常用车载网络系统(CAN)

常用车载网络系统沈鸿星ShenHongxing襄阳职业技术学院XiangyangVocationalandTechnicalCollege2014.92常用车载网络系统1.车用网络在汽车上的应用大致可以分为哪4个系统？复习测试3常用车载网络系统车载网络在汽车上的应用大致可以分为：动力传动系统车身系统安全系统信息系统。复习测试4常用车载网络系统CAN总线1VAN系统3LIN总线2学习内容LAN系统4车载蓝牙系统6MOST总线55常用车载网络系统2.1CAN总线的工作原理CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域网）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。目前，CAN总线是汽车网络系统中应用最多、也最为普遍的一种总线技术。6常用车载网络系统1.CAN总线的特点①多主通信，控制单元间的数据交换都在同一平台上进行。这个平台称为协议，CAN总线起到数据交换“高速公路”的作用。图2-19控制单元间的数据交换都在同一平台上进行7常用车载网络系统图2-20CAN总线相当于数据交换的“高速公路”8常用车载网络系统②可以很方便地实现用控制单元来对系统进行控制，如发动机控制、变速器控制、ESP控制等。③可以很方便地加装选装装置，为技术进步创造了条件，为新装备的使用埋下了伏笔。④CAN总线是一个开放系统，可以与各种传输介质进行适配，如铜线和光导纤维（光纤）。⑤对控制单元的诊断可通过K线来进行，车内的诊断有时通过CAN总线来完成（如安全气囊和车门控制单元），称为“虚拟K线”。随着技术的进步，今后有逐步取消K线的趋势。⑥可同时通过多个控制单元进行系统诊断。9常用车载网络系统2.CAN总线的结构特点①可靠性高；②使用方便；③数据密度大；④数据传输快；⑤采用双线传输，抗干扰能力强，数据传输的可靠性高。10常用车载网络系统3.CAN总线的传输速率目前，CAN总线系统中的信号是采用数字方式经铜导线传输的，其最大稳定传输速率可达1000Kbit/s（1Mbit/s）。大众和奥迪公司将最大标准传输速率规定为500Kbit/s，并将CAN总线系统分为三个专门的系统：①驱动CAN总线（高速），亦称动力CAN总线，其标准传输速率为500Kbit/s，可基本满足实时要求，主要用于发动机、变速器、ABS、转向助力等汽车动力系统的数据传输。②舒适CAN总线（低速），其标准传输速率为100Kbit/s，主要用于空调系统、中央门锁（车门）系统、座椅调节系统的数据传输。③信息CAN总线（低速），其标准传输速率为100Kbit/s，主要用于对时间要求不高的领域，如导航系统、组合音响系统、CD转换控制等。11常用车载网络系统4.CAN总线的自诊断功能①控制单元具有自诊断功能，通过自诊断功能还可识别出与CAN总线相关的故障。②用诊断仪读出CAN总线故障记录之后，即可按这些提示信息按图索骥、顺藤摸瓜，快速、准确地查寻并排除故障。③控制单元内的故障记录用于初步确定故障，还可用于读出排除故障后的无故障说明，即确认故障已经被排除。如果想要更新故障显示内容，必须重新起动发动机。④CAN总线正常工作的前提条件是车辆在任何工况均不应有CAN总线故障记录。12常用车载网络系统2.2.2CAN总线的组成1.CAN总线的基本系统CAN总线的基本系统由多个控制单元和两条数据线组成，这些控制单元通过所谓收发器（发射-接收放大器）并联在总线导线上。图2-21CAN总线的数据传输与公交车载运乘客相似13常用车载网络系统CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中，一根称为CAN-High导线，另一根导线称为CAN-Low导线。在双绞线上，信号是按相反相位传输的，这样可有效抑制外部干扰。图2-22CAN总线的双绞线14常用车载网络系统2.信息的发送与接收CAN数据总线在发送信息时，每个控制单元均可接收其他控制单元发送出的信息。在通信技术领域，也把该原理称为广播。15常用车载网络系统图2-26单线CAN总线数据传输示意图图2-27CAN总线上的信息交换（广播原理）16常用车载网络系统3.CAN数据总线传输的数据类型CAN数据总线所传输的数据有4种类型：数据帧、远程帧、错误帧和过载帧17常用车载网络系统3.1CAN总线的数据帧数据帧的每条完整信息由7个域构成，信息最大长度为108bit。在两条CAN导线上，所传输的数据内容是相同的，但是两条导线的电压状态相反。18常用车载网络系统①开始域。开始域（长度为1bit）标志数据开始，CAN-High导线的电压大约为5V（具体数值视系统而定），CAN-Low导线的电压大约为0V。19常用车载网络系统②仲裁域。仲裁域（长度为11bit）用于确定所传数据的优先级。如果在同一时刻有两个控制单元都想发送数据，则优先级高的数据先行发出。20常用车载网络系统③控制域。控制域（长度为6bit）用于显示数据区中的数据数量，以便让接收器（接收数据的控制单元）检验自己接收到的、来自发送器（发送数据的控制单元）的数据是否完整。21常用车载网络系统④数据域。数据与（长度不确定，视具体情况而定，最大长度为64bit）是信息的实质内容。22常用车载网络系统⑤安全域。安全域（长度为16bit）用于检验数据在传输中是否出现错误。23常用车载网络系统⑥应答域。应答域（长度为2bit）是数据接收器发给数据发送器的确认信号，表示接收器已经正确、完整地收到了发送器发送的数据。如果检测到在数据传输中出现错误，则接收器会迅速通知发送器，以便发送器重新发送该数据。24常用车载网络系统⑦结束域。结束域（长度为7bit）标志着数据的结束。25常用车载网络系统3.2远程帧远程帧的功能是将数据请求从发送器传到接收器。通过发送远程帧，作为某数据接收器的控制单元会对不同的数据传送进行初始化设置。远程帧由开始域、仲裁域、控制域、安全域、应答域和结束域6个不同的域组成26常用车载网络系统2.3错误帧错误帧的功能是对所发送的数据进行错误检测、错误标定及错误自检。错误帧由两个不同的域组成，第1个域为不同控制单元提供错误标志的叠加，第2个域是错误界定符。错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种形式。27常用车载网络系统接收器在电路尚未准备好或在间歇域期间检测到一个“显性”位时，会发送过载帧，以延迟数据的传送。过载帧包括过载标志和过载界定符两个域。2.4过载帧28常用车载网络系统数据帧或远程帧与其前面帧的隔离是通过帧间空间实现的，无论其前面的帧为何类型。所不同的是过载帧与错误帧之前没有帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间空间隔离的。帧间空间包括间歇域和总线空闲的域。如果“错误被动”的控制单元已作为前一数据的发送器时，则其帧间空间除了间歇域、总线空闲域外，还包括挂起传送域。间歇域包括3个“隐性”位，间歇期间所有的控制单元均不允许传送数据帧或远程帧，唯一要做的是标志一个过载条件2.4帧间空间29常用车载网络系统4CAN总线系统元件的功能CAN总线系统元件主要由K-线、控制单元、CAN构件、收发器等组成。1.K-线K-线用于在CAN总线系统自诊断时连接汽车故障检测仪（如VAS5051），属于诊断用的通讯线。2.控制单元控制单元接收来自传感器的信号，将其处理后再发送到执行元件上。30常用车载网络系统图2-29CAN总线系统元件31常用车载网络系统3.CAN构件CAN构件用于数据交换，为两个区，一个是接收区，一个是发送区。CAN构件通过接收邮箱或发送邮箱与控制单元相连。图2-30邮局收发邮件4.收发器收发器就是一个发送-接收放大器，在接收数据时，收发器把CAN构件连续的比特流（亦称逻辑电平）转换成电压值（线路传输电平）；当发送数据时，收发器把电压值（线路传输电平）转换成连续的比特流。线路传输电平非常适合在铜质导线上进行数据传输。32常用车载网络系统收发器通过TX-线（发送导线）或RX-线（接收导线）与CAN构件相连。RX-线通过一个放大器直接与CAN总线相连，并总是在监听总线信号。1）收发器的特点状态晶体三极管状态电阻状态总线电平1截止（相当于开关断开）无源高阻抗10导通（相当于开关闭合）有源低阻抗0表2-2收发器内晶体三极管的状态与总线电平之间的对应关系图2-31收发器的TX-线与总线的耦合33常用车载网络系统2）多个收发器与总线导线的耦合当有多个收发器与总线导线耦合时，总线的电平状态将取决于各个收发器开关状态的逻辑组合。收发器A收发器B收发器C总线电平1111（5V）1100（0V）1010（0V）1000（0V）0110（0V）0100（0V）0010（0V）0000（0V）表2-3收发器开关的状态与总线电平的逻辑关系图2-323个收发器接到一根总线导线上34常用车载网络系统2.2.4CAN总线的数据传输过程1.信息格式的转换首先是发动机控制单元的传感器接收到发动机转速信息（转速值）。该值以固定的周期（循环往复地）到达微控制器的输入存储器内。发动机转速值按协议被转换成标准的CAN信息格式。状态区（标识符）=发动机_1，数据区（信息内容）=发动机转速（即发动机转速为xxxr/min）。当然，CAN总线上传输的数据也可以是其他信息（如节气门开度、冷却液温度、发动机转矩等），具体内容取决于系统软件的设定。图2-33发动机转速值按协议被转换成标准的CAN信息格式35常用车载网络系统2.请求发送信息——总线状态查询如果发送邮箱内有一个发动机转速实时值，那么该值会由发送特征位（举起的小旗）显示出来——请求发送信息。只有总线处于空闲状态时，控制单元才能向总线上发送信息。CAN构件通过RX-线来检查总线是否有源（是否正在交换其他信息），必要时会等待，直至总线空闲下来为止。如果在某一时间段内，总线电平一直为1（总线一直处于无源状态），则说明总线处于空闲状态。图2-34总线状态查询36常用车载网络系统3.发送信息如果总线空闲下来，发动机信息就会被发送出去。图2-35信息发送过程37常用车载网络系统4.接收过程连接在CAN总线上的所有控制单元都接收发动机控制单元发送的信息，该信息通过RX-线到达CAN构件各自的接收区。接收过程分两步，首先检查信息是否正确（在监控层），然后检查信息是否可用（在接收层）。38常用车载网络系统1）检查信息是否正确（在监控层）接收器接收发动机的所有信息，并且在相应的监控层检查这些信息是否正确。这样就可以识别出在某种情况下某一控制单元上出现的局部故障。数据传输是否正确，可以通过监控层内的CRC校验和数来进行校验。CRC校验即为循环冗余码校验（CyclingRedundancyCheck，略作CRC）。如图2-38所示，经监控层监控、确认无误后，已接收到的正确信息会到达相关CAN构件的接收区。图2-37确认信息已经妥收图2-38监控层对信息进行监控39常用车载网络系统2）检查信息是否可用（在接收层）CAN构件的接收层判断该信息是否可用。如果该信息对本控制单元来说是有用的，则举起接收旗，予以放行，该信息就会进入相应的接收邮箱；如果该信息对本控制单元来说是无用的，则可以拒绝接收。40常用车载网络系统5.冲突仲裁如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总线上就必然会发生数据冲突。为了避免发生这种情况，CAN总线具有冲突仲裁机制。按照信息的重要程度分配优先权，确保优先权高的信息能够优先发送。41常用车载网络系统（1）每个控制单元在发送信息时通过发送标识符来标识信息类别，信息优先权包含在标识符中。（2）所有控制单元都通过各自的RX-线来跟踪总线上的一举一动并获知总线状态。（3）每个控制单元的发射器都将TX-线和RX-线的状态一位一位地进行比较（它们可以不一致）。图2-40避免数据冲突的仲裁过程42常用车载网络系统小结1.CAN是ControllerAreaNetwork（）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。43常用车载网络系统小结1.CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域网）的缩写，是国际标准化的串行通信协议。44常用车载网络系统小结2.CAN总线的特点：主从通信、多主通信？45常用