《道路车辆 控制器局域网（CAN）第3部分：低速容错、媒介相关接口GBT 41588.3-2022》详细解读

《道路车辆控制器局域网（CAN）第3部分：低速容错、媒介相关接口GB/T41588.3-2022》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4缩略语5开放式系统互联(OSI)参考模型6媒介相关接口(MDI)说明6.1物理媒介contents目录6.2物理信令6.3电气特性6.4网络规范7物理媒介故障定义7.1物理故障7.2故障事件8物理媒介连接(PMA)8.1概述contents目录8.2时间要求8.3故障管理8.4工作模式参考文献011范围1.1标准化对象本部分规定了道路车辆控制器局域网（CAN）低速、容错、媒介相关接口的特性和参数。适用于使用CAN通信的道路车辆电子控制单元（ECU）之间的数据通信。规定了媒介相关接口的物理特性，包括电气特性、机械特性和环境适应性等。涵盖了通信速率、帧结构、错误处理、总线管理等相关内容。定义了低速容错CAN的物理层和数据链路层要求。1.2涉及内容适用于乘用车、商用车等各类道路车辆。1.3适用范围适用于车辆内部ECU之间的通信，如发动机控制、车身控制、安全系统等。也可用于车辆与外部设备（如诊断设备、测试设备等）之间的通信。1.4与其他标准的关系与ISO11898系列标准相协调，共同构成完整的CAN通信标准体系。在低速、容错方面对ISO11898进行了补充和完善，以满足道路车辆的实际应用需求。022规范性引用文件国家标准GB/T20234.1-2015电动汽车传导充电用连接装置第1部分通用要求GB/T18488.1-2015电动汽车传导充电系统第1部分通用要求行业标准QC/T413-2002汽车电气设备基本技术条件QC/T742-2006电动汽车用铅酸蓄电池2015道路车辆—控制器局域网(CAN)—第1部分：数据链路层和物理信令ISO11898-12016道路车辆—控制器局域网(CAN)—第2部分：高速媒介访问单元ISO11898-22006道路车辆—控制器局域网(CAN)—第3部分：低速容错媒介访问单元ISO11898-3国际标准010203033术语和定义3.1道路机动车辆定义道路机动车辆是指在道路上行驶的，至少有两个车轮，且最大设计车速超过每小时6公里的各类机动车及其挂车。范围特点包括但不限于汽车、摩托车、货车、客车等各类机动车辆。具有高速行驶能力，需要满足一定的安全性和环保性要求。定义控制器局域网络（CAN）是一种用于汽车监测和控制的通信网络，由德国Bosch公司设计。目标标准化3.2控制器局域网络（CAN）CAN的目标是逐步发展成用于其他工业控制领域的现场总线，具有高可靠性、实时性和灵活性等特点。CAN已成为国际标准化组织的ISO11898标准，得到了广泛应用。定义低速容错、媒介相关接口是指控制器局域网络（CAN）在低速通信时采用的一种接口方式，具有较高的容错能力和媒介适应性。3.3低速容错、媒介相关接口特点该接口方式能够在通信速率较低的情况下保持数据的稳定传输，同时对于传输媒介的要求也相对较低，提高了系统的可靠性和稳定性。应用在车辆控制系统中，低速容错、媒介相关接口被广泛应用于各个控制单元之间的通信，以实现车辆状态信息的实时共享和控制指令的准确传递。044缩略语控制器局域网络（ControllerAreaNetwork）一种车辆通信系统CAN实现车载设备之间的数据交换负责控制车辆的各种系统通过CAN总线与其他ECU通信电子控制单元（ElectronicControlUnit）ECU010203国家标准推荐（GuoBiao/TuiJian）表示该标准是推荐性的国家标准GB/T41588.3-2022是CAN网络的具体应用标准GB/TISO国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization）01制定国际标准的机构02CAN总线已成为ISO11898标准03美国汽车工程师学会（SocietyofAutomotiveEngineers）SAE致力于汽车工程领域的技术研究和标准制定对CAN总线技术有深入研究和应用055开放式系统互联(OSI)参考模型概述OSI参考模型是ISO组织在1985年提出的网络互连模型，为道路车辆控制器局域网（CAN）的构建提供了理论基础。该模型定义了网络互连的七层框架，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，但CAN主要涉及到其中的物理层和数据链路层。物理层是OSI参考模型的最底层，主要涉及到CAN总线的物理媒介和接口。物理层还定义了总线的电气特性，如电压范围和终端电阻等，以确保信号的稳定传输。CAN的物理媒介通常是一对平行（或双绞）线，线束屏蔽或非屏蔽取决于EMC的需求。物理层数据链路层数据链路层还涉及到媒体访问控制（MAC）子层，它决定了节点如何访问共享的物理媒介。在CAN中，数据链路层负责处理帧的发送和接收，包括帧同步、差错控制和流量控制等功能。数据链路层位于物理层之上，主要负责将数据从一个节点传输到另一个节点。010203CAN协议是基于OSI参考模型中的物理层和数据链路层设计的，因此它充分利用了这两层的功能和特性。CAN与OSI参考模型的关系通过遵循OSI参考模型，CAN能够实现高效、可靠的数据传输，满足道路车辆对实时性和可靠性的高要求。同时，CAN协议也针对汽车应用进行了优化，如采用非破坏性总线仲裁技术来确保重要信息的优先传输。066媒介相关接口(MDI)说明MDI需要具备抗干扰能力强、传输稳定可靠的特点，以确保CAN网络的正常运行。MDI定义与功能MDI是控制器局域网（CAN）中，与物理传输媒介直接相关的接口部分。它负责将数据从CAN控制器传输到物理媒介，或者从物理媒介接收数据并传输到CAN控制器。010203根据不同的物理媒介和传输速率需求，MDI可以分为多种类型，如高速MDI、低速MDI等。高速MDI通常用于需要高速数据传输的场合，其传输速率可达1Mbps，具有传输距离远、抗干扰能力强等特点。低速MDI则适用于对传输速率要求不高的场合，其传输速率一般在几十kbps到几百kbps之间，但成本较低，适用于一些经济型车辆或设备。MDI类型与特点MDI硬件接口需要遵循一定的电气特性和物理特性规范，以确保不同设备之间的兼容性和互操作性。电气特性规范包括电压范围、电流大小、信号波形等，这些规范确保了信号在传输过程中的稳定性和可靠性。物理特性规范则包括接口尺寸、引脚定义、连接方式等，这些规范使得不同设备能够方便地连接在一起，形成一个完整的CAN网络。MDI硬件接口规范MDI故障诊断与排除010203当MDI出现故障时，可能会导致CAN网络无法正常工作，因此需要及时进行故障诊断和排除。常见的MDI故障包括接口损坏、接触不良、信号干扰等。针对这些故障，可以采取相应的措施进行修复，如更换接口、清理接触面、加强屏蔽等。在进行故障诊断时，可以借助专业的诊断工具和软件，对MDI进行电气测试和通信测试，以快速准确地定位并解决问题。076.1物理媒介双绞线一种常用的有线传输媒介，由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，通过螺旋状的方式绞合在一起，可以减少外界电磁干扰。光纤6.1.1媒介类型一种由玻璃或塑料制成的纤维，可以作为光传导工具，传输速度快，传输距离远，且不受电磁干扰。0102抗干扰能力由于道路车辆运行环境复杂，物理媒介需要具备较强的抗干扰能力，以确保数据传输的稳定性。耐久性物理媒介需要经受住车辆运行过程中的震动、温度变化等环境因素的影响，因此需要具备较高的耐久性。传输速度物理媒介的传输速度直接影响到CAN网络的通讯效率，因此需选择具有高传输速度的物理媒介。6.1.2媒介特性连接器类型根据实际需求选择适合的连接器类型，如RJ45、DB9等，以确保物理媒介与CAN节点之间的稳定连接。接口标准遵循统一的接口标准，以便于不同厂商生产的CAN节点之间的互联互通。6.1.3媒介连接与接口VS定期对物理媒介进行检查，确保其完好无损，及时发现并处理潜在的安全隐患。故障排查当CAN网络出现故障时，需要对物理媒介进行排查，以确定故障点并进行修复。定期检查6.1.4媒介维护与故障排查086.2物理信令信号传输方式采用差分电压信号进行数据传输，以提高信号的抗干扰能力。信号电平定义明确规定了CAN_H和CAN_L两条信号线上的电压值，确保信号的稳定传输。传输速率低速容错CAN网络的传输速率通常在5kbps至125kbps之间，以满足不同应用场景的需求。0302016.2.1物理层要求01编码方式采用非归零码（NRZ）进行信号编码，简化编码和解码过程，降低误码率。6.2.2信号编码与解码02位填充机制为避免长串的相同电平位导致接收节点失去同步，采用位填充机制进行同步调整。03错误检测与处理通过循环冗余校验（CRC）等方式检测传输错误，并采取相应措施进行处理。6.2.3媒介相关接口接口定义明确规定了物理信令与传输媒介之间的接口要求，包括电气特性、机械特性等。01连接器类型推荐使用标准化的连接器类型，以便于不同设备之间的互连互通。02电缆特性对电缆的电气特性、阻抗、衰减等参数进行了详细规定，以确保信号的稳定传输距离和抗干扰能力。03抗干扰能力物理信令设计应具有良好的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中稳定传输数据。辐射与传导发射限制对相关设备的辐射和传导发射进行了限制，以降低对其他设备的干扰。静电放电保护采取相应措施对静电放电进行保护，防止静电对设备造成损坏或数据丢失。6.2.4电磁兼容性096.3电气特性规定了CAN总线上电信号的标称电压值，确保信号的稳定传输。标称电压定义了电压的允许偏差范围，以适应不同车辆电气系统的电压波动。电压容差6.3.1电压范围明确了低速容错CAN总线上信号的传输速率，以满足实时性要求。信号传输速率规定了信号在总线上传输的最大延迟时间，确保信号的及时到达。信号传输延迟6.3.2信号传输特性接口电路要求详细说明了与媒介相关接口的电路设计要求，以保证信号的稳定接入和输出。接口电气特性规定了接口的电气参数，如输入输出阻抗、电流电压等，以确保接口的稳定性和可靠性。6.3.3媒介相关接口电气要求6.3.4电磁兼容性抗干扰能力描述了CAN总线在电磁干扰环境下的工作性能要求，以确保在复杂电磁环境中的稳定传输。电磁辐射限制规定了CAN总线设备在工作过程中产生的电磁辐射限制，以保护周围电子设备和人身安全。106.4网络规范规定使用双绞线作为物理传输介质，确保信号的稳定传输。传输介质传输速率电气特性低速容错CAN网络的传输速率应在20kbps至125kbps之间，以适应不同应用场景的需求。定义了物理层的电气特性，包括电压范围、电流限制等，以确保网络设备的兼容性和稳定性。6.4.1物理层规范帧结构支持标准帧和扩展帧两种类型，以满足不同数据传输需求。帧类型错误处理机制采用错误检测和错误恢复机制，确保数据传输的准确性和可靠性。详细定义了低速容错CAN网络的帧结构，包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束等部分。6.4.2数据链路层规范通信模式支持主从模式、多分支模式和广播模式等多种通信模式，以适应不同应用场景的需求。数据表示规定了应用层数据的表示方法，包括数据格式、缩放比例、偏移量等，以确保数据的正确解析和使用。网络管理定义了网络管理功能，包括节点地址分配、节点状态监测、网络故障处理等，以确保网络的稳定运行。6.4.3应用层规范向前兼容性确保新设备与旧设备之间的兼容性，避免因设备升级而导致的网络故障或数据丢失等问题。016.4.4兼容性规范跨平台兼容性支持不同厂商和型号的设备之间的互联互通，提高网络的灵活性和可扩展性。02117物理媒介故障定义指物理媒介中两条或多条线路之间发生短路，可能引起信号错误或设备损坏。短路故障物理媒介的阻抗发生变化，可能导致信号反射、衰减等问题。阻抗异常指物理媒介中出现断路，导致信号无法传输。断路故障7.1故障类型物理损伤物理媒介可能因受到外力作用（如挤压、拉伸、扭曲等）而损坏。连接问题连接器松动、接触不良或错误连接可能导致物理媒介故障。环境因素温度、湿度等环境因素可能导致物理媒介老化、腐蚀或性能下降。7.2故障原因物理媒介故障可能导致CAN总线上的设备之间无法通信。通信中断故障可能导致数据传输错误，影响车辆控制系统的正常运行。数据错误物理媒介故障可能引发车辆安全问题，如刹车失灵、转向失控等。安全隐患7.3故障影响030201视觉检查通过检查物理媒介的外观，判断是否存在明显的损伤或异常。仪器检测使用专业的检测仪器对物理媒介进行测试，准确判断故障类型和位置。更换维修一旦检测到物理媒介故障，应及时更换或维修，以确保车辆控制系统的正常运行。7.4故障检测与排除127.1物理故障7.1物理故障物理故障定义物理故障指的是在CAN总线系统中，由于物理层的问题导致的故障，这可能包括线路断路、短路或物理损伤等。故障影响物理故障会直接影响CAN总线上数据的传输，可能导致数据传输错误、延迟或完全中断，进而影响车辆各个控制单元之间的通信。低速容错机制在低速CAN系统中，为了提高系统的容错能力，采取了一系列措施。例如，通过使用差分信号传输方式来提高信号的抗干扰能力，以及通过增加终端电阻来减少信号反射等。媒介相关接口媒介相关接口是CAN总线系统中重要的一部分，它定义了物理层与数据链路层之间的接口规范。在GB/T41588.3-2022标准中，对媒介相关接口有详细的规定，以确保不同厂商的设备能够兼容并稳定地工作在同一个CAN网络上。故障检测与隔离标准中还规定了故障检测与隔离的机制。当发生物理故障时，系统应能够迅速检测到故障，并采取相应的隔离措施，以防止故障扩散到整个网络。这通常通过监控总线上的电压和电流变化，以及使用特定的错误处理机制来实现。7.1物理故障137.2故障事件总线故障包括总线断路、短路等物理故障，可能导致总线失效。通讯故障由于干扰、噪声等原因导致的通信错误或数据丢失。节点故障单个或多个节点出现故障，如无法发送或接收数据。7.2.1故障类型物理层检测通过监测总线电压、电流等物理参数，判断是否存在物理故障。数据链路层检测利用CRC校验、应答机制等手段，检测数据传输过程中的错误。应用层检测根据应用协议定义的故障码或状态信息，判断节点或系统的工作状态。7.2.2故障检测机制故障隔离在检测到故障后，通过切断故障部分与系统的连接，防止故障扩散。7.2.3故障处理策略故障恢复尝试对故障部分进行修复或重置，使其恢复正常工作状态。冗余设计采用备份节点、双绞线等冗余设计，提高系统的容错能力。故障记录：将故障事件的相关信息（如时间、类型、位置等）记录下来，供后续分析使用。故障诊断：利用诊断工具或软件，对故障记录进行分析，定位故障原因并提出解决方案。以上内容是对《道路车辆控制器局域网（CAN）第3部分：低速容错、媒介相关接口GB/T41588.3-2022》中7.2故障事件的详细解读。该部分主要介绍了在CAN通信系统中可能出现的故障类型、检测机制、处理策略以及记录与诊断方法，为车辆电子控制单元之间的稳定通信提供了重要保障。7.2.4故障记录与诊断148物理媒介连接(PMA)接口类型定义了低速容错CAN网络中物理媒介连接（PMA）的接口类型和特性。信号传输说明了PMA接口在信号传输方面的要求和规范，确保信号的稳定传输。电气特性详细描述了PMA接口的电气特性，包括电压、电流等参数，以确保接口的正常工作。8.1PMA接口定义连接器类型电缆规格防护措施介绍了适用的连接器类型及其特点，以满足低速容错CAN网络的连接需求。详细说明了用于连接PMA接口的电缆规格，包括线径、材质等，以确保传输质量和稳定性。讨论了电缆和连接器的防护措施，如防水、防尘等，以提高接口的可靠性和耐久性。8.2PMA连接器和电缆010203布线要求阐述了PMA布线的具体要求，包括布线方式、距离限制等，以确保信号传输的稳定性和可靠性。安装步骤详细介绍了PMA的安装步骤和注意事项，以帮助用户正确、高效地完成安装工作。故障排查提供了PMA布线和安装过程中可能出现的故障及其排查方法，以便用户及时解决问题。0203018.3PMA布线和安装8.4PMA的维护和保养建议用户对PMA进行定期检查，包括接口、电缆等部件的完好性和性能。定期检查提供了PMA的维护和保养方法，以延长其使用寿命并确保其正常工作。维护保养强调了在进行PMA维护和保养时需要注意的事项，以避免可能的安全隐患。注意事项010203158.1概述8.1.1标准制定的背景和目的该标准旨在规定道路车辆中低速容错CAN网络的媒介相关接口要求，确保不同厂商开发的CAN节点能够相互兼容、稳定通信，从而推动整个汽车行业的健康发展。目的随着汽车电子技术的飞速发展，控制器局域网络（CAN）已成为车辆电子系统中不可或缺的一部分。为了规范CAN网络的设计、开发和应用，提高车辆的可靠性和安全性，国家制定了《道路车辆控制器局域网（CAN）第3部分：低速容错、媒介相关接口GB/T41588.3-2022》标准。背景适用范围本标准适用于道路车辆中低速容错CAN网络的媒介相关接口，包括物理层和数据链路层的要求。它适用于乘用车、商用车等各类道路车辆，以及相关的汽车电子零部件和系统。实施意义通过实施该标准，可以规范CAN网络的设计和开发流程，提高产品的质量和可靠性。同时，它也有助于降低生产成本、缩短开发周期，推动汽车行业的技术创新和产业升级。8.1.2标准的适用范围和实施意义8.1.3与其他相关标准的关系本标准与国内其他相关标准，如《汽车电子设备环境条件和试验方法》等保持协调一致，共同构成了完整的汽车电子标准体系。与其他国内标准的协调本标准在制定过程中充分参考了国际先进标准，如ISO11898等。它与国际标准保持高度一致，有助于我国汽车行业与国际接轨，提高国际竞争力。与国际标准的关联168.2时间要求8.2时间要求帧间隔时间为了避免网络拥堵和冲突，标准中规定了帧与帧之间的最小间隔时间。这个时间间隔需要足够长，以便让其他节点有机会访问网络并发送数据。同时，也要保证网络的整体效率，避免过长的等待时间。响应时间在低速CAN网络中，由于传输速率较低，对于响应时间的要求并不像高速CAN网络那样严格。然而，为了确保网络的稳定性和实时性，标准中仍然对响应时间有所规定。具体来说，标准可能要求节点在接收到有效数据帧后，必须在一定时间内做出应答，以确保数据传输的可靠性和及时性。8.2时间要求错误恢复时间：在低速CAN网络中，当发生错误时，网络需要一定的时间来检测和恢复。标准中可能规定了错误恢复时间的上限，以确保网络在出现故障时能够迅速恢复正常运行。同步时间：为了保证网络中各个节点的时钟同步，标准中可能还规定了同步时间的要求。这有助于确保数据帧的准确传输和接收，避免因时钟差异导致的数据丢失或错乱。需要注意的是，以上时间要求可能因具体的网络配置和应用场景而有所不同。在实际应用中，应根据具体情况进行调整和优化。同时，为了满足这些时间要求，可能需要选择合适的硬件和软件方案，以确保网络的稳定性和实时性。此外，虽然低速CAN网络的时间要求相对宽松，但在设计和实施时仍应充分考虑网络的实时性和可靠性需求。特别是在一些对时间敏感的应用场景中，如车辆控制系统等，应确保网络能够满足实时数据传输和处理的需求。178.3故障管理故障检测机制01通过定期发送心跳报文来监测节点状态，若未收到某节点的心跳报文，则判断该节点可能发生故障。对每个节点设定错误计数器，当节点发送或接收消息出现错误时，计数器会增加，达到一定阈值后触发故障处理机制。通过循环冗余校验（CRC）检查消息在传输过程中是否发生错误，以确保数据的完整性。0203心跳报文监测错误计数器CRC校验01故障节点隔离一旦检测到某个节点发生故障，系统会将该节点隔离，防止其对整个网络造成进一步影响。故障恢复机制对于可恢复的故障，系统会尝试进行自动修复，如重启节点或重新初始化