车载网络专题论文

1车载专网题班级：络论姓名：技文学号：术2CAN总线技术在汽车上的应用摘要：介绍了CAN总线技术在汽车上的应用，以及CAN总线出现的故障及检测和维修方法。关键词：CAN总线；汽车；引言：就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，现在数据CAN总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。随着电子、程控技术、集成电路及单片机在汽车上的应用，汽车的大多数部件控制由传统的机械控制逐步转变为现在的电子、程控控制，如电控燃油喷射发动机、自动变速器、电子转向和防盗系统等的控制。技术的进步，控制精度的提高，这就使得汽车上的控制单元数目增加，控制单元数目增加后导致线束增多、电路复杂、质量大、成本高、故障多、维修困难，为了减少线束、减少成本、优化结构，必须采用一种线束少、信息传输快、可控性强的信息传递系统。因而，一种新型的信息传递技术CAN总线技术产生了。一、CAN总线技术的特点及优点1.1、CAN总线技术的特点CAN作为一种多主总线，支持分布式实时控制的通讯网络，采用了许多新技术及独特的设计，具有可靠性、实时性和灵活性。其特点如下：CAN为多主方式工作，网络上任一点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵活；CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134μs内得到传输；CAN只需通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据，无需专门“调度”；CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活；CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其它节点的操作不受影响。1.2、CAN总线技术的优点3硬件方案的软件化实现，简化了设计，降低了成本，且在数据更新增加新信息时，只需软件升级即可，扩充性强；控制单元对所传输的信息进行实时检测，具有错误诊断能力和自动恢复能力，节省生产维护成本；CAN总线符合国际标准，因此可应用不同型号控制单元间的数据传输；数据共享减少了数据的重复处理，节省成本。如对于具有CAN总线接口的电喷发动机，其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力温度等，可省去额外的水温、油压、油温传感器。CAN通信程序流程图二、CAN技术及在汽车上的应用CAN全称为“ControllerAreaNetwork”,即控制器局域网。CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一。它将各个单一的控制单元以某种形式(多为星形)连接起来，形成一个完整的系统。在该系统中，各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享，称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块(ECU)之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。4在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，使汽车电子系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。另外，随着近年来智能运输系统(ITS)的发展，以3G(GPS、GIS和GSM)为代表的新型电子通讯产品的出现，它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。CAN总线主要有四部分组成：导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责接受和发送网络上共享的信息。电阻是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射，当电阻出现故障，控制单元的信号无效。CAN被用来作为汽车环境中微控制器之间的通信，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。一辆汽车不管有多少个电控单元，也不管信息容量有多大，每个电控单元都只需引出两条线共同接在节点上，这两条导线就称为数据总线,简称BUS。CAN总线上的每个节点（ECU）都有自己的地址，数据是由控制单元向CAN总线控制器提供，CAN收发器从CAN控制器处接收到数据，并将此数据转化为电信号发出至数据总线，控制单元从数据总线上接收数据，并将接收到的数据进行检验，看是否是此控制单元所需，如果接收到的数据是此控制单元所需的，则被认可接收，反之将其忽略。从而完成数据传输。Canbus一般采用双绞线自身校验的结构，既可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。系统中采用高低电平两根数据线，控制器输出的信号同时向两根通讯线发送，高低电平互为镜像。并且每一个控制器都增加了终端电阻，已减少数据传送时的过调效应。由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同，目前汽车CAN速率分别为500Kbit/m、100Kbit/m的高低速总线布置形式。500Kbit/m主要应用于驱动系统、诊断系统等，100Kbit/m主要应用于舒适系统、信息系统、仪表系统等，现在有的轿车除了应用上述两条总线外，还有第三条总线，主要应用在卫星导航及智能通讯系统。5由于不同区域Canbus总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。三、汽车上的CAN总线由于汽车的很多部分都由独立的电子控制器进行控制，为了将整个电动汽车内各系统统一管理，实现数据共享和相互之间协同工作，利用CAN总线进行数据传递是一个必然的趋势。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率一般可达到500kb/s，最高可达1000kb/s；另一条用于车身系统低速CAN，速率是100kb/s。驱动系统CAN(CAN-High，也称动力主线)主要连接对象是发动机控制器(ECU)、ABS控制器、安全气囊控制器等，它们的基本特征都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN(CAN-Low，也称舒适总线)主要连接和控制汽车内外部照明、灯光信号、空调、刮水电机、中央门锁与防盗控制开关、故障诊断系统、组合仪表及其它辅助电器等。有些高档车辆还有第3条CAN总线，即信息娱乐总线，主要用于卫星导航及智能通讯系统。当两条CAN总线(CAN-High和CAN-Low)其中一条线断路时，整个动力系统将无法正常工作，即不能进行单线传输，只有CAN-Low线出现对地断路时还能正常工作。而由于舒适和信息娱乐总线都设有位于系统内各个控制6单元中不同阻值的终端电阻，因此可实现单线传输。其整车管理系统的总体结构示意图如图1。汽车总线系统的研究与发展可以分为三个阶段：研究汽车的基本控制系统(也称舒适总线)，如照明、电动车窗、中央集控锁等；研究汽车的主要控制系统(也称动力主线)，如电喷ECU控制系统、ABS系统、自动变速器等；研究汽车各电子控制系统之间的综合、实时控制和信息反馈。利用CAN总线构建一个车内网络，需要解决的关键技术包括：总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题；高电磁干扰环境下的可靠数据传输；确定最大传输时的延时大小；网络的容错技术；网络的监控和故障诊断功能。四、车用CAN未来发展趋势技术的先进性是CAN总线在汽车上应用的最大动力，也是汽车生产商竞相应用CAN总线的主要原因。在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据相关报道，中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司装配成功，并进行运行。上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引用了CAN总线技术。CAN总线控制技术是提高汽车性能的一条很好途径。但总的来说，目前CAN总线技术在我国汽车工业总的应用尚处于试验和起步阶段，绝大部分的汽车还没有采用汽车总线的设计，因而存在着不少弊端。就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，现在数据CAN总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。“汽车电子业最大的热点就是网络化。”一位业内人士如此描述汽车网络的应用前景。而控制器局域网(CAN)拥有的多主节点、开放式架构，以及错误检测及自恢复能力等优势，成为汽车网络应用的热门。从以下一组数字中也印证了这一趋势，02年数据，全球市场上大约有一亿只CAN收发器，平均一辆车上有12个到15个低速CAN收发器,4到5个高速CAN收发器。一些汽车专家认为，就像在20世纪70年代引入集成电路、80年7代引入微处理器一样，近10年来数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。五﹑CAN总线控制系统的检修5.1CAN总线系统中终端电阻的检修终端电阻的检测。终端电阻可利用万用表在线对比诊断，诊断方式如下：a.拆下蓄电池电压线。b.启动点火开关，使各存电设备充分放电。c.用万用表的表笔，分别接在Can-Low与Can-high上。d.将一带终端电阻的电控单元插头拔下，观察万用表阻值变化，阻值有变化，此总线终端电阻正常，否则损坏。e.依次对比分析，观察有终端电阻的控制单元。5.2用故障诊断仪器检修CAN系统一种检测方式是利用专用仪器5051。为读取故障码，查找各控制单元内部存储单元内的故障信息。判断具体故障原因，从而排除故障。另一种是读取测量数据块中CAN总线通讯状态。用5051读取某控制单元数据块，观察哪些控制单元与之发生信息交流及工作状态是否正常。如果某控制单元显示1，表示有信息交流。如果显示0，表示无信息交流。原因是网关之间的连线断路或没有安装该控制单元。六﹑CAN总线的维修如果CAN总线为双绞线导线，若导线有破损或断路需要接线时，每段长度应小于50mm，每两段接线之间长度应大于100mm，如果需要在中央接点处维修，则严禁打开接点，只允许在距接点100mm以外断开导线。接线点处，要做好屏蔽处理，以免干扰源对传输信号干扰。另外，每条CAN总线导线长度应不超过5m，否则导线所传输的脉冲信号会失真。结论：随着电子技术和大规模集成电路的迅速民展，网络控制芯片性能逐步提高，体积逐步减小，价格进步降低，为汽车局域网的普及推广创造了良好条件，CAN以其优异的品质具有明显的优势，越来越爱到业界的欢迎，CAN总线在汽车上的广泛应用将使汽车的动力性、操纵稳定性、安全性、燃油经济性都上升到新的高度，给汽车技术的发展注入新的活力。参考文献：1.付亮、李伟，CAN总线技术及其在现代汽车中应用，中国汽车制造，200682.王德、CAN部线在汽车中的应用，中国汽报，20043.葛林、周文华、徐航，CAN通信网络在汽车中的应用研究，汽车技术20004.李宽明，CAN总线原理和应用系统设计，北京航空航天大学出版社，20025.阳宪惠，现场总线技术及其应用，北京；清华大学出版社，19996.1999.孙泽昌，网络，总线，通迅协议的前期研究，上海同济大学汽车学院，20027.孙发杰;赵雁南;王家廞;贾培发;基于CompactPCI总线的机器人控制器的设计;1999年中国智能自动化学术会议论文集（下册），1999年8.施洪昌;现场总线在风洞中的应用;西部大开发科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集，2000年9.岳中第;姚作勋;玄刚日;林承祯;汽车起重机的整机结构分析技术;面向21世纪迎接物料搬运技术新发展——中国机械工程学会物料搬运分会第六届年会论文集，2000年