常用車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CAN)

1、常用車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 沈鴻星 Shen Hongxing襄陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 Xiangyang Vocational and Technical College 2014.9,車(chē)用網(wǎng)絡(luò)在汽車(chē)上的應(yīng)用大致可以分為哪4個(gè)系統(tǒng)？,復(fù)習(xí)測(cè)試,車(chē)載網(wǎng)絡(luò)在汽車(chē)上的應(yīng)用大致可以分為： 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 車(chē)身系統(tǒng) 安全系統(tǒng) 信息系統(tǒng)。,復(fù)習(xí)測(cè)試,CAN總線,1,VAN系統(tǒng),3,LIN總線,2,學(xué) 習(xí) 內(nèi) 容,LAN系統(tǒng),4,車(chē)載藍(lán)牙系統(tǒng),6,MOST總線,5,2.1 CAN總線的工作原理,CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網(wǎng)）的縮寫(xiě)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。目前，CAN總線是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2、中應(yīng)用最多、也最為普遍的一種總線技術(shù)。,1.CAN總線的特點(diǎn), 多主通信，控制單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺(tái)上進(jìn)行。這個(gè)平臺(tái)稱(chēng)為協(xié)議，CAN總線起到數(shù)據(jù)交換“高速公路”的作用。,圖2-19 控制單元間的數(shù)據(jù)交換都在同一平臺(tái)上進(jìn)行,圖2-20 CAN總線相當(dāng)于數(shù)據(jù)交換的“高速公路”, 可以很方便地實(shí)現(xiàn)用控制單元來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速器控制、ESP控制等。, 可以很方便地加裝選裝裝置，為技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)造了條件，為新裝備的使用埋下了伏筆。,CAN總線是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，可以與各種傳輸介質(zhì)進(jìn)行適配，如銅線和光導(dǎo)纖維（光纖）。, 對(duì)控制單元的診斷可通過(guò)K線來(lái)進(jìn)行，車(chē)內(nèi)的診斷有時(shí)通過(guò)CAN總線來(lái)完成（

3、如安全氣囊和車(chē)門(mén)控制單元），稱(chēng)為“虛擬K線”。隨著技術(shù)的進(jìn)步，今后有逐步取消K線的趨勢(shì)。, 可同時(shí)通過(guò)多個(gè)控制單元進(jìn)行系統(tǒng)診斷。,2. CAN總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可靠性高； 使用方便； 數(shù)據(jù)密度大； 數(shù)據(jù)傳輸快； 采用雙線傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿摺?3.CAN總線的傳輸速率,目前，CAN總線系統(tǒng)中的信號(hào)是采用數(shù)字方式經(jīng)銅導(dǎo)線傳輸?shù)?，其最大穩(wěn)定傳輸速率可達(dá)1000Kbit/s （1Mbit/s）。,大眾和奧迪公司將最大標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率規(guī)定為500Kbit/s，并將CAN總線系統(tǒng)分為三個(gè)專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)：, 驅(qū)動(dòng)CAN總線（高速），亦稱(chēng)動(dòng)力CAN總線，其標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為500Kbit/s，可基本滿足

4、實(shí)時(shí)要求，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、ABS、轉(zhuǎn)向助力等汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。, 舒適CAN總線（低速），其標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為100 Kbit/s，主要用于空調(diào)系統(tǒng)、中央門(mén)鎖（車(chē)門(mén)）系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。, 信息CAN總線（低速），其標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為100Kbit/s，主要用于對(duì)時(shí)間要求不高的領(lǐng)域，如導(dǎo)航系統(tǒng)、組合音響系統(tǒng)、CD轉(zhuǎn)換控制等。,4.CAN總線的自診斷功能,控制單元具有自診斷功能，通過(guò)自診斷功能還可識(shí)別出與CAN總線相關(guān)的故障。,用診斷儀讀出CAN總線故障記錄之后，即可按這些提示信息按圖索驥、順藤摸瓜，快速、準(zhǔn)確地查尋并排除故障。,控制單元內(nèi)的故障記錄用于初步確定故障，還可用于讀出

5、排除故障后的無(wú)故障說(shuō)明，即確認(rèn)故障已經(jīng)被排除。如果想要更新故障顯示內(nèi)容，必須重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。,CAN總線正常工作的前提條件是車(chē)輛在任何工況均不應(yīng)有CAN總線故障記錄。,2.2.2 CAN總線的組成,1.CAN總線的基本系統(tǒng),CAN總線的基本系統(tǒng)由多個(gè)控制單元和兩條數(shù)據(jù)線組成，這些控制單元通過(guò)所謂收發(fā)器（發(fā)射-接收放大器）并聯(lián)在總線導(dǎo)線上。,圖2-21 CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸與公交車(chē)載運(yùn)乘客相似,CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導(dǎo)線中，一根稱(chēng)為CAN-High導(dǎo)線，另一根導(dǎo)線稱(chēng)為CAN-Low導(dǎo)線。,在雙絞線上，信號(hào)是按相反相位傳輸?shù)?，這樣可有效抑制外部干擾。,圖2-22 CAN總線的

6、雙絞線,2.信息的發(fā)送與接收,CAN數(shù)據(jù)總線在發(fā)送信息時(shí)，每個(gè)控制單元均可接收其他控制單元發(fā)送出的信息。在通信技術(shù)領(lǐng)域，也把該原理稱(chēng)為廣播。,圖2-26 單線CAN總線數(shù)據(jù)傳輸示意圖,圖2-27 CAN總線上的信息交換（廣播原理）,3. CAN數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類(lèi)型,CAN數(shù)據(jù)總線所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有4種類(lèi)型：,數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀,3. 1 CAN總線的數(shù)據(jù)幀,數(shù)據(jù)幀的每條完整信息由7個(gè)域構(gòu)成，信息最大長(zhǎng)度為108 bit。在兩條CAN導(dǎo)線上，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容是相同的，但是兩條導(dǎo)線的電壓狀態(tài)相反。, 開(kāi)始域。開(kāi)始域（長(zhǎng)度為1bit）標(biāo)志數(shù)據(jù)開(kāi)始，CAN-High導(dǎo)線的電壓大約為5V（具體

7、數(shù)值視系統(tǒng)而定），CAN-Low導(dǎo)線的電壓大約為0 V。, 仲裁域。仲裁域（長(zhǎng)度為11bit）用于確定所傳數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。如果在同一時(shí)刻有兩個(gè)控制單元都想發(fā)送數(shù)據(jù)，則優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)先行發(fā)出。, 控制域。控制域（長(zhǎng)度為6bit）用于顯示數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)數(shù)量，以便讓接收器（接收數(shù)據(jù)的控制單元）檢驗(yàn)自己接收到的、來(lái)自發(fā)送器（發(fā)送數(shù)據(jù)的控制單元）的數(shù)據(jù)是否完整。, 數(shù)據(jù)域。數(shù)據(jù)與（長(zhǎng)度不確定，視具體情況而定，最大長(zhǎng)度為64bit）是信息的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。,安全域。安全域（長(zhǎng)度為16bit）用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)在傳輸中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。, 應(yīng)答域。應(yīng)答域（長(zhǎng)度為2bit）是數(shù)據(jù)接收器發(fā)給數(shù)據(jù)發(fā)送器的確認(rèn)信號(hào)，表示接收器已經(jīng)正

8、確、完整地收到了發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果檢測(cè)到在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則接收器會(huì)迅速通知發(fā)送器，以便發(fā)送器重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。, 結(jié)束域。結(jié)束域（長(zhǎng)度為7bit）標(biāo)志著數(shù)據(jù)的結(jié)束。,3.2 遠(yuǎn)程幀,遠(yuǎn)程幀的功能是將數(shù)據(jù)請(qǐng)求從發(fā)送器傳到接收器。通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的控制單元會(huì)對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化設(shè)置。 遠(yuǎn)程幀由開(kāi)始域、仲裁域、控制域、安全域、應(yīng)答域和結(jié)束域6個(gè)不同的域組成,2.3 錯(cuò)誤幀,錯(cuò)誤幀的功能是對(duì)所發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤標(biāo)定及錯(cuò)誤自檢。錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的域組成，第1個(gè)域?yàn)椴煌刂茊卧峁╁e(cuò)誤標(biāo)志的疊加，第2個(gè)域是錯(cuò)誤界定符。 錯(cuò)誤標(biāo)志包括主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志兩種形式

9、。,接收器在電路尚未準(zhǔn)備好或在間歇域期間檢測(cè)到一個(gè)“顯性”位時(shí)，會(huì)發(fā)送過(guò)載幀，以延遲數(shù)據(jù)的傳送。過(guò)載幀包括過(guò)載標(biāo)志和過(guò)載界定符兩個(gè)域。,2.4 過(guò)載幀,數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀與其前面幀的隔離是通過(guò)幀間空間實(shí)現(xiàn)的，無(wú)論其前面的幀為何類(lèi)型。所不同的是過(guò)載幀與錯(cuò)誤幀之前沒(méi)有幀間空間，多個(gè)過(guò)載幀之間也不是由幀間空間隔離的。幀間空間包括間歇域和總線空閑的域。如果“錯(cuò)誤被動(dòng)”的控制單元已作為前一數(shù)據(jù)的發(fā)送器時(shí)，則其幀間空間除了間歇域、總線空閑域外，還包括掛起傳送域。間歇域包括3個(gè)“隱性”位，間歇期間所有的控制單元均不允許傳送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，唯一要做的是標(biāo)志一個(gè)過(guò)載條件,2.4 幀間空間,4 CAN總線系統(tǒng)元件的功

10、能,CAN總線系統(tǒng)元件主要由K-線、控制單元、CAN構(gòu)件、收發(fā)器等組成。,1.K-線,K-線用于在CAN總線系統(tǒng)自診斷時(shí)連接汽車(chē)故障檢測(cè)儀（如VAS5051），屬于診斷用的通訊線。,2.控制單元,控制單元接收來(lái)自傳感器的信號(hào)，將其處理后再發(fā)送到執(zhí)行元件上。,圖2-29 CAN總線系統(tǒng)元件,3.CAN構(gòu)件,CAN構(gòu)件用于數(shù)據(jù)交換，為兩個(gè)區(qū)，一個(gè)是接收區(qū)，一個(gè)是發(fā)送區(qū)。CAN構(gòu)件通過(guò)接收郵箱或發(fā)送郵箱與控制單元相連。,圖2-30 郵局收發(fā)郵件,4.收發(fā)器,收發(fā)器就是一個(gè)發(fā)送-接收放大器，在接收數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)器把CAN構(gòu)件連續(xù)的比特流（亦稱(chēng)邏輯電平）轉(zhuǎn)換成電壓值（線路傳輸電平）；當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)器把

11、電壓值（線路傳輸電平）轉(zhuǎn)換成連續(xù)的比特流。線路傳輸電平非常適合在銅質(zhì)導(dǎo)線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。,收發(fā)器通過(guò)TX-線（發(fā)送導(dǎo)線）或RX-線（接收導(dǎo)線）與CAN構(gòu)件相連。RX-線通過(guò)一個(gè)放大器直接與CAN總線相連，并總是在監(jiān)聽(tīng)總線信號(hào)。,1）收發(fā)器的特點(diǎn),表2-2 收發(fā)器內(nèi)晶體三極管的狀態(tài)與總線電平之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,圖2-31 收發(fā)器的TX-線與總線的耦合,2）多個(gè)收發(fā)器與總線導(dǎo)線的耦合,當(dāng)有多個(gè)收發(fā)器與總線導(dǎo)線耦合時(shí)，總線的電平狀態(tài)將取決于各個(gè)收發(fā)器開(kāi)關(guān)狀態(tài)的邏輯組合。,表2-3 收發(fā)器開(kāi)關(guān)的狀態(tài)與總線電平的邏輯關(guān)系,圖2-32 3個(gè)收發(fā)器接到一根總線導(dǎo)線上,2.2.4 CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程,1.信

12、息格式的轉(zhuǎn)換,首先是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的傳感器接收到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息（轉(zhuǎn)速值）。該值以固定的周期（循環(huán)往復(fù)地）到達(dá)微控制器的輸入存儲(chǔ)器內(nèi)。,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值按協(xié)議被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的CAN信息格式。,狀態(tài)區(qū)（標(biāo)識(shí)符）=發(fā)動(dòng)機(jī)_1，數(shù)據(jù)區(qū)（信息內(nèi)容）=發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為xxx r/min）。當(dāng)然，CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也可以是其他信息（如節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、冷卻液溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩等），具體內(nèi)容取決于系統(tǒng)軟件的設(shè)定。,圖2-33 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值按協(xié)議被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的CAN信息格式,2.請(qǐng)求發(fā)送信息總線狀態(tài)查詢(xún),如果發(fā)送郵箱內(nèi)有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)值，那么該值會(huì)由發(fā)送特征位（舉起的小旗）顯示出來(lái)請(qǐng)求發(fā)送信息。,只有總線處

13、于空閑狀態(tài)時(shí)，控制單元才能向總線上發(fā)送信息。CAN構(gòu)件通過(guò)RX-線來(lái)檢查總線是否有源（是否正在交換其他信息），必要時(shí)會(huì)等待，直至總線空閑下來(lái)為止。,如果在某一時(shí)間段內(nèi)，總線電平一直為1（總線一直處于無(wú)源狀態(tài)），則說(shuō)明總線處于空閑狀態(tài)。,圖2-34 總線狀態(tài)查詢(xún),3.發(fā)送信息,如果總線空閑下來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)信息就會(huì)被發(fā)送出去。,圖2-35 信息發(fā)送過(guò)程,4.接收過(guò)程,連接在CAN總線上的所有控制單元都接收發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元發(fā)送的信息，該信息通過(guò)RX-線到達(dá)CAN構(gòu)件各自的接收區(qū)。,接收過(guò)程分兩步，首先檢查信息是否正確（在監(jiān)控層），然后檢查信息是否可用（在接收層）。,1）檢查信息是否正確（在監(jiān)控層）,接收器

14、接收發(fā)動(dòng)機(jī)的所有信息，并且在相應(yīng)的監(jiān)控層檢查這些信息是否正確。這樣就可以識(shí)別出在某種情況下某一控制單元上出現(xiàn)的局部故障。,數(shù)據(jù)傳輸是否正確，可以通過(guò)監(jiān)控層內(nèi)的CRC校驗(yàn)和數(shù)來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)。CRC校驗(yàn)即為循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（Cycling Redundancy Check，略作CRC）。,如圖2-38所示，經(jīng)監(jiān)控層監(jiān)控、確認(rèn)無(wú)誤后，已接收到的正確信息會(huì)到達(dá)相關(guān)CAN構(gòu)件的接收區(qū)。,圖2-37 確認(rèn)信息已經(jīng)妥收,圖2-38 監(jiān)控層對(duì)信息進(jìn)行監(jiān)控,2）檢查信息是否可用（在接收層）,CAN構(gòu)件的接收層判斷該信息是否可用。如果該信息對(duì)本控制單元來(lái)說(shuō)是有用的，則舉起接收旗，予以放行，該信息就會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的接收郵箱；

15、如果該信息對(duì)本控制單元來(lái)說(shuō)是無(wú)用的，則可以拒絕接收。,5.沖突仲裁,如果多個(gè)控制單元同時(shí)發(fā)送信息，那么數(shù)據(jù)總線上就必然會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。為了避免發(fā)生這種情況，CAN總線具有沖突仲裁機(jī)制。,按照信息的重要程度分配優(yōu)先權(quán)，確保優(yōu)先權(quán)高的信息能夠優(yōu)先發(fā)送。,（1）每個(gè)控制單元在發(fā)送信息時(shí)通過(guò)發(fā)送標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)信息類(lèi)別，信息優(yōu)先權(quán)包含在標(biāo)識(shí)符中。,（2）所有控制單元都通過(guò)各自的RX-線來(lái)跟蹤總線上的一舉一動(dòng)并獲知總線狀態(tài)。,（3）每個(gè)控制單元的發(fā)射器都將TX-線和RX-線的狀態(tài)一位一位地進(jìn)行比較（它們可以不一致）。,圖2-40 避免數(shù)據(jù)沖突的仲裁過(guò)程,小 結(jié),1. CAN是ControllerAreaNe

16、twork（ ）的縮寫(xiě)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。,小 結(jié),1. CAN是ControllerAreaNetwork（控制器局域網(wǎng)）的縮寫(xiě)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。,小 結(jié),2. CAN總線的特點(diǎn)：主從通信、多主通信 ？,小 結(jié),2. CAN總線的特點(diǎn)：多主通信。,小 結(jié),3.CAN總線的基本系統(tǒng)由多個(gè)控制單元和 組成。,小 結(jié),3.CAN總線的基本系統(tǒng)由多個(gè)控制單元和兩條數(shù)據(jù)線組成。,小 結(jié),4.CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導(dǎo)線中，一根稱(chēng)為CAN- 導(dǎo)線，另一根導(dǎo)線稱(chēng)為CAN- 導(dǎo)線。,小 結(jié),4.CAN總線系統(tǒng)采用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這兩根導(dǎo)線中，一根稱(chēng)為CAN-High導(dǎo)線，另一根導(dǎo)線稱(chēng)為CAN-Low導(dǎo)線。,小 結(jié),4.數(shù)據(jù)幀的每條完整信息由 個(gè)域構(gòu)成，信息最大長(zhǎng)度為108