡化，節(jié)約銅材，降低成本?？煽啃蕴岣?，可維護(hù)性大為提高實(shí)現(xiàn)信息共享，提高汽車性能滿足現(xiàn)代汽車電子設(shè)備種類功能越來越多的要求總之，使用汽車網(wǎng)絡(luò)不僅可以減少線束，而且能夠提高各控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，減少冗余的傳感器及相應(yīng)的軟硬件配置，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的資源共享，便于集中實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的在線故障診斷。CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCANCanbus的發(fā)展歷史CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCANCAN技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)80年代，Bosch的工程人員開始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車工程的要求。參加研究的還有Mercedes-Benz公司、Intel公司，還有德國兩所大學(xué)的教授。1986年，Bosch在SAE(汽車工程人員協(xié)會(huì)）大會(huì)上提出了CAN。1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片—82526;隨后Philips半導(dǎo)體推出了82C200。1993年，CAN的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898公布。從此CAN協(xié)議被廣泛的用于各類自動(dòng)化控制領(lǐng)域。1992年，CIA(CANinAutomation）用戶組織成立，之后制定了第一個(gè)CAN應(yīng)用層“CAL”。1994年開始有了國際CAN學(xué)術(shù)年會(huì)(ICC)。1994年美國汽車工程師協(xié)會(huì)以CAN為基礎(chǔ)制定了SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，用于卡車和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò)。CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況DevelopmentbackgroundandapplicationofCAN

到今天，幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車上都有CAN;高級(jí)客車上有兩套CAN，通過網(wǎng)關(guān)互聯(lián);1999年一年就有近6千萬個(gè)CAN控制器投入使用;2000年銷售1億多CAN的芯片;2001年用在汽車上的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過1億個(gè)。但是轎車上基于CAN的控制網(wǎng)絡(luò)至今仍是各大公司自成系統(tǒng)，沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?；贑AN的應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用較通用的有兩種:DeviceNet(適合于工廠底層自動(dòng)化)和CA