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CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

出处:电子发烧友网 发布于:2018-05-07 | 125 次阅读

  CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视,它在汽车领域上的应用是最广泛的。接下来及跟随小编一起来了解一下CAN总线的工作原理、特点及优缺点、应用领域及应用案例吧。

  CAN总线的发展概述

  CAN英文全称为(Controller Area Network)即局域网控制器,CAN能够实现分布式实时控制。能够将多种智能机器进行网络连接,并进行统一控制。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  CAN最初由罗伯特·博世公司所开发,1993年开始被广泛应用在各种车辆与电子设备上。CAN能提供安全、有效、即时控制,能使网络消息的传输速度快,效率高,并且能提供多个端口统一控制或多主控制等多种功能。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  CAN总线的结构

  CAN总线的物理层是将ECU(Electronic Control Unit-电子控制单元,又称“行车电脑”、“车载电脑”等)连接至总线的驱动电路。ECU的总数将受限于总线上的电气负荷。物理层定义了物理数据在总线上各节点间的传输过程,主要是连接介质、线路电气特性、数据的编码/解码、位定时和同步的实施标准。

  理论上,CAN总线上的节点数几乎不受限制,可达到2000个,实际上受电气特性的限制,最多只能接100多个节点。

  CAN的数据链路层是其核心内容,其中逻辑链路控制(LOagie Link Control,LLC)完成过滤、过载通知和管理恢复等功能,媒体

  访问控制(Medium Access Control,MAC)子层完成数据打包/解包、帧编码、媒体访问管理、错误检测、错误信令、应答、串并转换等功能。这些功能都是围绕信息帧传送过程展开的。

  CAN总线原理

  CAN总线使用串行数据传输方式,可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行,也可以使用光缆连接,而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。CAN与I2C总线的许多细节很类似,但也有一些明显的区别。

  当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符,定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时,这种配置十分重要。

  当一个站要向其它站发送数据时,该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片,并处于准备状态;当它收到总线分配时,转为发送报文状 态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出,这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测,判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。

  由于CAN总线是一种面向内容的编址方案,因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或 软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时,数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化,即总线上控制器需要测量数据时,可由网上获得,而无须每个控制器都有自己独立的传感器

  CAN总线的特点

  1、具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点;

  2、采用双线串行通信方式,检错能力强,可在高噪声干扰环境中工作;

  3、具有优先权和仲裁功能,多个控制模块通过CAN 控制器挂到CAN-bus 上,形成多主机局部网络;

  4、可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;

  5、可靠的错误处理和检错机制;

  6、发送的信息遭到破坏后,可自动重发;

  7、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;

  8、报文不包含源地址或目标地址,仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  CAN总线的优点

  1、CAN为多主方式工作,网络上任一节点均可在任一时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从。

  2、在报文标识符上,CAN上的节点分成不同的优先级,可满足不同的实时需要,优先级高的数据最多可在134μs内得到传输。

  3、CAN采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息发生冲突时,优先级较低的节点会主动退出发送,而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负载很重的情况下,也不会出现网络瘫痪的情况(以太网则可能)。

  4、CAN节点只需要通过对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据。

  5、CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下)通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。

  6、CAN上的节点数取决于总线驱动电路,目前可达110个。标准帧报文标识符有11位、扩展帧的报文标识符(29位)的个数几乎不受限制。

  7、报文采用短帧结构、传输时间短,受干扰概率低,保证了数据出错率极低。

  8、CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,具有极好的检错效果。

  9、CAN通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活。

  10、CAN节点在错误严重的情况下可自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。

  CAN总线的应用

  (1)CAN总线技术的应用

  国外知名汽车基本都已经采用了CAN总线技术,例如沃尔沃、林肯、奥迪、宝马等,而国内汽车品牌,例如奇瑞等公司也已经有几款车型应用了总线技术。 CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器,将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上,在这个信息共享平台上,凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读 取需要的信息,从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆安全行驶、舒适和可靠。一般来说,越高档的车配备的CAN_BUS数量越多,价格也越 高,如途安、帕萨特等车型当中都配备了多个CAN总线。

  (2)汽车CAN总线节点ECU的硬件设计

  汽车CAN总线研发的核心技术就是对带有CAN接口的ECU进行设计,其中ECU的CAN总线模块由CAN控制器和CAN收发器构成。CAN控制器执行完整的CAN协议,完成通讯功能,包括信息缓冲和接收滤波。CAN控制器与物理总线之间需CAN收发器作为接口,它实现CAN控制器与总线之间逻辑电平信 号的转换。

  (3)CAN总线在国内自主品牌汽车中的应用

  由于受成本控制、技术实力等因素的限制,CAN_BUS总线技术一般都出现在国外高端汽车,在A级及以下级别车型当中,该项技术大多出现在合资品牌当中,如POLO、新宝来等。在自主品牌中,采用CAN总线技术的车型中很少,风云2则是其中的代表车型。风云2 CAN总线技术,可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表及其他控制器的通讯,做到全车信息及时共享。在风云2的组合仪表盘当中,阶段里程、未关车门精确显示、安全带未系提醒等20多项信息全部可以显示,比同级产品增加一倍,这样增加了驾驶过程中的安全度。

  (4)未来智能传感器发展趋势

  CAN总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线已在许多先进汽车上得到应用,将CAN总线应用于智能传感器中, 使传感器获得的信号能通过总线实时地、可靠地、高速而准确地进行传输,使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有信息和资源,达到简化布线、减 少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的目的。同时,由于整个智能传感器网络采用全数字化的通信,因此,总线也具有很好的抗干扰能力,是未来智能化传感器和智能化控制网络的发展趋势。

  CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  汽车就是CAN总线的最典型应用。CAN总线利用两条铜做的导线,CAN高线和CAN低线,一条用于动力系统的高速CAN,另一条用于车身系统的低速CAN。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  在汽车CAN总线网络中,将汽车仪表、ECU、控制模块、变速箱、辅助刹车系统、各种传感器和开关像修建高速公路一样连在一起,实现信息的实时同步,汽车的各项数据信息像高速公路上疾驰的车流一样,而CAN接口就是收费站,负责把各个元器件连接到这条“高速公路”上。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  为什么汽车要使用CAN总线?

  随着汽车技术的发展,其中的电子控制单元越来越多,例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下,如果仍采用常规的布线方式,将导致车上电线数目急剧增加。另外,电控系统的增加虽然提高了轿车的安全性、经济性和舒适性,但随之增加的复杂电路也降低了车辆的可靠性,增加了维修的难度。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  因此,CAN总线就应运而生。它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。CAN总线具有较强的纠错能力,支持差分收发,因而适合高干扰环境,并具有较远的传输距离。功能上,CAN总线可以简化车身线路布局,提高车身电控系统的稳定性,使汽车在控制方面更加智能、精确。是目前应用最多的总线标准之一。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  汽车CAN总线网络结构:

  汽车动力系统CAN主要连接对象是发动机控制器(ECU)、变速箱、ABS控制器、安全气囊控制器等等,它们的基本特征相同,都是控制与汽车行驶直接相关的系统。

  车身系统CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、空调、组合仪表及其他辅助电器等。

  目前,动力系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间设计有“网关”,以实现在各个CAN之间的资源共享,并将各个数据总线的信息反馈到仪表板上。驾车者只要看仪表板,就可以知道各个电控装置是否正常工作了。

  下图是我们采集车辆数据的图片,笔记本连接我们的USBCAN设备的USB一端,汽车的OBD口连接我们设备的CAN一端,这样我们就可以用电脑来读取汽车CAN总线上发送的数据了。这条数据可能是发动机发给变速箱的控制命令,也可能是温度传感器上传的温度信息。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

  名词解释——OBD接口:汽车的诊断接口,07年之后的每台车上都有它哦,这个诊断接口可以输出一系列的发动机传感器数据,车速、油耗信息等。这个接口一般是修车店使用来检测车辆故障情况的。神州专车广告中提到的“OBD车速监测,保证60km/h以下”就是利用OBD接口实现的。

  CAN总线概述及应用_CAN总线的应用案例(汽车CAN总线应用)

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