CAN-BUS基础培训教材.ppt

简介 基本构造 功能 驱动系统 传送安全性和故障处理 数据传输 舒适系统 Canbus的由来由于现代汽车的技术水平大幅提高 要求能对更多的汽车运行参数进行控制 因而汽车控制器的数量在不断的上升 从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元 控制单元数量的增加 使得它们互相之间的信息交换也越来越密集 为此德国BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案 CAN数据总线 提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换 Canbus的发展历史 大众公司首次在97年PASSAT的舒适系统上采用了传送速率为62 5Kbit m的Canbus 98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加了Canbus 传送速率为500Kbit m 2000年 大众公司在PASSAT和GOLF采用了带有网关的第二代Canbus 2001年 大众公司提高了Canbus的设计标准 将舒适系统Canbus提高到100Kbit m 驱动系统提高到500Kbit m 2002年 大众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第三代Canbus 2003年 大众集团在新PQ35平台上使用五重结构的Canbus系统 并且出现了单线的LIN BUS CAN Bus是ControllerAreaNetwork的缩写 称为控制单元的局域网 它是车用控制单元传输信息的一种传送形式 车上的布线空间有限 CAN Bus系统的控制单元连接方式采用铜缆串行方式 由于控制器采用串行合用方式 因此不同控制器之间的信息传送方式是广播式传输 也就是说每个控制单元不指定接收者 把所有的信息都往外发送 由接收控制器自主选择是否需要接收这些信息 广播原理 一家发送 大家接收 CAN BUS系统组成 CAN收发器 安装在控制器内部 同时兼具接受和发送的功能 将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线 数据传输终端 是一个电阻 防止数据在线端被反射 以回声的形式返回 影响数据的传输 数据传输线 双向数据线 由高低双绞线组成 Canbus采用双绞线自身校验的结构 既可以防止电磁干扰对传输信息的影响 也可以防止本身对外界的干扰 系统中采用高低电平两根数据线 控制器输出的信号同时向两根通讯线发送 高低电平互为镜像 并且每一个控制器都增加了终端电阻 已减少数据传送时的过调效应 Canbus双绞线的基本颜色 Can总线的基本颜色 橙色 Can Low总是棕色 Can High 驱动系统 黑色 舒适系统 绿色 信息系统 紫色 由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同 因此最新版本的CAN总线系统人为设定为5个不同的区域 分别为驱动系统 舒适系统 信息系统 多功能仪表 诊断总线等5个局域网 其速率分别为 Kbit s 驱动系统 由15号线激活 500 舒适系统 由30号线激活 100信息系统 由30号线激活 100 诊断系统 由30号线激活 500仪表系统 由15号线激活 100 Lin 20最大承载 1000 诊断接口 CAN 区域图 网关 J519 空调J255 舒适系统J393 左前门J386 右前门J387 左后门J388 右后门J389 转向柱J527 电动转向J500 G85 安全气囊J234 ABSJ104 变速箱 发动机 ESP传感器 收音机 车载电话 雨括器L 雨括器R J533 网关由于不同区域Canbus总线的速率和识别代号不同 因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域 必须把它的识别信号和速率进行改变 能够让另一个系统接受 这个任务由网关 Gateway 来完成 另外 网关还具有改变信息优先级的功能 如车辆发生相撞事故 气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号 这个信号的优先级在驱动系统是非常高 但转到舒适系统后 网关调低了它的优先级 因为它在舒适系统功能只是打开门和灯 LinbusLinbus是内部网络的缩写 所谓汽车中的内部网络是指所有的控制单元都在一个总成内 如空调等 并且有主控制器和子控制器之分 整个总成内 主控制器和子控制器 子控制器和子控制器 信息都由Linbus相连 然后由主控制器通过Canbus与外界相连 Linbus是CANBUS的子网 但它只有一根数据线 线截面积为0 35mm2 并且没有屏蔽措施 Linbus系统规定一个主控制单元最多可以连接16个子控制单元 诊断总线诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换 它被用来代替原来的K线或者L线的功能 废气处理控制器除外 诊断总线目前只能在VAS5051和VAS5052下工作 而不能适用于原来的诊断工具 如1552等 诊断总线通过网关转接到相应的CANBUS上 然后再连接相应的控制器进行数据交换 随着诊断总线的使用 大众集团将逐步淘汰控制器上的K线存储器 而采用CAN线作为诊断仪器和控制器之间的信息连接线 我们称之为虚拟K线 针脚号对应的线束115号线4接地5接地6CANBUS 高 7k线14CANBUS 低 15L线1630号线注 未标明的针脚号暂未使用 当车辆使用诊断CANBUS总线结构后 解码器必须使用相对应的新型诊断接头 否则无法读出相应的诊断信息 另外 车上的诊断接口也作出了相应的改动 具体信息看如下图表 Canbus上的信息Canbus上的信息是以二进制形式出现的 也就是说控制单元将信息转换成二进制 Canbus用电平来模拟二进制 接受控制单元将电平转换成二进制数据 再将二进制数据转换成正常数据 例如 控制单元B将发动机转速值信号先转换成二进制信号 00010101 然后由发送器转换成一串电平信号兵发送出去 控制单元A的接收器先读取电平信号 转换成二进制信号 00010101 然后再解码成发动机转速值 逻辑信号和差分放大器 log 0 log 1 差分放大器对应于逻辑电平 Canbus的收发器Canbus上的控制器中发送信息的线路通过一个开路集电极和总线相连 Canbus的收发器如图所示 使用一个电路进行控制 这样也就是说控制单元在某一时间段只能进行发送或接受一项功能 逻辑 1 所有控制器的开关断开 总线电平为5Vor3 5V Canbus未通讯 逻辑 0 某一控制器闭合 总线电平为0伏 Canbus进行通讯 典型收发器线路图 TJA1050 2个以上控制器所组成的Canbus系统当用2个以上的控制器连接在Canbus总线上 如图所示 用逻辑1来表示断开和用逻辑0表示闭合 不考虑其他总线规则情况下 总线会出现下图的情况 1 任何开关闭合 总线上的电压为0伏2 所有开关断开 总线上的电压为5伏 因此 1 只要任何一个控制器激活 则总线激活2 所有控制器关闭 总线处于未激活状态激活的总线称为显性电平 未激活的总线电平称为隐形电平 Canbus的数据结构当控制器发送信息时 并不仅仅是数据本身 它同时还带有属性数据打成数据包一起传送 该数据包共有7个数据段 分别储存有开始区 1位 有限级别区 11位 检验区 6位 数据区 64位 安全区 16位 确认区 2位 和结束区 7位 优先级确认因为Canbus采用串行数据传递 单根数据线 方式 如果有多个控制器同时需要发出信号 那么在总线上一定会发生数据冲突 所有每一个数据列都有它的优先级 当有多个控制器试图发送信息时 它们自己的接收器为信息优先级进行仲裁 当其他控制器发送的信息优先级高于自己控制器发送信息时 通知自己发送器停止发送 整个控制器进入接收状态 在信息数据列中有11位的状态区 这11位二进制中前7位既是发送信息的控制器标识符 同时又表示了它的优先级 即从前往后数 前面零越多 优先级越高 而后4位则是这个控制器发送不同信息的编号 如发动机控制单元既要发送转速信号 又要发送水温等信号 则后4位就有所不同 Canbus系统的难题 发送和接受的同步 同步解决方案一 边沿对齐 为了保证发送和接受能够同步 Canbus规定了边沿对齐规则 也就是说接收器发现每一次电平反向的节拍不对时 必须调整边沿 以求得同步 这个规则在电平变化频繁时能有效的保证了接收的正确性 数据的位填充 为了保证发送和接受能够同步 Canbus规定了位填充规则 也就是说最多5位出现一样的电平信号 第六位必须有一个反向电平 这个规则能有效的保证了接收的正确性 出错帧 ErrorFrame 当控制器在接收其他控制器或自己发送器的信息时 发现信息有错误 可以发送出错帧 出错帧至少有6个显性电平和8个隐性电平 至多12个显性电平和8个隐性电平构成 错误发送控制单元 接收控制单元 接收控制单元 Canbus系统 驱动系统 Canbus驱动系统由15号激活 速率是所有Canbus中最高达到500kBit s 采用终端电阻结构 其中心电阻为66欧姆 发动机电阻 并且高低Canbus线为环状结构 即任一根Canbus线断路 则Canbus无法工作 驱动系统电路简图 驱动系统的Canbus信号和逻辑信号 Can High的高电平为 3 5伏Can High的低电平为 2 5伏Can Low的高电平为 2 5伏Can low的低电平为 1 5伏逻辑 1 Can high 3 5 Can low 1 5 逻辑 0 Can high 2 5 Can low 2 5 驱动系统的信号图 舒适系统 Canbus舒适系统由30号激活 速率达到100kBit s 没有终端电阻 且高低Canbus线分离 即任一根Canbus线断路 Canbus工作不受影响 舒适系统电路简图 测舒适系统高低线的电阻为无穷大 10us 舒适系统的Canbus信号和驱动系统有很大区别 Can High的高电平为 3 6伏Can High的低电平为 0伏Can Low的高电平为 5伏Can low的低电平为 1 4伏逻辑 1 Can high 3 6 Can low 1 4 逻辑 0 Can high 0 Can low 5 舒适系统的信号图 内部故障管理控制单元内部有错误计数器 一次发送失败计数加8 一次接收错误计数加1 当累计超过127时 控制器不再允许发送信息