CAN總線在汽車車身控制中的應用.ppt

1、CAN總線在汽車車身控制中的應用,1 概述 2 CAN總線技術簡介 3 CAN總線技術的特點及優(yōu)點 4 CAN 總線在車身控制中的應用 5 CAN前景展望,概 述,隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是汽車電子技術的快速發(fā)展，使得車用電氣設備越來越多，從發(fā)動機控制到傳動系統(tǒng)的控制，從行駛、制動、轉向系統(tǒng)到安全保證系統(tǒng)及儀表報警，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車電氣系統(tǒng)形成了一個龐大的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的布線形式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代汽車高速智能化的發(fā)展 。,在現(xiàn)代汽車工作過程中，汽車上幾十甚至上百塊的電子控制單元不斷接受外界傳感器的信號，然后發(fā)出指令去控制執(zhí)行器的動作，因而滿足各系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性的要

2、求、提高控制單元間通訊可靠性和降低導線成本已成為迫切需要解決的問題。為此以研發(fā)和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了CAN總線協(xié)議，并使其成為國際標準（ISO11898）。,CAN總線又稱為汽車總線，其全稱為“控制器局域網(wǎng)（CAN-Controller Area Network）”，是一種串行 多主站控制器 局域網(wǎng) 總線。它具有很高的網(wǎng)絡安全性、通訊可靠性和實時性，而且簡單實用，網(wǎng)絡成本低。特別適用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。,串行（serial）通訊，每個字符的二進制位按位排列進行傳輸，傳輸距離相對較遠，鼠標口和USB口都是串行端口； 并行（p

3、arallel）通訊，每個字符的二進制位使用多條數(shù)據(jù)線同時進行傳輸，傳輸速度相對要快些，但傳輸距離相對不能太遠，計算機內部數(shù)據(jù)傳輸一般都是采用這種方法，標準打印口是屬并行端口。,各汽車計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有信息和資源，達到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復、提高系統(tǒng)可靠性和維護性、降低成本，更好地匹配和協(xié)調各個控制系統(tǒng)的目的。,CAN總線技術簡介,對于汽車上的眾多電控單元而言，如果按照傳統(tǒng)的汽車數(shù)據(jù)傳輸方式建立數(shù)據(jù)傳遞將是一個龐大的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（如圖1-1所示），這樣的網(wǎng)絡不僅效率底，故障率高，而且功能局限性大，無法實現(xiàn)功能的升級和多個系統(tǒng)的同步協(xié)調。,圖1-1 傳統(tǒng)方式

4、數(shù)據(jù)傳遞示意圖,CAN串行總線系統(tǒng)（如圖1-2所示），把車輛上相關控制器都聯(lián)系起來，實現(xiàn)了各種控制器的相互通信，做到了全車信息及時共享。CAN不僅減少了直接線束的連接，使整車線束布置緊湊，車輛更安全。同時，也確保了整車在行駛過程中各個部件之間的匹配達到最佳狀態(tài)，使故障率大大降低，安全性能大大提高。,圖1-2 CAN數(shù)據(jù)總線傳遞方式示意圖,CAN總線技術的特點及優(yōu)點,1 CAN總線的特點 CAN作為一種多主總線，支持分布式實時控制的通信網(wǎng)絡。在汽車發(fā)動機控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等應用中，總線的位速率最大可達1Mbit/s。CAN總線屬于總線式串行通信網(wǎng)絡，由于其采用了許多新技術及獨特的設計，與

5、一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其特點可以概括如下：,1) CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一節(jié)點均在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，利用這一點可方便地構成多機備份系統(tǒng)。2) CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在134us內得到傳輸。中斷源：是兩個外中斷INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、兩個片內定時/計數(shù)器溢出中斷TF0和TF1，片內串行口中斷TI或RI中斷處理分為四個階段 1、保存被中斷程序的現(xiàn)場 2、分析中斷源，判斷中斷原因 3、轉去執(zhí)行相應的處理程序 4、恢

6、復被中斷程序現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行被中斷程序。,3) CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術，當兩個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，有效避免了總線沖突。按節(jié)點類型分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求 4) CAN只需通過幀濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無需專門的“調度”。,5) CAN采用NRZ（非歸零制編碼方式）編碼，直接通信距離最遠可達10km（5Kbit/s）；通信速率最高可達1Mbit/s（此時通信距離最長為40m）。6) CAN上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路，目前可達110個；標識符可達2

7、032種（CAN2.0A），而擴展標準（CAN2.0B）的標識符幾乎不受限制。7) 采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率底，具有極好的檢錯效果。8) CAN的每幀信息都有CRC（一種校驗碼）校驗及其他檢錯措施，保證數(shù)據(jù)出錯率極低。9) CAN的通信介質可分為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 10）CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。,2 CAN總線的優(yōu)點,1） 數(shù)據(jù)共享減少了數(shù)據(jù)的重復處理，節(jié)省了成本。例如，在傳統(tǒng)的布線形式中，自動變速器、空氣懸架、巡航定速控制等都會用到車速數(shù)據(jù)，結果這些電控單元內部都有一套處理電路，浪費了資源。而采用總線技術

8、后，各控制單元都可以從總線上獲得車速數(shù)據(jù)，減少車身布線，進一步節(jié)省了成本。由于采用總線技術，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線，使布線局部化。車上除掉總線外，其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節(jié)省了布線成本。 2） 具有診斷錯誤的能力和自動恢復能力，節(jié)省了生產維護成本。比如通過適當?shù)腃AN分析模塊可以對總線系統(tǒng)進行診斷，如傳感器的故障診斷、車燈的故障診斷、各個模塊的診斷以及線路連接間的診斷等。對于總線內部的錯誤，總線系統(tǒng)可以通過自身軟件進行自動恢復。而非總線車輛，一旦出現(xiàn)故障，要依賴人工對復雜線束逐個測量，而且需要對相關電器依次測定，整個過程非常費時費力。,3）各電控單元對所連接的CAN總線進

9、行實地監(jiān)測，當出現(xiàn)故障時電控單元會存儲故障碼。4）使用小型控制單元及小型控制單元插孔，可節(jié)省空間。5）總線的利用率高。數(shù)據(jù)傳輸距離較長，可達10km，數(shù)據(jù)的傳輸率高，可達1Mbit/s。6）CAN總線具有線間干擾小、抗干擾能力強的優(yōu)點。7）價格占有絕對的優(yōu)勢。隨著CAN的批量推廣，其成本會進一步降低。8）CAN總線符合國際標準，因此可應用于不同型號控制單元間的數(shù)據(jù)傳輸。,CAN 總線在車身控制中的應用,1 車身系統(tǒng)的CAN控制設計 11. CAN總線網(wǎng)絡系統(tǒng)架構 現(xiàn)代汽車典刑的控制單元有發(fā)動機控制模塊、變速器控制模塊、多媒體控制模塊、氣囊控制模塊、空調控制模塊、巡航控制模塊、車身控制模塊（包括

10、照明指示和車窗、刮雨器等）、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）防滑控制系統(tǒng)（ASR）等。完善的汽車CAN總線網(wǎng)絡系統(tǒng)架構如右圖所示。,2 舒適CAN數(shù)據(jù)總線,舒適CAN數(shù)據(jù)總線連接一般連接五塊控制單元，包括中央控制單元及四個車門的控制單元。舒適CAN數(shù)據(jù)傳遞一般具有五個功能：中央門鎖控制、電動車窗控制、照明開關控制、后視鏡加熱及自診斷功能?？刂茊卧母鳁l傳輸線以星狀形式會聚一點。這樣做的好處是：如果一個控制單元發(fā)生故障，其他控制單元仍可發(fā)送各自的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)使經(jīng)過車門的導線數(shù)量減少，線路變的簡單。如果線路中某處出現(xiàn)對地短路，對正級短路或線路間短路，CAN系統(tǒng)會立即為應急模式運行或轉為單線模式運行。四個車

11、門控制單元都是中央控制，只需較少的自診斷線。,3 CAN總線在汽車安全上的應用,隨著安全性能日益受到重視，安全氣囊也將逐漸增多，以前是在駕駛員前面安裝一個，今后側面與后座都會安裝安全氣囊，這些氣囊通過傳感器感受碰撞信號，通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。同時，先進的防盜設計也正基于CAN總線網(wǎng)絡技術。首先，確認鑰匙合法性的校驗信息通過CAN網(wǎng)絡進行傳遞，改進了加密算法，其校驗的信息比以往的防盜系統(tǒng)更豐富；其次，車鑰匙、防盜控制器和發(fā)動機控制器相互儲存對方信息，而且在校驗碼中攙雜隨機碼，無法進行破譯，從而提高防盜系統(tǒng)的安全性。而這些功能的實現(xiàn)無一不借

12、助CAN總線來完成，CAN總線成為汽車智能化控制的“定海神針”。,CAN前景展望,CAN協(xié)議已經(jīng)有15年的歷史，但它仍處在改進之中。從2000年開始，一個有數(shù)家公司組成的ISO任務組織定義了一種時間觸發(fā)CAN報文傳輸?shù)膮f(xié)議，此協(xié)議定義為“時間觸發(fā)通信的CAN（TTCAN）”。計劃在將來被標準化為ISO11898-4。目前這個CAN的擴展已經(jīng)在硅片上得以實現(xiàn)。不僅可以實現(xiàn)傳輸時間觸發(fā)的報文，也可以實現(xiàn)傳輸事件觸發(fā)的報文,在現(xiàn)代轎車的設計中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)報道，中國首輛CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)混合動力轎車已在奇瑞公司試裝成功，并進行了初步試運行。在