浅析CAN总线技术在汽车上的应用

浅析CAN总线技术在汽车上的应用院毕业论文课题名称浅析CAN总线技术在汽车上的应用学院天水师范学院工学院专业汽车服务工程班级10汽服(2)班学号20107040231姓名张永永指导教师牛晶定稿日期：2014年5月15日浅析CAN总线技术在汽车上的应用1摘要20世纪90年代以来，汽车上由电子控制单元(ECU)控制的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、安全气囊装置、电控门窗装置、防抱死制动装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量也越来越多。因此，CAN总线技术在汽车上越来越普及，本文首先概述了CAN总线技术,并详细阐述了汽车CAN总线的优点和特点以及其结构分类和传输原理,从而引出汽车CAN总线研究的重点和关键技术问题,及其目前在汽车上的应用情况,其次介绍了CAN总线技术在汽车上的应用实例，然后展望了该技术的未来发展趋势，最后介绍了CAN总线的检测和维修。关键词：电子控制系统，控制单元，应用，CAN，ECU浅析CAN总线技术在汽车上的应用2ABSTRACTSincethe1990s,thecariscontrolledbytheelectroniccontrolunit(cU)Emoreandmorethenumberofcomponents,suchaselectronicfuelinjectiondevice,anti-lockbrakes,airbagsdevice,electricWindowsanddoorsequipment,activesuspension,andsoon.Withthewidelyapplicationoftheintegratedcircuitandsingle-chipmicrocomputerinthecar,thecarisalsomoreandmorethenumberofECU.CANbustechnology,therefore,becomesmoreandmorepopularinthecar,thispaperfirstlysummarizestheCANbustechnology,andexpoundstheadvantagesandcharacteristicsofvehicleCANbusanditsstructuralclassificationandtransmissionprinciple,whichleadstoafocusinthestudyofvehicleCANbusandthekeytechnicalproblems,anditscurrentapplicationsituationinthecar,SecondlythepaperintroducesthetechnologyofCANbusapplicationinthecar,andthenprospectsthefuturedevelopmenttrendofthetechnology,finallyintroducedtheCANbustestingandservicing.Keywords:Electroniccontrolsystems,controlunit,application,CAN,ECU浅析CAN总线技术在汽车上的应用3目录1．绪论..................................................42．CAN总线技术概述......................................52.1CAN简介.....................................................52.2CAN总线技术特点和优点.......................................53CAN总线的结构和数据传输原理............................84.CAN总线技术在汽车中应用的关键技术.....................115.CAN总线在汽车上的应用现状.............................136.CAN总线技术在汽车上的应用实例.........................137.车用CAN未来发展趋势..................................148.CAN总线控制系统的检修.................................188.1CAN总线故障形式：..........................................188.2CAN总线系统中终端电阻的检修................................188.3用故障诊断仪器检修CAN系统.................................188.4CAN总线的维修..............................................199.结论..................................................20参考文献.................................................1浅析CAN总线技术在汽车上的应用41．绪论随着电子、集成电路、程控技术[1]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。电控制器局域网CAN(ControllerAreaNetwork)[2]]是由Bosch公司在20世纪80年代初开发的一种串行多主总线通讯协议。它具有高传输速率，高抗电磁干扰性，并且能够检测出发生的几乎任何错误。由于其卓越性能，CAN总线技术已广泛应用于交通工具、工业自动化、航天、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多领域。CAN总线技术在我国也正迅速普及推广。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。现代汽车越来越多地采用电子装置控制[3]，如发动机控制、加速/刹车控制、防抱死系统（ABS）、防滑控制系统(ASR)、废气再循环系统、巡航系统、空调系统、车身电子控制系统（包括照明指示和车窗，雨刮器等）等。汽车内部所具有的控制器、执行器以及传感器的数量很多，要实现汽车的控制就必需检测及交换大量数据。使用CAN总线技术组成汽车内部网络，可满足汽车各ECU（ElectronicControlUnit，电子控制单元）对控制和数据通信的需要。浅析CAN总线技术在汽车上的应用52．CAN总线技术概述2.1CAN简介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。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[4]。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。2.2CAN总线技术特点和优点CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，其主要特点是[5]：（1）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，不分主从，通信灵活；（2）CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，可满足实时性要求；（3）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；（4）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及其他校验措施，数据出错率极低；（5）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；（6）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；（7）CAN总线最大传输速率可达1Mb/s（此时通信距离最长为40m），直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps以下）；（8）CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）可达110个，而在扩展帧（29位报文标识符）其个数几乎不受限制。CAN总线技术在汽车中的应用具有以下优势：浅析CAN总线技术在汽车上的应用6（1）信息共享采用CAN总线技术可以实现各ECU之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。例如具有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、机油温度、油量瞬时流速等，这样一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于司机检查发动对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据统计一辆采用机运行工况，从而便于发动机的保养维护。表1给出了汽车部分电控单元产生及发送的数据类型及其他单元对这些信息共享的情况。表1汽车部分电控单元数据发送、接受情况（2）减少线束传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点达1500个，而且该数字大约每十年增长1倍。这种传统布线方法不能适应汽车的发展。CAN总线可有效减少线束，节省空间。例如某车门-后视镜、摇窗机、门锁控制等的传统布线需要20-30根，应用总线CAN则只需要2根。（3）关联控制在一定事故下，需要对各ECU进行关联控制[6]，而这是传统汽车控制方法难以完成的。CAN总线技术可以实现多ECU的实时关联控制。在发生碰撞事故时[5]，汽车上的多个气囊可通过CAN协调工作，它们通过传感器感受碰撞信号，通过CAN总线将传感器信号传送到一个中央处理器内，控制各安全气囊的启动弹出动作。为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险,汽车的安全系统要求数据传输具有较高的安全性。如果数据传输的可靠性足够高,或者残优先权信号类型电控燃油喷射系统电控传动系统ABS系统ASR系统废气再循环系统空调系统1实际喷油量发送接收----------------------------------2发动机转速发送接收接收接收--------接收3油量设置接收------------------发送----------------4车轮转送接收接收发送接收----------------5油门踏板位置发送接收接收接收----------------6变速比接收发送-----------接收接收--------7怠速设置接收-------------------------发送发送8冷却液温度发送接收--------------------------接收9空气温度发送---------------------------------接收浅析CAN总线技术在汽车上的应用7留下来的数据错误足够低的话,这一目标不难实现。从总线系统数据的角度看,可靠性可以理解为,对传输过程产生的数据错误的识别能力。残余数据错误的概率可以通过