汽车can总线设计

湖南机电职业技术学院《汽车单片机应用技术》实训报告题目汽车CAN总线系统智能节点的设计院系汽车工程系专业汽车电子1004学生姓名向杰指导教师冉成科完成日期2012年3月23日目录概述………………………………………………………………………………3实训要求…………………………………………………………………………4第一章汽车车载网络系统的组成和原理……………………………………41.1汽车网络技术概述…………………………………………………………41.2汽车网络技术的作用………………………………………………………4第二章CAN总线………………………………………………………………42.1CAN简介…………………………………………………………………52.2汽车CAN总线网络系统结构图……………………………………………6第三章CAN总线的维修与检修………………………………………………73.1故障类型及检测诊断方法…………………………………………………7第四章CAN总线在汽车领域的应用……………………………………………84.1摘要…………………………………………………………………………84.2CAN总线技术的应用………………………………………………………84.3汽车CAN总线节点ECU的硬件设计………………………………………84.4CAN总线在国内自主品牌汽车中的应用……………………………………9第五章实训心得………………………………………………………………10概述随着现代汽车中所使用的电子表之间、系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如使用普通的线索完成这些数据之间的交换，线索总长可能超过1600m，实现起来是相当困难的。为解决这一问题控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统、自动变速器控制系统、防抱死制动系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统等，这些系统之间、系统与显示仪，德国的博世（Bosch）公司及几个半导体生产商开发出一种新型的车用控制器——CAN。CAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。现在，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持，所以它在汽车领域中运用只会越来越广泛越来越重要。我们作为汽车电子的学习者有必要学好这方面的技术，这样才能顺应汽车高智能化的特点。为自己提升技能。实训要求1、描述汽车网络的分类与基本特征。2、完成汽车CAN总线系统的维修与检测。3、分析汽车CAN控制器与收发器芯片的基本原理与功能。4、完成汽车CAN总线系统智能节点的设计。汽车车载网络系统的组成和原理1.1汽车网络技术概述电子技术的迅速发展并在汽车上的广泛应用使得汽车电子化的程度越来越来高，特别是微控制器进入汽车领域后，给汽车带来了划时代的变化。同时，汽车电子设备的应用和不断增多也导致了汽车布线越来越复杂，电气设备运行可靠性低，故障维修难度增大等问题。为了提高信号的利用率，大批数据信息能在不同的电子控制单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号能实时交换，人们选择了网络技术。汽车上使用网络，另一个原因是计算机网络在说中的广泛运用和智能交通系统的应用。1.2汽车网络技术的作用1、提高控制系统的可靠性，采用网络技术后，解决了汽车内部存在的集中控制与分散控制的矛盾。2、网络组成灵活方便，可针对不同需要进行组合无需对整车进行重新设计。3、降低生产成本，可以最大程度实现硬件和软件等资源的共享，节省传感器、线束及连接器，减少工作量。4、扩充功能方便，在不增加硬件懂得条件下，修改软件即可开放新功能、新的子系统。汽车网络拓扑结构常见有星形、总线形、和环形网格形。CAN总线2.1CAN简介CAN是控制器局域网络（ControllerAreaNetwork）的简称，是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。CAN总线是一个多路传输系统，当某一单元出现故障时不会影响其他单元的工作，CAN总线对不同数据的传输速率不一样，对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施高速传输，速率为125K波特--–1M波特，对车身调节系统(如空调)的数据实施低速传输，传输速率在10—125K波特，其他如多媒体系统和诊断系统则为中速传输，速率在两者之间，这样的区分提高了总线的传输效率。CAN总线的特点CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下：◆CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从；◆CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好；◆CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能；◆CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低；◆CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响；◆CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活；◆CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下）；◆CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）时可达到110个，而在扩展帧（29位报文标识符）时，个数不受限。CAN总线在车控制中的应用现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块（包括照明指示和车窗、刮雨器等）、防抱死制动系统（ABS）防滑控制系统（ASR）等。完善的汽车CAN总线网络系统架构。汽车CAN总线网络系统架构图本系统中，CAN节点采用：ECU（AT89C51）＋CAN控制器（SJA1000）＋CAN收发器（PCA82C250）的电路结构。CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接基本方法如图2所示。车身控制模块中的CAN应用层协议协议原则本协议遵循CAN2.0B规范，根据车身控制模块的特点，采用源→目的方法，每个节点都有自己固定的标识地址，且节点数小于64，设计时可将中央控制模块设为主节点，而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能：（1）特定信息的广播；（2）主从节点之间的连接；（3）主从节点之间的信息交换（包括故障信息）。第三章CAN总线的维修与检修3.1故障类型及检测诊断方法1.1故障类型：装有CAN-BUS多路信息传输系统的车辆出现故障，维修人员应首先检测汽车多路信息传输系统是否正常。一般引起汽车多路信息传输系统故障的原因有三种：一是汽车电源系统引起的故障；二是汽车多路信息传输系统的链路故障；三是汽车多路信息传输系统的节点故障。2、诊断步骤：1了解该车型的汽车多路传输系统的特点。2汽车多路信息传输系统的功能。3检查汽车电源系统是否存在故障。4检查汽车多路信息传输系统的链路是否存在故障，采用替换法或采用跨线法进行检测。5如果是节点故障，只能采用替换法进行检测。第四章CAN总线在汽车领域的应用4.1摘要摘要CAN总线技术因具备独特的设计、较高的可靠性及特性，适合工业过程监控设备的互连。众多知名品牌汽车也已采用CAN总线技术。文中分析了CAN总线的发展和汽车CAN总线技术的特征，对CAN总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。关键词CAN总线；汽车电子；智能系统CAN总线是国际上应用较为广泛的现场总线之一，可实现对车辆本身的控制。对于汽车工业而言，它的实时性、灵活性、可靠性以及低成本，有着较大的市场空间。如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN总线控制装置。4.2CAN总线技术的应用国外知名汽车基本都已经采用了CAN总线技术，例如沃尔沃、林肯、奥迪、宝马等，而国内汽车品牌，例如奇瑞等公司也已经有几款车型应用了总线技术。CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器，将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上，在这个信息共享平台上，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息，从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆安全行驶、舒适和可靠。一般来说，越高档的车配备的CAN_BUS数量越多，价格也越高，如途安、帕萨特等车型当中都配备了多个CAN总线。4.3汽车CAN总线节点ECU的硬件设计汽车CAN总线研发的核心技术就是对带有CAN接口的ECU进行设计，其中ECU的CAN总线模块由CAN控制器和CAN收发器构成。CAN控制器执行完整的CAN协议，完成通讯功能，包括信息缓冲和接收滤波。CAN控制器与物理总线之间需CAN收发器作为接口，它实现CAN控制器与总线之间逻辑电平信号的转换。4.4CAN总线在国内自主品牌汽车中的应用由于受成本控制、技术实力等因素的限制，CAN_BUS总线技术一般都出现在国外高端汽车，在A级及以下级别车型当中，该项技术大多出现在合资品牌当中，如POLO、新宝来等。在自主品牌中，采用CAN总线技术的车型中很少，风云2则是其中的代表车型。风云2CAN总线技术，可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表及其他控制器的通讯，做到全车信息及时共享。在风云2的组合仪表盘当中，阶段里程、未关车门精确显示、安全带未系提醒等20多项信息全部可以显示，比同级产品增加一倍，这样增加了驾驶过程中的安全度。另外，在CAN总线技术的帮助下，内部各种传感器实现信息共享后，大大减少了车体内线束和控制器的接口数量，避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患，降低了汽车电气系统的故障发生率。打开发动机舱盖，看到的是清晰简洁的舱内布局。维修方面，CAN总线技术的应用也使得故障排查得到最便利的保证。CAN总线智能管家系统符合欧美OBDII标准法规，实现了在线诊断的功能。在车辆发生故障后，各个控制器通过CAN总线智能管家系统存储故障代码，由专业人员，通过诊断仪为车辆诊断出各种故障状态，快速准确地查找到故障点，第一时间排除故障。利用CAN总线技术实现系统集成的信息传输，大大提高了各部件的响应速度，减少了配件磨损发生率，也相应的降低了维修成本；而且，先进集成技术的应用，也大幅提高了车辆自身的科技含量，增强了产品竞争力。第五章实训心得时光飞逝，又是一个星期的单片机学习过去了，本次汽车单片机应用技术的实训也拉下了帷幕。这次的实训使我对单片机的认识有了很深的理解，知道了它在今后汽车领域的发展的重要性。这周里我着重对汽车CAN总线系统智能节点设计进行认真的学习和了解了，并且对前两周学习的汽车信号灯的循环点亮控制、汽车直流电动机正反转控制知识进行了巩固。在这周的学中主要学习了汽车单片机网络的基本概念和参考模型，逻辑链路控制子层、介质控制子层的结构、功能和工作原理。还学习了CAN-BUS总线的维修与检测的步骤与方法等。在这次难得的课程学习过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过本次的实训，加强了我思考问题的完整性，和认识到了学习单片机的重要性。总的里说这周的实训我收获非常大。在今后的实训中我会更加努力。