CAN总线在汽车车身控制中的应用

1、- 11?汽车总线与嵌入式系统?课程论文CAN总线在汽车车身控制中的作用班级：车辆工程1132及手机： 一 青*：1131504328任课教师： 建 祥 2021-11-2CAN总线在汽车车身控制中的应用摘要:阐述了CANController Area Network总线协议及其技术特点。结合应用实例分析了CAN总线技术在汽车中的应用优势，并对系统的总体构造、数据传输方式以及控制过程进展了详细的描述，给出了节点电路的设计、协议的定义及软件实现方法，并用试验验证了其可行性。 一、引言 随着计算机技术、网络通信技术、集成电路技术的飞速开展，以全数字式现场总线为代表的现场控制仪表、设备大量应用，使得

2、繁琐的现场连线被单一简洁的现场总线网络所代替，为工业现场控制用户带来了巨大好处。特别是上个世纪80年代以来，随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上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、平安气囊装置、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，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目的急剧增加，使得电线的质量占整车质量的4左右，已远远不能满足汽车愈加复杂的控制系统要求。另外，电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。为此，改革汽车电气技术的呼

3、声日益高涨。因此，一种新的概念车用控制器局域网络CAN应运而生。二、CAN总线技术介绍及开展现状 CAN是控制器局域网络Controller Area Network的简称，它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的，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。通信速率可达1Mb/s.CAN 总线通信接口中集成了CAN 协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。它具有很高的网络平安性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络本钱低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工

4、业环境。CAN总线技术在汽车总线邻域已经占有了一定的市场地位，国外众多汽车制造商大多项选择择can总线技术作为它们汽车网络技术。我国在CAN总线研究应用方面起步较晚，工程应用几乎是空白。特别是在汽车上的应用，可以说是从2002年国家863电动汽车重大专项立项以后，才有几个大的汽车研究和生产单位正式启动的，目前都处于研究的初级阶段，还没有拿出产品化的成果。由于这些研究刚刚还处于起步阶段，故目前的研究重点都集中在动力系统的CAN通讯上，还没有精力针对汽车车身的电子控制部件进展CAN总线的应用研究一些专家认为，就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年现场总线

5、CAN技术的引入也将是汽车电子技术开展的一个里程碑。三、CAN总线的技术特点 CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下： · 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，且不分主从； · CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好； · CAN总线具有点对点、一点对多点及全局播送传送数据的功能； · CAN总线采用短帧构造，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低； · CAN总线

6、上*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； · CAN总线系统扩大时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩大容易，改型灵活； · CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可到达10km速率在5kbps以下； · CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧11位报文标识符时可到达110个，而在扩展帧29位报文标识符时，个数不受限。 三、车身系统的CAN控制设计 1. CAN总线网络系统架构 现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控

7、制模块包括照明指示和车窗、刮雨器等、防抱死制动系统ABS防滑控制系统ASR等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。图1 汽车CAN总线网络系统架构 2. CAN节点的硬件架构 本系统中，CAN节点采用： ECUAT89C51CAN控制器SJA1000CAN收发器PCA82C250的电路构造以下是其核心芯片简介： （1） CAN控制器 为了系统进一步扩展的需要，可选取支持CAN 2.0B通讯协议的芯片SJA1000。SJA1000是PHILIPS公司生产的既支持CAN 2.0B，又支持CAN 2.0A的CAN控制器，它与仅支持CAN 2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件和软件上

8、完全兼容。 2CAN收发器 PCA82C250是PHILIPS推出的CAN控制器和物理总线接口芯片，可提供对总线的差分发送和接收。它与ISO11898标准完全兼容，并有高速、斜率控制和待机3种不同的工作方式，可根据实际情况选择。 3单片机AT89C51 AT89C51是ATMEL公司的单片机。它是一种低功耗、高性能、含4KB闪速存储器的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS51指令系统和引脚完全兼容。AT89系列的优越性在于其片闪速存储器可进展1000次的编程与擦除，且数据不易丧失，数据可保存10年。 CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接根本方法如图2所示。 图2 CAN总线控制器、总线驱

9、动器和单片机连接图三、车身控制模块中的CAN应用层协议 1. 协议原则 本协议遵循CAN2.0B规，根据车身控制模块的特点，采用源目的方法，每个节点都有自己固定的标识地址，且节点数小于64，设计时可将中央控制模块设为主节点，而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能： 1特定信息的播送； 2主从节点之间的连接； 3主从节点之间的信息交换包括故障信息。 本协议采用帧优先原则分配标识符，每一帧标识符中的高四位表示帧类型，不同帧类型有不同的优先权，优先权决定了各种信息帧在同等情况下的发送顺序，协议中的29位标识符的分配如下： 帧类型4位目的地址6位源地址6位命令或状态、报

10、告属性13位或数据属性分段标志分段号共13位。 对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外，原则上均需应答发送确认帧以保证通讯正常。 2. 帧格式仲裁场和控制场定义 仲裁场由29位标识符ID28ID0以及SRR、IDE和RTR组成，SJA1000中的存放器1721用来存放扩展帧格式帧信息的标识符。发送时，SRR1，IDE1，RTR1/0远程帧/数据帧。标识符中的ID28ID25为车身控制模块交换报文的帧类型共4位。ID24ID19为车身控制模块中帧信息使用者的地址或称为目的地址，共6位。ID18ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址共6位。ID12ID5为车身控

11、制模块换的命令、状态、数据或报告属性共8位，ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志。ID3ID0为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号共4位。当ID40时，ID3ID0控制场、数据存放器07有效。对于远程帧，则可忽略ID4ID0以及控制场的值。SJA1000的存放器16低四位DLC3DLC0可构成控制场，以决定数据帧的数据长度。 3. 车身控制模块CAN2.0B通讯报文约定 按车身控制模块的节点要求，通讯的信息帧分为表1所列的6种，表1中的优先级按序号从高到低排列。其目的地址和源地址的分配见表2所列。表1 车身控制模块帧模型表2 车身控制模块各节点地址分配 其工作方式如下： 1

12、开机后或唤醒时，从节点向主节点发送状态信息，主节点发送播送信息远程帧两次，播送信息为共用信息，包括车速信号，档位信号，点火开关位置信号等。 2正常情况下，从节点部巡查各端口状态，如有故障则向主节点发送故障代码3次，主节点收到三次故障报警后开场响应，从节点停顿发送，一旦故障消失，再向主节点发送正常信息。在主节点中应有一故障表，以用于已诊断模块的通讯。 3主结点分别发送自检信息后，如各从节点正常，则发送正常信息，状态和数据帧。如有故障，则通过分段数据帧发送故障报警帧。 4从节点监测到正常输入信号的变化包括开关量和模拟量采样级数的变化后，便通过报告帧发送信息给主节点，主节点则发送命令帧以示响应。 4

13、. 通讯报文定义 表3所列是中央控制模块与诊断模块的通讯报文定义。表中，aaaa为分段号，可在故障代码多于8个时设置，最多可达传送16×8个字节代码；bbbbbb为各传感器代号，其响应帧采用不分段的数据帧，cccccccc为执行相应动作的代码，如车窗上升为00000001，下降为00000010，该响应最多可以执行256个动作。响应帧采用远程帧，请求帧为远程帧。表3 中央控制模块与诊断模块通讯表4 正常工作时各节点通讯协议约定 在系统正常工作时，各节点的通讯协议约定如表4所列。表中的dddd为分段起始命令中包含的总段数；eeee为播送信息的*一段号，控制场中的数据长度为该段的数据长度

14、，数据场中的数据播送的*段实际数据，按顺序定义数据有：· 数据存放器1车速信息高8位； · 数据存放器2车速信号低8位； · 数据存放器3发动机转速信号高8位； · 数据存放器4发动机转速信号低8位； · 数据存放器5点火开关位置，其中，0表示钥匙拔出；1表示钥匙位于OFF；2表示钥匙位于ACC；3表示钥匙位于RUN；4表示钥匙位于START； · 数据存放器6档位信号，0表示空档；1表示驱动档；2表示驱动档；3表示倒档；4表示驻车档； · 数据存放器7遥控信号，0表示遥控解锁主驾车门；1表示遥控锁定主驾车门；2表示遥控解锁

15、所有车门；3表示遥控锁定所有车门；4表示遥控解锁行礼箱； · 数据存放器8用于防盗模式；0表示进入防盗模式，1表示解除防盗模式； · 数据存放器916：保存。 四、软件流程各控制器应按规定格式和周期发送数据到总线上，同时也要承受其他控制器的信息。总线上的其他控制器则根据需要各取所需的报文。对于接收数据，本系统采用中断方式实现。一旦中断发生，即将接收的数据自动装载到相应的报文存放器中，此时还可采用屏蔽滤波方式，利用屏蔽滤波存放器对接收报文的标识符和预先在接收缓冲器初始化时设定的标识符进展有选择地逐位比较，只有标识符匹配的报文才能进入接收缓冲器，那些不符合要求的报文则将被屏蔽于

16、接收缓冲器之外，从而减轻CPU处理报文的负担。此外，不同数据应放入不同的报文存放器中，因此在接收中断效劳程序中，就可以容易地判断出中断是由哪个接收报文引起的，其程序流程图如图3所示。 图3 程序流程框图五、CAN总线技术在汽车中的应用优势1信息共享采用总线技术可以实现各ECU之间的信息共享，减少不必要的线速和传感器。例如具有CAN总线接口的电喷发动机，其他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

17、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，相互之间有联系，这样必然造成庞大的布线系统。3关联控制在一定事故下，需要对各ECU进展关联控制，而这是传统方法难以完成的。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，控制各平安气囊的启动弹出动作。六.CAN总线技术在汽车中的应用实例 世界上一些著名汽车制造厂商如*、宝马等都已开场采用CAN总线来实现汽车部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。目前国产的很多汽车上也引入了CAN

18、总线技术，如群众途安、帕萨特等车型一般将CAN总线分为低速CAN和高速CAN。低速CAN的总线速度为10Kbps-125Kbps，主要运用在车身控制模块领域；高速为250Kbps-1Mbps，应用在发动机、变速箱、ABS等实时性要求强的控制模块。但各种车型都会视具体情况采用适合于自身的总线构造。下面是几种比较典型的CAN总线应用方案。 6.1 CAN总线方案一 CAN总线应用方案一如图1所示。方案一是一个完整的分布式汽车电子控制系统，它采用多子网构造，将信息交换比较密切的系统放在一个子网中，使整个系统具有很高的实时性，不同子网之间根据不同的应用特点，采用不同的物理层接口以及通信速率，优化了系统

19、构造。方案一简化了各个CAN子网的设计难度，但是整车的网络系统设计以及总线通信协议比较复杂，硬件上对网关的要求比较高，需要有强大的数据处理能力，而且系统本钱比较高，适合于中高档轿车采用。 6.2 CAN总线方案二 方案二中整车的CAN总线网络分为高速网络和低速网络两局部，高速网采用双线式高速CAN总线(1Mbps)，低速网采用双线式CAN总线(125gbps)IS011519。仪表显示模块作为网关完成两局部数据之间的传输。CAN总线应用方案二如图2所示。CAN总线应用方案二整个系统分为高速和低速两局部。动力传动总线和平安总线合并成高速总线，这样做降低了通信的实时性，但是考虑到传动系总线中一般是

20、周期性的数据，而平安总线中一般是突发性的数据，只要选择适宜的帧优先级就可以弥补这个缺点。舒适总线和信息总线合并为低速总线，这两局部中对数据的实时性要求不高，125Kbps的速率完全可以满足需求。 方案二系统本钱不高，且性能也没有太大的损失，性价比又不错，适合于中低档轿车采用。 6.3 CAN总线方案三 由于使用CAN总线会使系统本钱增加，在一些不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，使用LIN总线可大大节省本钱，所以LIN总线得到了越来越广泛的应用。 LIN(Local Interconnect Network)总线是一种低本钱的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN总线的目标

21、是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。LIN的标准化将简化多种现存的多点解决方案，且将降低在汽车电子领域中的开发、生产、效劳和后勤本钱。 典型的LIN总线应用是汽车中的联合装配单元，如门、座椅、空调、照明灯等。对于本钱比较敏感的单元，LIN可以使机械元件可以很容易的连接到汽车网络中并得到十分方便的维护和效劳。下面的方案中包括15个CAN节点和31个LIN节点，充分表达了CAN以及LIN各自的特点。CAN总线应用方案三如图3所示。CAN总线应用方案三方案3是一个很完整的方案，但是实际应用过程中，考虑到系统的性价比以及安装等方面的因素，可采用如以下图所示的简化方案，图中CAN总线虚线表示这局部在不影响性能的前提下，可以用LIN总线替代，可以降低系统本钱。 6.4 CAN总线方案四 方案4主要是针对希望采用总线的中低档轿车，这就决定了系统必须具有很高的性价比，而且本钱也是一个重要的方面。具体应用需要根据不同的车型做出适当的修改满足各自的要求。本车身控制模块在总线方案2根底上加以简化，保存中央控制模块和四个门模块作为车身控制总线方案。CAN总线应用方案四如图4所示。 七、 CAN总线技术在汽车中应用的关键技术 利用CAN总线构建一