CAN-BUS总线

CAN-BUS中德诺浩汽车教育2目录CAN总线的基本知识CAN总线的传输原理CAN总线的主要硬件CAN总线的故障诊断3传统布线形式4CAN数据总线布置形式5CAN总线的定义：CAN总线又称CAN-bus，是控制单元区域网络（ControllerAreaNetwork）的缩写，意思是控制单元通过网络交换数据。即控制器区域网，所以，CAN总线是指控制器区域网现场总线。CAN总线即为人们所称的汽车网络CAN数据总线可以比作公共汽车。公共汽车可以运输大量乘客，CAN数据总线包含大量的数据信息。。CAN数据传输总线6传输5个信号需要5条信号传输线传感器与执行元件控制单元每项信息通过独立的数据线进行交换。缺点：线的数量和控制单元插脚增多采用传统布线的形式7无CAN总线的车门控制单元（完成其全部控制功能需要：45根线和9个插头）8汽车传统布线法的缺陷•布线复杂。铜线成倍增加。一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其电线长度可达2km，电气节点高达1500个。而且，该数字大约每10年增长1倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间的矛盾。•故障率增多、维修困难。线束都装在看不到的地方（如纵梁下等）•设计和试制难。每个车型的线束都不一样，每种车都要单独设计、且电控单元针脚数增加。•替代电器配件困难。替代某个落后的电器配件，要增加几根线，因无法加到原线束中，只能从外面加线，从而使线路更凌乱。9传输5个信号需要1条或2条信号传输线各控制单元间的所有信息都通过两根数据线进行交换。采用CAN数据总线的布置形式10采用CAN总线的车门控制单元（完成其全部控制功能只需：最多17根线，2个插头即可）11•CAN数据总线的数据传递类似于电话会议•一个电话用户（控制单元）将数据“讲”入网络中，其他用户通过网络“接听”这个数据•对这个数据感兴趣的用户就会利用该数据，而其他用户则选择忽略CAN-BUS12CAN的优点--减少信号线及传感器的个数。一个传感器的信号可以通过CAN-BUS传输给多个控制器，而不是给每个控制器配一个同样功能的传感器。因此可节省导线(现在整车线束已经约3km长)，成本低。--对于线束，插接器越多则故障点越多。减少了插接器的数量，即相应地提高了可靠性，传输数率高。--具有可靠的信号传输：未来通过总线技术将实现如下功能：•行车事故避免•语音服务•汽车远程诊断•有条件实现单线传递13CAN数据总线网络连接部件驱动CANbus舒适CANbus信息娱乐（显示）CANbus发动机控制单元自动变速器控制单元ESP控制单元安全气囊控制单元氧传感器（美国）转向角度传感器转向柱电气控制单元多功能方向盘控制单元汽车电气控制单元座椅调节控制单元停车辅助控制单元挂车识别控制单元空调控制单元驻车加热控制单元轮胎压力监控控制单元舒适系统中央控制单元语音输入控制单元卡片阅读器远程通讯、电话控制单元车载电话控制单元收音机导航系统控制单元导航、电视等导航系统接口转向柱电气控制单元15CAN总线特点双向数据总线—一条数据总线既可以发送也可以接收数据汽车上的数据总线实际是一条导线，或者是两条导线。两线制的其中一条导线不是用作额外的通道，它的作用有点像公路的路肩，上面立有交通标志和信号灯。一旦数据通道出了故障，这“路肩”在有些数据总线中被用来承载“交通”，或者令数据换向通过一条或两条数据总线中未发生故障的部分。为了抗电子干扰，双线制数据总线的两条线是绞在一起的（双绞线）16CAN-BUS在服务中的作用介绍CANbus对服务维修有两点指导意义：•对车辆的附加系统和售后解决方法的制定更加容易、更加快捷。例如:新增的控制单元与原有控制单元之间的线束连接，控制单元仅仅需要重新编码，同时增加传感器和执行元件的配线即可。•实现真正的控制单元实时数据诊断，并且使之更加快捷；相似的控制单元的诊断可能被纳入网关内部，通过系统诊断来实现。17数据总线的类型MediaOrientedSystemsTransportLocalInterconnectNetworkD2BDigitalDataBus数字总线系统LIN总线系统多媒体传输系统ControllerAreaNetworkCAN总线系统18驱动系统CAN总线(高速)舒适性系统CAN总线(低速)D2BMOSTLIN传输速率500KBand100KBand5.6MBand22.6MBand20KBand传输介质双绞线双绞线光纤光纤单根铜线适用范围传输控制、调节信号传输控制信号传输控制和音频信号传输控制、音频和视频信号局部功能和诊断拓扑结构总线/星形总线/星形环状环状星状工作方式Kl.15SystemSleepmodus/wake-upSleepmodus/wake-upSleepmodus/wake-upSleepmodus/wake-up状态采用采用采用采用采用每种总线系统的适用范围及特点19驱动CANHighor/bk（桔黑）Lowor/br（桔棕）舒适CANHighor/gn（桔绿）Lowor/br（桔棕）信息娱乐CANHighor/vio（桔紫）Lowor/br（桔棕）CANdatabuswiringCAN–驱动500kBaudCAN–舒适系统100kBaudCAN–信息娱乐（显示）系统总线100kBaud种类20Canbus在大众车型的发展历史大众公司首次在97年PASSAT的舒适系统上采用了传送速率为62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加了Canbus，传送速率为500Kbit/m。2000年，大众公司在PASSAT和GOLF采用了带有网关的第二代Canbus。2001年，大众公司提高了Canbus的设计标准，将舒适系统Canbus提高到100Kbit/m,驱动系统提高到500Kbit/m。2002年，大众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第三代Canbus。2003年，大众集团在新PQ35平台上使用五重结构的Canbus系统，并且出现了单线的LIN-BUS。21星形结构网状结构树状结构环形结构线性结构网络结构22汽车网络的类型（1）按拓扑结构分•按拓扑结构不同，汽车网络可分为中控式、区域式和分配式三种类型。区域式中控式分配式23（2）按网络标准分•按网络标准的不同，美国汽车工程师协会（SAE）将汽车网络分为A、B、C三大类。•五类：A、B、C（动力）、D（多媒体）、E（被动安全）类别对象传输速度应用范围A传感器/执行器控制的低速网络100kbps灯光照明，电动门窗、座椅调节等系统B独立模块间数据共享的中速网络10~125kbps车辆电子信息中心、安全气囊、故障诊断、仪表显示等系统C高速、实时闭环控制的多路传输网125kbps~1Mbps牵引控制、先进发动机控制、悬架控制、ABS等系统B支持A，C同时实现B和A，目前B广泛，A淘汰，C日益广泛，将来C主导地位24汽车网络通信协议通信协议的含义•通信协议——通信双方控制信息交换规则的标准、约定的集合，即数据在总线上的传输规则。•内涵：通信的方法、通信时间、通信内容等。如同交通规则，包括“交通标志”的制定方法。总统乘坐的车具有绝对的优先通行权，其他具有优先权的依次是政府要员的公车、警车、消防车、救护车等。但只能在执行公务时才能有优先权。驾车兜风、执行公务完毕时就无优先权可言。•通信协议的标准蕴含唤醒访问和握手。唤醒访问就是一个给模块的信号，这个模块为了节电而处于休眠状态。握手就是模块间的相互确认兼容并处在工作状态。25通讯协议的实质通讯协议主要内容如下：•（1）在一个简单的通信协议中，模块不分主从，根据规定的优先规则，模块间相互传递信息，并且都知道该接收什么信息。•（2）一个模块是主模块，其他则为从属模块，根据优先规则，它决定哪个从属模块发信息以及何时发送信息。•（3）所有的模块都像旋转木马上的骑马人，一个上面有“免费卷”挂环的转圈绕着他们旋转。当一个模块有了有用的信息，它便抓住挂环挂上这条信息，任何一个需要这条信息的模块都可以从挂环上取下这条信息。•（4）通信协议中有个仲裁系统，通常这个系统按照每条信息的数字拼法为各数据传输设定优先规则。例如，以0结尾的数字信息要比以1结尾的有优先权。26CAN数据总线传递数据的构成•CAN数据总线在极短的时间里，在各控制单元间传递数据，可将其分为7个部分•CAN数据总线传递的数据由多位构成。在数据中，位数的多少由数据域的大小决定•（一位是信息的最小单位——单位时间电路状态。在电子学中，一位只有0或1两个值。也就是只有”是“和”不是“两个状态）27数据的形成图表如下：该形式在两条数据传输线上是一样的28•开始域：标志数据开始。带有大约5V电压（由系统决定）的1位，被送入高位CAN线；带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。状态域：判定数据中的优先权。如果两个控制单元都要同时发送各自的数据，那么，具有较高优先权的控制单元，优先发送29•检查域：显示在数据域中所包含的信息项目数。在本部分允许任何接收器检查是否已经接收到所传递过来的所有信息。数据域：在数据域中，信息被传递到其他控制单元。30确认域：在此，接收器信号通知发送器，接收器已经正确收到数据。若检查到错误，接收器立即通知发送器，发送器然后再发送一次数据结束域：标志数据报告结束。在此是显示错误并重复发送数据的最后一次机会•安全域：检测传递数据中的错误。31CAN总线的传输过程•每条数据的传递包括以下5个过程：32•提供数据。控制单元向CAN控制器提供需要发送的数据•发送数据。CAN收发器接收由CAN控制器传来的数据，转为电信号并发送•接收数据。CAN系统中，所有控制单元转为接收器•检查数据。控制单元检查判断所接收的数据是否所需要的数据•接受数据。如接收的数据重要，它将被接受并进行处理。否则忽略33CAN数据总线的数据传递过程34CAN总线的数据报告优先权•如果多个控制单元要同时发送各自的数据，那么系统就必须决定哪一个单元首先发送。具有最高优先级的数据，首先发送。基于安全考虑，由ABS/DEL控制单元提供的数据比动变速控制单元提供的数据（驾驶舒适）更重要。1.数据分配•每个位都有1个值，这个值定义为电位。这样就有2个可能：高电位或低电位。2.数据报告的优先权•在状态域中，由11位组成的编码，其数据的组合形式决定了优先权。35举例说明如下•当ABS/DEL控制单元发送了一个高电位，Motronic控制单元也发送了一个高电位，自动变速箱控制单元发送了一个低电位而检测到一个高电位，那么它将失去优先权，而转为接收。36CAN总线的主要硬件包括CAN控制器、CAN收发器、传输介质、负载电阻（数据传递终端）、网关等，少数汽车还包括设有智能服务器（BSI），类似于网关。37CAN控制器CAN控制器的功能•CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。•CAN控制器主要由实现CAN总线协议部分和微控制器接口部分组成。•不同型号的CAN总线通信控制器，实现CAN协议部分电路的结构和功能大都相同，而与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异。38CAN控制器的位置ECU微控制器CAN控制器CAN收发器CAN控制器位于ECU的微处理器与CAN收发器之间39CAN控制器的类型•CAN控制器一般分为两大类型：独立CAN控制器和在片CAN控制器。（1）独立CAN控制器•独立CAN控制器是指单一模块，不与ECU的微处理器集成。使用起来比较灵活，可与多种类型的单片机进行接口组合。•主要型号有：PHILIPSSJA1000，MCP2510，INTEL82526，PHILIPS82C200，SIMENS81C90/91，NEC72005等。（2）在片CAN控制器•在片CAN控制器与ECU微处理器集成为一体，它们在许多特定情况下，使电路设计简化和紧凑，效率提高，如PHILIPS8XC592，MOTOROLA68HC05X4，SIMENSC167C等。40CAN收发器CAN收发器的位置•CAN收发器又称CAN总线驱动器，安装在CAN控制器与数据总线之间。•CAN收发器提供