can總線技術及其在現(xiàn)代汽車中的應用

1、 CAN 總線技術及其在現(xiàn)代汽車中的應用 總線技術及其在現(xiàn)代汽車中的應用一 .CAN 總線的概念和應用領域簡介 總線的概念和應用領域簡介CAN（control area network）--------控制局域網(wǎng)。 控制局域網(wǎng)。CAN 總線是現(xiàn)場總線 總線是現(xiàn)場總線技術的一種。 技術的一種。1986 年德國最大的工業(yè)企業(yè)之一 年德國最大的工業(yè)企業(yè)之一 ROBER BOSCH 公司首次提出 公司首次提出了為汽車監(jiān)控及控制系統(tǒng)設

2、計了 了為汽車監(jiān)控及控制系統(tǒng)設計了 CAN 總線。它是為了解決現(xiàn)代汽車中 總線。它是為了解決現(xiàn)代汽車中 ECU 之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的。它可用來連接汽車和工業(yè)應用中的各種電子控制模 間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的。它可用來連接汽車和工業(yè)應用中的各種電子控制模塊。任何一個需要穩(wěn)定、可靠的且低成本網(wǎng)絡系統(tǒng)或設備，都有可能成為 塊。任何一個需要穩(wěn)定、可靠的且低成本網(wǎng)絡系統(tǒng)或設備，都有可能成為 CAN節(jié)點。迄今為止，全球的 節(jié)點。迄今為止，全球的 CAN

3、 節(jié)點已達 節(jié)點已達 1.5 億個?，F(xiàn)在世界上很多著名的汽車 億個?，F(xiàn)在世界上很多著名的汽車都使用 都使用 CAN 總線來實現(xiàn)內(nèi)部系統(tǒng)的控制與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。 總線來實現(xiàn)內(nèi)部系統(tǒng)的控制與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。例如汽車防抱死制動系統(tǒng)，安全氣蘘等。實際上，機動車輛總線和工業(yè)也有許 例如汽車防抱死制動系統(tǒng)，安全氣蘘等。實際上，機動車輛總線和工業(yè)也有許多的相似之處，即要求成本低，實時處理能力強，抗強電磁干擾，可靠性高等

4、多的相似之處，即要求成本低，實時處理能力強，抗強電磁干擾，可靠性高等優(yōu)點。因此 優(yōu)點。因此 CAN 總線也廣泛應用于離散控制領域中的過程監(jiān)測和控制，特別 總線也廣泛應用于離散控制領域中的過程監(jiān)測和控制，特別是工業(yè)自動化的底層監(jiān)控，以完成控制與監(jiān)測設備之間和實時可靠的信息交 是工業(yè)自動化的底層監(jiān)控，以完成控制與監(jiān)測設備之間和實時可靠的信息交換。 換。二． 二．CAN 總線的特點 總線的特點CAN 總線可有效支持分布式控制或實時控制，通信介

5、質可以是雙絞線， 總線可有效支持分布式控制或實時控制，通信介質可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，其主要特點如下所列： 同軸電纜或光纖，其主要特點如下所列： (1) CAN 總線采用三層模型：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。拓撲結構為總線 總線采用三層模型：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。拓撲結構為總線型 。（2）CAN 總線為多主站總線，各節(jié)點可在任意時刻向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送 總線為多主站總線，各節(jié)點可在任意時刻向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主

6、從，通信靈活。 信息，不分主從，通信靈活。 （3）CAN 總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送 總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實時性要求。 數(shù)據(jù)，可滿足實時性要求。 （4）CAN 總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能。 總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能。 （5）CAN 總線采用短幀結構，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為 總線采用短幀結構，每幀有效字節(jié)數(shù)最

7、多為 8 個，數(shù)據(jù)傳輸時間 個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，并有 短，并有 CRC 及其他校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。 及其他校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低。 （6）CAN 總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤時，可自動脫離總線，而總線上的其 總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤時，可自動脫離總線，而總線上的其他操作不受影響。 他操作不受影響。 （7）CAN 總線系統(tǒng)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng) 總線系統(tǒng)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)

8、擴充容易，改型靈活。 擴充容易，改型靈活。 （8）CAN 總線最大傳輸速率可達 總線最大傳輸速率可達 1Mb/s（此時通信距離最長為 （此時通信距離最長為 40m） ，直接通 ，直接通信距離最遠可達 信距離最遠可達 10km（速率 （速率 5kbps 以下） 以下） 。 （9）CAN 總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路。在標準幀（ 總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅動電路。在標準幀（11 位報文標 位報文標志符）可達 志符）可達 110

9、 個。而在擴展幀（ 個。而在擴展幀（29 位報文標志符）其個數(shù)幾乎不受限制。 位報文標志符）其個數(shù)幾乎不受限制。 (10)采用不歸碼 采用不歸碼/解碼方式，并采用位填充技術。 解碼方式，并采用位填充技術。三 .CAN 總線的通信原理 總線的通信原理如果要確定 如果要確定 CAN 的殘余錯誤概率，我們可將殘留錯誤的概率作為具有 的殘余錯誤概率，我們可將殘留錯誤的概率作為具有 80～90位的報文傳送時位錯誤概率的函數(shù)，并假定這個系統(tǒng)中有 位

10、的報文傳送時位錯誤概率的函數(shù)，并假定這個系統(tǒng)中有 5～10 個站，并且錯 個站，并且錯誤率為 誤率為 1/1000，那么最大位錯誤概率為 ，那么最大位錯誤概率為 10—13 數(shù)量級。 數(shù)量級。4.2 CAN 錯誤檢測機制 錯誤檢測機制 CAN 擁有互補的錯誤檢測機制，錯誤漏檢的概率幾乎為零。它包含有位 擁有互補的錯誤檢測機制，錯誤漏檢的概率幾乎為零。它包含有位檢查、位填充檢查、格式檢查、應答檢查和循環(huán)冗余檢查（ 檢查、位填充檢查、格式檢

11、查、應答檢查和循環(huán)冗余檢查（CRC：Cycle Redundancy Check）等五種不同的錯誤檢查方法。 ）等五種不同的錯誤檢查方法。 位檢查：發(fā)送報文的站觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異，在仲 位檢查：發(fā)送報文的站觀測總線電平并探測發(fā)送位和接收位的差異，在仲裁階段不進行位檢查。 裁階段不進行位檢查。 位填充檢查：發(fā)送站在發(fā)送五個連續(xù)相等位后會自動插入一個與之互補的 位填充檢查：發(fā)送站在發(fā)送五個連續(xù)相等位后會自動插入一個與之互

12、補的補碼位；接收時這個填充位被自動丟掉。如果在一幀報文中有 補碼位；接收時這個填充位被自動丟掉。如果在一幀報文中有 6 個相同位， 個相同位，CAN 就知道發(fā)生了錯誤。 就知道發(fā)生了錯誤。格式檢查：這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報文的正確性， 格式檢查：這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報文的正確性，用于檢查格式上的錯誤。 用于檢查格式上的錯誤。 應答檢查：被接收到的幀由接收站通過明確的應答來確認。如果發(fā)送站未 應答檢查

13、：被接收到的幀由接收站通過明確的應答來確認。如果發(fā)送站未收到應答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯誤。 收到應答，那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯誤。 循環(huán)冗余檢查（ 循環(huán)冗余檢查（CRC）：在一幀報文中加入冗余檢查碼，接收站通過 ）：在一幀報文中加入冗余檢查碼，接收站通過CRC 可判斷報文是否有錯。 可判斷報文是否有錯。 4.3 CAN 總線的優(yōu)點 總線的優(yōu)點1 .成本低 成本低. 2.總線利用率高； 總線利用率高；3.傳輸距離較遠； 傳輸

14、距離較遠；4.數(shù)據(jù)傳輸速率高 數(shù)據(jù)傳輸速率高（1mb/s） ；5.可根據(jù)報文的 可根據(jù)報文的 ID 決定是否接受該報文； 決定是否接受該報文；6.錯誤處理和檢錯機制完善； 錯誤處理和檢錯機制完善；7.發(fā)送的信息遭到破壞后可以自動重發(fā)； 發(fā)送的信息遭到破壞后可以自動重發(fā)；8、CAN 總線的節(jié)點設備在錯誤嚴重的 總線的節(jié)點設備在錯誤嚴重的情況下自動退出 情況下自動退出 CAN 總線。 總線。9.CAN 總線的報文不包含原地址或目標地址，只

15、總線的報文不包含原地址或目標地址，只用標志符來指示優(yōu)先級。 用標志符來指示優(yōu)先級。五． 五．CAN 總線技術在現(xiàn)代汽車中的應用 總線技術在現(xiàn)代汽車中的應用 5.1CAN 總線技術在汽車中的應用具有以下優(yōu)勢 總線技術在汽車中的應用具有以下優(yōu)勢： （1）信息共享。 ）信息共享。 采用 采用 CAN 總線技術可以實現(xiàn)各 總線技術可以實現(xiàn)各 ECU 之間的信息共享， 之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如具有 減少不必要的線束和傳感器。

16、例如具有 CAN 總線接口的電噴發(fā)動機，其它電 總線接口的電噴發(fā)動機，其它電器可共享其提供的轉速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等，這樣 器可共享其提供的轉速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等，這樣 一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示 一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表上，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。表 在儀表上，便于司機

17、檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。表 1 給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的 給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的情況。 情況。優(yōu)先權信號類型 電控燃油噴射系統(tǒng)電控傳動系統(tǒng)ABS 系統(tǒng)ASR 系統(tǒng)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)空調系統(tǒng)1 實際噴油量 發(fā)送 接收 -------- --------- ---------2 發(fā)動機轉速 發(fā)送 接收 接收 接收 ---------