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總線一)Canbus的由來由于現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平大幅提高,要求能對更多的汽車運行參數(shù)進(jìn)行控制,因而汽車控制器的數(shù)量在不斷的上升,從開始的幾個發(fā)展到幾十個以至于上百個控制單元??刂茊卧獢?shù)量的增加,使得它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此1986年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議來為汽車的控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。一、簡介二)什么是CAN1、CAN-Bus是ControllerAreaNetwork的縮寫,是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議稱為控制單元的局域網(wǎng),它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。2、控制器采用串行合用方式,因此不同控制器之間的信息傳送方式是廣播式傳輸。就是說每個控制單元不指定接收者,把所有的信息都往外發(fā)送。接收控制器自主選擇是否需要接收這些信息。廣播原理:一家發(fā),大家收三)CAN-BUS系統(tǒng)構(gòu)成1、CAN收發(fā)器:安裝在控制器內(nèi)部,同時兼具接受和發(fā)送的功能,將控制器傳來的數(shù)據(jù)化為電信號并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。2、數(shù)據(jù)傳輸終端:是一個電阻,防止數(shù)據(jù)在線端被反射,以回聲的形式返回,影響數(shù)據(jù)的傳輸。3、數(shù)據(jù)傳輸線:雙向數(shù)據(jù)線,由高低雙絞線組成。注:
Can-bus采用雙絞線結(jié)構(gòu),既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響,也可以防止本身對外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線,控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發(fā)送,高低電平互為鏡像。數(shù)據(jù)傳輸線數(shù)據(jù)傳輸終端數(shù)據(jù)傳輸終端CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器+1V-1V外界的干擾同時作用于兩根導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁波輻射相互抵消~0V四)CAN的特點1、多主控制:在總線空閑時,所有的單元都可開始發(fā)送消息(多主控制)。最先訪問總線的單元可獲得發(fā)送權(quán)。多個單元同時開始發(fā)送時,發(fā)送高優(yōu)先級ID消息的單元可獲得發(fā)送權(quán)。2、消息發(fā)送在CAN協(xié)議中,所有的消息都以固定的格式發(fā)送??偩€空閑時,所有與總線相連的單元都可以開始發(fā)送新消息。兩個以上的單元同時開始發(fā)送消息時,根據(jù)標(biāo)識符(Identifier以下稱為ID)決定優(yōu)先級。ID并不是表示發(fā)送的目的地址,而是表示訪問總線的消息的優(yōu)先級。兩個以上的單元同時開始發(fā)送消息時,對各消息ID的每個位進(jìn)行逐個仲裁比較。仲裁獲勝(被判定為優(yōu)先級最高)的單元可繼續(xù)發(fā)送消息,仲裁失利的單元則立刻停止發(fā)送而進(jìn)行接收工作。3、系統(tǒng)的柔軟性與總線相連的單元沒有類似于“地址”的信息。因此在總線上增加單元時,連接在總線上的其它單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。(即插即用)4、通信速度根據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模,可設(shè)定適合的通信速度。在同一網(wǎng)絡(luò)中,所有單元必須設(shè)定成統(tǒng)一的通信速度。即使有一個單元的通信速度與其它的不一樣,此單元也會輸出錯誤信號,妨礙整個網(wǎng)絡(luò)的通信。不同網(wǎng)絡(luò)間則可以有不同的通信速度。5、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求可通過發(fā)送“遙控幀”請求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。6、錯誤檢測功能·錯誤通知功能·錯誤恢復(fù)功能所有的單元都可以檢測錯誤(錯誤檢測功能)。檢測出錯誤的單元會立即同時通知其他所有單元(錯誤通知功能)。正在發(fā)送消息的單元一旦檢測出錯誤,會強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送。強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會不斷反復(fù)地重新發(fā)送此消息直到成功發(fā)送為止(錯誤恢復(fù)功能)。7、故障封閉
CAN可以判斷出錯誤的類型是總線上暫時的數(shù)據(jù)錯誤(如外部噪聲等)還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯誤(如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動器故障、斷線等)。由此功能,當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯誤時,可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。8、連接
CAN總線是可同時連接多個單元的總線??蛇B接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的。但實際上可連接的單元數(shù)受總線上的時間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度,可連接的單元數(shù)增加;提高通信速度,則可連接的單元數(shù)減少。五)多種多樣的CAN協(xié)議和規(guī)格不僅是ISO,SAE等其它的組織、團(tuán)體、企業(yè)也對CAN協(xié)議進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化?;贑AN的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格,面向汽車的通信協(xié)議以通信速度為準(zhǔn)進(jìn)行了分類。六)共性各系統(tǒng)在數(shù)據(jù)高速公路上采用同樣的交通規(guī)則,既“傳輸協(xié)議”。了保證有很高的抗干擾性(如來自發(fā)動機(jī)艙),所有的CAN數(shù)據(jù)總線都采用雙線式系統(tǒng)。Canbus上的信息是以二進(jìn)制形式出現(xiàn)的。也就是說控制單元將信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制,Canbus用電平來模擬二進(jìn)制,接收單元將電平轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)。二、數(shù)據(jù)傳輸一)在顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)——CAN導(dǎo)線上的電壓變化(以CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線為例):在靜止?fàn)顟B(tài)時,這兩條導(dǎo)線上作用有相同預(yù)先設(shè)定值,該值稱為靜電平。對于CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說,這個值大約為2.5V。靜電平也稱為隱性狀態(tài),因為連接的所有控制單元均可修改它。在顯性狀態(tài)時,CAN-High線上的電壓值會升高一個預(yù)定值。而CAN-Low線上的電壓值會降低一個同樣值。于是在CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線上,CAN-High線就處于激活狀態(tài),其電壓不低于3.5V(2.5V+1V=3.5V),而CAN-Low線上的電壓值最多可降至1.5V(2.5V-1V=1.5V)。因此在隱性狀態(tài)時,CAN-High線與CAN-Low線上的電壓差為0V,在顯性狀態(tài)時該差值最低為2V。二)CAN收發(fā)器控制單元信號在收發(fā)器內(nèi)的放大收發(fā)器發(fā)送一側(cè)的任務(wù)是將控制單元內(nèi)的CAN控制器的較弱信號放大,使之達(dá)到
CAN導(dǎo)線上的電平信號和控制單元輸入端的電平信號。1、收發(fā)器內(nèi)的信號轉(zhuǎn)換控制單元是通過收發(fā)器聯(lián)接到CAN驅(qū)動總線上的。收發(fā)器內(nèi)有一個接收器,該接收器是安裝在接收一側(cè)的差動信號放大器。差動信號放大器用于處理來自CAN-High線和CAN-Low線的信號,除此以外還負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換后的信號傳至控制單元的CAN接收區(qū)。這個轉(zhuǎn)換后的信號稱為差動信號放大器的輸出電壓。差動信號放大器用CAN-High線上的電壓減去CAN-Low線上的電壓,就得出了輸出電壓,用這種方法可以消除靜電平(對于CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說是2.5V)或其它任何重疊的電壓2、差動信號放大器的干擾過濾:
由于數(shù)據(jù)總線也要布置在發(fā)動機(jī)艙內(nèi),所以數(shù)據(jù)總線就要遭受各種干擾。CAN-High-信號和CAN-Low-信號經(jīng)過差動信號放大器處理后(就是所謂的差動傳遞技術(shù)),可最大限度地消除干擾的影響。這種差動傳遞技術(shù)的另一個優(yōu)點是:即使車上的供電電壓有波動(例如在起動發(fā)動機(jī)時),也不會影響各個控制單元的數(shù)據(jù)傳遞(數(shù)據(jù)傳遞可靠性)。由于CAN-High線和CAN-Low線是扭絞在一起的(雙絞線),所以干擾脈沖X就總是有規(guī)律地作用在兩條線上。
(3.5V-X)-(1.5V-X)=2V3、CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線上的信號變化下圖由存儲式示波器接收下來的。兩個電平之間的疊加信號變化表示2.5V的隱性電平。CAN-High線上的顯性電壓約為3.5V,CAN-Low線約為1.5V。(10.4kbps)問題:F-CAN(500kbps)、B-CAN(125kbps)、K-LINE(10.4kbps)、LIN(22kbps)這些不同總線上的控制單元之間數(shù)據(jù)是如何實現(xiàn)傳遞(共享)的?三)網(wǎng)關(guān)由于不同區(qū)域Canbus總線的速率和識別代號不同,因此一個信號要從一個總線進(jìn)入到另一個總線區(qū)域,必須把它的識別信號和速率進(jìn)行改變,能夠讓另一個系統(tǒng)接受,這個任務(wù)由網(wǎng)關(guān)(Gateway)來完成。問題:本田車輛的網(wǎng)關(guān)在哪里?例一、車載診斷(維修手冊p112)通過將HDS連接到數(shù)據(jù)連接器(DLC),HDS能通過稱為K-LINE的診斷線路,從駕駛員側(cè)MICU上讀取診斷信息。K-LINE獨立于CAN線路,且連接到與CAN相關(guān)的ECU。駕駛員側(cè)MICU是HDS和B-CAN相關(guān)ECU之間的一個網(wǎng)關(guān),將B-CAN診斷信息發(fā)送到HDS。用HDS執(zhí)行功能測試時,HDS通過K-LINE,將輸出信號發(fā)送到駕駛員側(cè)MICU。駕駛員側(cè)MICU向其他ECU轉(zhuǎn)發(fā)請求,或指令該功能。(10.4kbps)隨著車輛電子化和信息化管理程度的不斷提高,呈現(xiàn)出CAN線有取代K線的趨勢。例二、車身控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(B-CAN)和快速控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(F-CAN)
車身控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(B-CAN)和快速控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(F-CAN)共享多個控制單元(ECU)之間的信息。B-CAN通信在一個比較低的速度(125千比特/秒)下運行,以方便相關(guān)部件和其他功能。F-CAN信息在一個比較高的速度下(500千比特/秒)運行,以適應(yīng)“實時”功能,如燃油和排放數(shù)據(jù)。儀表控制單元將信息從B-CAN轉(zhuǎn)發(fā)到F-CAN及從F-CAN轉(zhuǎn)發(fā)到B-CAN,以實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的信息共享。網(wǎng)關(guān)的主要任務(wù)是使兩個速度不同的系統(tǒng)之間能進(jìn)行信息交換。CAN舒適/Infotainment數(shù)據(jù)總線的特點是:控制單元內(nèi)的負(fù)載電阻不是作用于CAN-High線和CAN-Low線之間,而是體現(xiàn)在每根導(dǎo)線對地或?qū)?V之間。如果蓄電池電壓被切斷,那么電阻也就沒有了,這時用歐姆表無法測出電阻。最初的數(shù)據(jù)總線的兩個末端有兩個終端電阻,相比之下,大眾集團(tuán)使用的是分配式電阻,即發(fā)動機(jī)控制單元內(nèi)的“中央末端電阻”和其它控制單元內(nèi)的高歐姆電阻。這樣會產(chǎn)生很大的影響,但由于轎車上的數(shù)據(jù)總線不很長,所以不會有什么負(fù)面作用。CAN標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)數(shù)據(jù)總線長度的規(guī)定就不適用于大眾集團(tuán)的CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線了。收發(fā)器的結(jié)構(gòu)PCM/ECM儀表控制模塊儀表控制模塊與ECM之間由總線進(jìn)行通訊。紅、白兩根總線上有2.5V靜電壓,電源提供者是儀表控制模塊。蓄電池發(fā)動機(jī)蓋下保險絲/繼電器盒繼電器控制模塊控制塊左前大燈右前大燈近光(51W)近光(51W)遠(yuǎn)光(60W)遠(yuǎn)光(60W)側(cè)面標(biāo)志燈或前駐車燈尾燈牌照燈J7BLUJ6保險絲繼電器盒10P插接器確認(rèn)J6的帶電狀態(tài)(大燈開關(guān)開/閉)點火開關(guān)ON:12V點火開關(guān)OFF:0V點火開關(guān)儀表板下保險絲/繼電器盒組合開關(guān)控制裝置刮水器/洗滌器開關(guān)組合燈開關(guān)車身控制區(qū)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)機(jī)儀表控制模塊D11N28B25BLU確認(rèn)N28、B25、D11、X27、J7、7、4,引腳是否導(dǎo)通?導(dǎo)通X27BRN/YEL備用線路:多路系統(tǒng)故障時只提供大燈照明無小燈、遠(yuǎn)光、會車。點火開關(guān)OFF時、取下鑰匙時為照明系統(tǒng)提供電源斷開儀表控制模塊的線束后,燈光工作正常0V0V問題:1、斷開儀表控制模塊線束后車輛可以啟動,
HDS可以讀取發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)。2、斷開儀表控制模塊線束后遙控門鎖可以使用。儀表控制模塊×控制模塊引腳號顏色X27LTGRND11BLUJ4BRN/REDN28BRN/YELN22LTBLU
導(dǎo)通狀態(tài):導(dǎo)通電壓0.1V~0.7V插頭E(31P)處的ECM/PCM輸入和輸出診斷插頭儀表控制模塊Lin-bus(LOCALINTERCONNECTWORK)Linbus是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的縮寫。所謂汽車中的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是指所有的控制單元都在一個
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