CAN总线技术在现代汽车中应用探讨

广东农工商职业技术学院毕业论文（设计）题 目 CAN 总线技术在现代汽车中的应用研究姓 名 陈炳智 专 业 汽车检测与维修 年级班级 10 汽检（1）班 学 号 20103319120 指导老师 关伟 完成日期 2013 年 3 月 目 录第一章 CAN 总线简介. 11.1CAN 总线简介. 11.2CAN 总线的应用的发展. 11.3 CAN 总线技术特点.21.4CAN 总线技术优点.21.5 CAN 总线技术在汽车中的实际应用优势 CAN 总线技术在汽车中的应用具有以下优势.3第二章 CAN 总线重要组成. 42.1 CAN 控制器.42.2 CAN 收发器.42.3 传输介质. 52.4 数据传递终端. .62.5 网关. 6第三章 CAN 总线协议. 63.1CAN 总线协议中的基本概念. .6第四章 CAN 总线通信模型. 84.1CAN 总线帧类型. 94.2 远程帧. .114.3 错误帧. .114.4 过载帧. .124.5 帧间空间. .124.6 错误处理. .13 第五章 CAN 总线的传输. .145.1CAN 总线的传输过程. .145.2 CAN 总线的数据报告优先权.15第六章汽车 CAN 网络. .166.1 CAN 内部网.166.2 CAN 车身网.176.3 CAN 舒适网.17第七章汽车 CAN 网中信息传输机理. .187.1 发动机冷却系统. .187.2 汽车空调系统. .207.3 驾驶员信息. .237.4 车道偏离预警系统. 24第八章 CAN 总线故障诊断基础. 258.1 CAN 总线故障诊断常识.258.2 诊断工具与手段. .278.3 大众 VAS5051 诊断仪的使用.28第九章 CAN 总线故障案例分析. .339.1 上海大众波罗轿车修复后发动机无法启动. 339.2 上海帕萨特 B5 轿车室内照明灯全部不亮. 349.3 上海别克 GL 轿车总线控制系统不良.36结论.39后记.40参考文献.41摘 要控制器局域网络 CAN（Control Area Network）是现代汽车网络通信与控制系统中的重要组成部份，本论文全面系统的介绍汽车 CAN 总线技术的组成、工作原理、故障诊断、检修方法。本论文分为十个章，介绍 CAN 总线的基本知识、CAN 总线的主要组成、汽车 CAN 总线网组合与信息传输、汽车 CAN 总线系统设计、CAN 总线的故障诊断、汽车 CAN 总线故障案例分析。关键字：CAN、CAN 总线、汽车 CAN 总线、汽车 CAN 总线检修 1CAN 总线技术在现代汽车中的应用研究第 1 章 CAN 总线简介1.1 CAN 总线简介CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN） ，是 ISO 国际标准化的串行通信协议。电子控制器局域网络 CAN 是德国 BOSCH 公司于 1986年提出并提出应用的，他是专门为车辆系统设计的，像奥迪 A6、帕萨特 B5、波罗宝来、等车型都采用了 CAN 数据总线。CAN 总线可以比作公共汽车，公共汽车可以运输大量乘客，CAN 总线也有很高的信息传送能力所以 CAN 总线也称为 CAN-BUS 总线 1。1.2CAN 总线的应用的发展CAN 总线协议最早由德国 BOSCH 公司于 1985 年推出，之后经过多次修改，于 1993 年被 150 国际标准组织制订为国际标准，包括用于高速场合的15011898 标准和用于低速场合的 15011519 标准，CAN 是目前世界上唯一取得国际标准的总线规范。表 1 一 1 列出了 CAN 总线协议技术规范的发展历程。版本 年份 修订内容1，0 1985 制定最初版本1.11 1987 重新修订位定时要求1.2 1990 提高振荡器容差2.0 199lA 部分：同 1.2 版本B 部分：增加了报文扩展格式表 11 CAN 总线技术规范的发展历程CAN 总线协议规范在版本 1，O 到 1.2 之间只做了少量修改：1.1 版本中，对位定时要求重新作了规定，以提高位定时特性和识别力；1.2 版本中对间歇场和错误/超载界定符中出现的显性位的解释做了微小改动，振荡器容差提高，使得陶瓷振荡器可以代替石英振荡器工作。1991 重新制定并颁布的 CAN 技术规范 2.0 版包括 2.0A 和 2.OB 两部分。其中 2.OA 内容同 1.2 版，给出了报文标准格式。2.0B 给出了报文的标准和扩展帧两种格式，推出 2.0B 是为了满足美国汽车制造商对 C 类网络应用的要求，这是因为扩展格式使用 29 位标识符，能实现和 J1850 类似的信息标示策略。随后，SAE 的卡车巴士控制和通信网络委员会 J1939 投票通过了将 CAN 作为 C 类数据交换网应用于巴士、卡车、农业及建筑车辆，并将其作为 J1939 标准的核心内容。如今，CAN 技术规范 2.0A 和 2.0B以及国际标准 15011898 是设计 CAN 应用系统的基本依据，也是应用设计的基本 2规范 2。1.3 CAN 总线技术特点CAN 总线可有效支持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，其主要特点是：（1）CAN 总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信灵活。（2）CAN 总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，可满足实时性要求。（3）CAN 总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。（4）CAN 总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为 8 个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。并有 CRC 及其他校验措施，数据出错率极低保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境中使用。（5）CAN 总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响。（6）CAN 总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活。（7）CAN 总线最大传输速率可达 1Mb/s（此时通信距离最长为 40m） ，直接通信距离最远可达 10k（m 速率 5kbps 以下） 。（8）CAN 总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。在标准帧（11 位报文标识符）可达 110 个，而在扩展帧（29 位报文标识符）其个数几乎不受限制。（9）CAN 可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据。（10）采用不归零码（NRZ-Non-Return-to-Zero）编码/解码方式，并采用位填充（插入）技术。1.4CAN 总线技术优点（1）数据共享，节省成本对于具有 CAN 总线接口的电喷发动机，其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、油量瞬时流速等等，一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于司机检查发动机运行工况，从而便于发动机的保养维护。再比如，电涡流缓速器、空气悬架、门控制及巡航定速控制都用到车速数据，结果这些电器都有一套车速处理电路，浪费了资源。而采用总线技术后，都可以从总线上即可获得车速数据。 3（2）车身布线减少，节省成本由于采用总线技术，模块之间的信号传递仅需要两条信号线。布线局部化，车上除掉总线外，其他所有横贯车身的线都不再需要了，节省了布线成本。另外，数据共享也节省了线路，还拿车速信号打比方，在没有总线的情况，车速信号要接到电涡流缓速器、空气悬架、门控制及电喷发动机。有了总线后只要接到一处，其他电器可以通过总线共享数据。（3）硬件方案的软件化实现，减小硬件和设计生产成本发动机点火控制，点火时必须满足下列条件：1、空档；2、钥匙处于 ON 档另外还需点火保护装置，以往是靠一系列继电器来实现这些功能，既不可靠又增大成本，而用软件实现，既可靠又无资金投入。软件具有错误诊断能力和自动恢能力，节省了生产维护成本。对于总线内部错误，总线系统可以通过自身软件进行自动恢复。而非总线车辆，一旦出现故障，第一，更依赖于人工。第二，往往需要对复杂线束逐根测量。第三，需要对相关电器依次测定。整个过程非常费工时，而且准确率不高。（4）扩充性强，产品升级快，节省新产品开发设计成本 CAN 节点几乎可以在不改动原有线束的情况下增加新的组件。数据稳定可靠，CAN 总线具有线间干扰小、抗干扰能力强的特点。由于 VITI-CAN 系统采用的是模块化管理，各模块按其功能分散的摆放在车内，简化了布线并缩短了线束的长度，从而降低了耦合电流的产生，减小了线间干扰。同时在软件上，CAN 总线采用短帧传输，这样使总线数据报文在传输过程中有较强的抗干扰能力。CAN 总线专为汽车量身订做，可靠性有保障。CAN 总线的设计充分考虑了汽车上恶劣工作环境，比如点火线圈点火时产生的强大的反冲电压，电涡流缓速器切断时产生的浪涌电流及汽车发动机舱内 100左右的高温。1.5 CAN 总线技术在汽车中的实际应用优势 CAN 总线技术在汽车中的应用具有以下优势：（1）信息共享采用 CAN 总线技术可以实现各 ECU 之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。例如具有 CAN 总线接口的电喷发动机，其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、油量瞬时流速等，这样一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于司机检查发动机运行工况，从而便于发动机的保养维护。（2）减少线束新型电子通讯产品的出现对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据统计一辆采用传统布线方法的高档汽车中， 4其导线长度可达 2000 米，电气节点达 1500 个，而且该数字大约每十年增长 1 倍。这种传统布线方法不能适应汽车的发展。CAN 总线可有效减少线束，节省空间。例如某车门-后视镜、摇窗机、门锁控制等的传统布线需要 20-30 根，应用总线 CAN 则只需要 2 根。（3）关联控制在一定事故下，需要对各 ECU 进行关联控制，而这是传统汽车控制方法难以完成的。CAN 总线技术可以实现多 ECU 的实时关联控制。在发生碰撞事故时，汽车上的多个气囊可通过 CAN 协调工作，它们通过传感器感受碰撞信号，通过 CAN 总线将传感器信号传送到一个中央处理器内，控制各安全气囊的启动弹出动作。第二章 CAN 总线重要组成2.1CAN 控制器2.1.1CAN 控制器的功能CAN 的通信协议主要由 CAN 控制器完成。CAN 控制器主要由实现 CAN 总线协议部分和微处理器接口部分组成。不同型号的 CAN 总线通信控制器，实现 CAN协议部分电路的结构和功能大都相同，而微处理器接口部分的结构及方式存在一些差异。2.1.2CAN 控制器的位置CAN 控制器位于 ECU 的微处理器与 CAN 收发器之间。2.1.3CAN 控制器类型一般分为两大类型，独立 CAN 控制器和在片 CAN 控制器。(1)独立 CAN 控制器：独立 CAN 控制器是指单一模块，不与 ECU 的微处理器集成。使用起来比较灵活，可与多种类型的单片机进行接口组合。主要型号有：INTEL 82526，PHILIPS 82C200，PHILIPS SJA1000 等。(2)在片 CAN 控制器：在片 CAN 控制器与 ECU 微处理器集成为一体，他们在许多特定情况下，使电路设计简化和紧凑，效率提高，如 PHLILPS 8XC592，MOTOROLA 68HC05X4，SIMENS C167C 等。2.2 CAN 收发器2.2.1CAN 收发器的位置CAN 收发器又称 CAN 总线驱动器，安装在 CAN 控制器与数据总线之间。CAN 收发器提供了 CAN 控制器与无理总线之间的接口，是影响 CAN 纵向传输性能的主要因素。CAN 收发器的功用是将 CAN 控制器传来的数据转化为电信号并送入数据总线，同时接受数据总线的信号并转发给 CAN 控制器。2.2.2CAN 收发器的类型 5飞利浦公司是主要生产 CAN 收发器的厂家，目前广泛采用的 CAN 收发器型号有：PHILIPS PC82C250/251、PHLILPS TJA1050、PHLILPS TJA1040、SILIONI SI9200 等。2.3 传输介质CAN 总线的传输介质主要有双绞线、同轴电缆、光钎、无线等。2.3.1 双绞线双绞线（TPL）是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线有两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起，这样可降低信号干扰的程度，没一根导线在传输中辐射的电磁波都被另一根上发出的电波抵消。双绞线既可以用于传输模拟信号，也可以用于传输数字信号。区域网中的双绞线在100kb/s 速率的传输距离可达 1km。双绞线比同轴光缆的价格便宜得多。双绞线根据是否具有屏蔽性分非屏蔽线（UTP）和屏蔽线（STP）两类 4。2.3.2 同轴光缆同轴光缆是由一根空心的圆柱的外导体围绕单根内导体构成的。同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆（即网络同轴电缆和视频同轴电缆） 。同轴电缆分 50 基带电缆和 75 宽带电缆两类。基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。基带电缆仅仅用于数字传输，数据率可达 10Mbps。目前，常用的同轴电缆有两类：50 和 75 的同轴电缆。75 同轴电缆常用于 CATV网，故称为 CATV 电缆，传输带宽可达 1GHz，目前常用 CATV 电缆的传输带宽为750MHz。50 同轴电缆主要用于基带信号传输，传输带宽为 12OMHz，总线型以太网就是使用 50 同轴电缆，在以太网中，50 细同轴电缆的最大传输距离为 185 米