上海大众帕萨特CAN数据总线的结构原理PPT课件

2020/6/9,.,1,CAN数据总线结构原理徐小山,2020/6/9,.,2,1、开发CANBus系统的理由,安全、舒适及排放方面需求,电气元件的增加,更多控制单元间大量高速传递需求,实现减轻车身重量,一、概述,2020/6/9,.,3,CAN通信技术概述,CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设计，CAN越来越受到人们的重视。国外已有许多大公司的产品采用了这一技术。CAN最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制(ASC)及复杂的抗锁定刹车系统(ABS)等。由于这些控制需检测及交换大量数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，采用CAN总线上述问题便得到很好地解决。,2020/6/9,.,4,DataBus控制单元数据公共汽车。根据国际通用数据通信协议，通过一根或两根数据线，在电控单元间传递数字数据信号。CAN控制单元通过网络交换数据。Controller控制单元Area局域领域Network相互连接网络CANBus应用标准化CAN数据通信协议通讯系统应用领域：汽车、数控机床、工程机械等,2、什么是CANBus,2020/6/9,.,5,CAN总线特点,CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了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。CAN总线特点如下：（1）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。（2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。（3）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。,2020/6/9,.,6,（4）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。（5）直接通信距离最远可达10km（速率5Kbps以下）。（6）通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）。（7）节点数实际可达110个。（8）采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个。（9）每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低。（10）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。（11）节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。,2020/6/9,.,7,CAN数据总线可以比作公共汽车。公共汽车可以运输大量乘客，CAN数据总线包含大量的数据信息。,CAN总线,2020/6/9,.,8,CAN数据总线的数据传递类似于电话会议对这个数据感兴趣的用户就会利用该数据，而其他用户则选择忽略,2020/6/9,.,9,3、CAN总线传输发展史,1983-1986年大众与Bosch制定软件协议，由Intel生产控制器。1990年首次应用于汽车奔驰S级12缸发动机的汽车。1996年用于奥迪A8D2自动变速器3.7升V801VAG5的汽车。1997年用于帕萨特B5AG。1998年用于宝来、高尔夫A4AG。VANBus用于标志、雷诺、雪铁龙等，菲利普公司产品。J1850-HBCC用于福特，莫托罗拉公司产品。J1850-DLC用于通用，莫托罗拉公司产品。,2020/6/9,.,10,4、CANBus的优点1)数据传递更安全可靠;2)低成本;3)高速实时传递;4)有条件实现单线功能;5)适用于各种汽车;6)开放的标准.,2020/6/9,.,11,例如：帕萨特B501VAG5,发动机控制单元,自动变速器控制单元,发动机转速,燃油消耗,节气门位置,发动机干预,升档/降档,无CAN-BUS，需要5条信号线,2020/6/9,.,12,例如：帕萨特B501VAG5,发动机转速燃油消耗节气门位置发动机干预升档/降档,有CAN-BAS，只需2条总线,2020/6/9,.,13,中央控制单元,传感器和执行机构,每项信息通过独立的数据线进行交换。缺点：线的数量和控制单元插脚增多,无CAN-BUS,2020/6/9,.,14,动力总线连接三个控制单元,动力总线只有点火开关打开时工作,有CAN-BUS各控制单元间的所有信息都通过两根数据线进行交换。,2020/6/9,.,15,车门控制单元,完成其全部控制功能需要：45根线和9个插头。,无CANBUS,2020/6/9,.,16,车门控制单元,完成其全部控制功能只需：最多17根线，2个插头即可。,有CANBUS,2020/6/9,.,17,变速箱控制单元额定发动机扭矩额定发动机转速可执行怠速转速控制调节超速切断支持离合器保护离合器状态离合器扭矩档位变换、动作/不动作压缩机切断换档杆位置/行驶位置汽车车速档位指示当前档位或目标档位发动机控制单元编码应急运行程序（自诊断信息）车载诊断状态,发动机控制单元发动机转速额定怠速转速实际发动机扭矩冷却液温度强制减档信息加速踏板位置制动灯开关制动踏板开关进气温度CCS状态（定速巡航）CCS额定车速海拔高度信息空调压缩机状态应急运行程序（自诊断信息）,ABS/ESP控制单元,TCS要求EBC要求ABS应用EDL介入ESP介入,车轮转速，左前车轮转速，右前车轮转速，左后车轮转速，右后,CAN（高）,CAN（低）,变速箱控制单元发送信息,变速箱控制单元接受和计算信息,CAN-BUS信息交换,注：TCS-驱动力控制EBC-发动机制动力控制EDL-电子差速器锁止ESP-电子稳定程序,2020/6/9,.,18,5、主要特性串行接口具有：信息传递有次序性，控制单元不平等。优先权：方法是大众与波许共同定义。,控制单元A,控制单元B,控制单元C,2020/6/9,.,19,自动箱控制单元,ABS控制单元,发动机控制单元,1,2,3,优先权,Databuswires,动力系统数据总线,2020/6/9,.,20,优先权,控制单元,信息传递,1,2,3,4,ABS/EDL控制单元,发动机控制单元,发动机控制单元,自动箱控制单元,发动机制动控制,牵引力控制调整,发动机转速,节气门位置,爆振,冷却液温度,车速,档位信号,齿轮转速,发动机干预,数据使用优先权,2020/6/9,.,21,控制单元A,控制单元B,控制单元C,测量数据,数据流,1个控制单元发送，2个控制单元接收,接收数据,2020/6/9,.,22,信号传输技术数据,CANbus最高传播速度：1MbpsISO分类：低速型低于10kbps（用于后视镜调整、电动窗、灯光照明、雨刷器等，称作LIN总线)低速型10125kbps(用于舒适系统、仪表显示等）高速型125kbps1Mbps(用于发动机控制、ABS、传动控制等）最多接入控制单元数：32个最长一根CANbus线长度：40m通用版本：BoschCAN2.0单位换算：1bps=1bitspersecond（位/秒）8bits（位）=1byte（字节）1Mbps（兆bps）=1000kbps（千bps）=1000000bps,2020/6/9,.,23,二、CAN基本原理,模拟信号,脉宽调制信号,数字信号,每根线一个信号,每根线传递2-3个信号,无限（2048=211),以电压电阻为基础,基于占空比,基于二进制数字,模拟信号,占空比信号,数字信号,2020/6/9,.,24,模拟信号传感器：负温度系数热敏电阻NTC/正温度系数热敏电阻PTC，输出连续变化的电压。,2020/6/9,.,25,模拟信号：发电机负荷传感器，输出连续变化的电压。,发电机：14V90ADFM：负荷信号L:它激电流，并控制充电警告灯B1:电枢,2020/6/9,.,26,压力低,压力高,数字信号传感器：制冷剂压力,20毫秒,20毫秒,2.6毫秒,18毫秒,2020/6/9,.,27,数字信号传感器：油温/油位传感器,安装在油底壳下方,2020/6/9,.,28,二进制和十进制,二进位例如:10101101011x20=1x1=10 x21=0 x2=01x22=1x4=40 x23=0 x8=01x24=1x16=1621,十进位例如:12789127899x100=9x1=98x101=8x10=807x102=7x100=7002x103=2x1000=20001x104=1x10000=1000012789,2020/6/9,.,29,二进制和十六进制,A=10B=11C=12D=13E=14F=15,十六进位例如:3AB73AB77x160=7x1=711x161=11x16=17610 x162=10 x256=25603x163=3x4096=1228815031,2020/6/9,.,30,转换表,2020/6/9,.,31,二进制代码,CANbus以字符串定义单个信息,2020/6/9,.,32,8比特信息,水温传感器使用8比特信号的举例,一个8比特信息有256不同的值,对应的数字,对应的温度,2020/6/9,.,33,数据格式,CAN(当前CAN2.0版)每个信息由七个部分构成，这就是信息的基本框架称为数据域。,开始域（1位）,控制域（6位）,数据域（64位）,安全域（16位）,检验域（2位）,结束域（7位）,状态域（12位）,CANbus信息极限108位,2020/6/9,.,34,数据域属性（极限108位）,开始域（1位）：信息格式的开始，将要发数据往CAN-BUS的标志，大小为一位，状态为显性（1）状态域（12位）：数据的优先权，大小为12位纯数据控制域（检查域6位）：表示数据的大小即字节长度（显示数据域中包含的信息项目）数据域（64位）：被传递到其他控制单元的信息所在位置（此信息被传到其他控制单元）安全域（16位）：发射数据和接收信息的控制单元检查和比较传递数据所发生变化的错误（检测传递数据中的错误）检验域（2位）：每个控制单元，通过这两位被确认已经正确接受信息，否则将重发数据。结束域（7位）：通过7位隐形（0）显示，表示该信息数据传递结束，这里是显示错误并重发送数据的最后一次机会。,2020/6/9,.,35,CANBus硬件,终端电阻,传输线,J217带控制器和收发器的控制单元,J220带控制器和收发器的控制单元,控制器收发器两个终端电阻两条传输线,终端电阻,2020/6/9,.,36,部件功能,控制器接收在控制单元微处理器中传递的数据信号，然后传递它们到收发器；并能反向传递。,收发器一个发射器和一个接收器的组合。收发器将从控制器接收的数据转化成能够通过can-bus传递的电信号。并能反向传递。,传输线被用于双向传输数据的导线CANHigh高位CANLow低位,终端电阻是一个电阻器，防止数据传输终了时，被反射回来，产生波形叠加破坏数据。总线型连接具有，安装在控制单元内部或外部。星型连接不具有。,2020/6/9,.,37,网关,2020/6/9,.,38,2020/6/9,.,39,2020/6/9,.,40,2020/6/9,.,41,数据传递过程,CANBUS线,控制单元1,控制单元2,控制单元3,控制单元4,数据使用,数据使用,数据,数据检查,数据接收,数据检查,数据检查,数据接收,数据接收,数据发射,2020/6/9,.,42,数据“位”的定义,一“位”可以有两种状态：“0”或“1”。一位数据在逻辑上只能表示其中的一种状态。,状态值的含义“1“开关闭合灯泡点亮,状态值的含义“0“开关打开灯泡熄灭,CANbus逻辑值112V0V,CANbus逻辑值0V0V,CANbus发射器产生逻辑值，其作用相当于开关,2020/6/9,.,43,优先权的判断采用反逻辑原理,实际上当前在CANbus在数据信息字节定义采用反逻辑原理,开关闭合灯泡熄灭显性信号,开关打开灯泡点亮隐性信号,CAN状态值发射器关闭相对于CAN-BUS总线上的电压1.5或3.5V动力系统总线1V或3V舒适系统总线,CAN状态值发射器打开相对于CAN-BUS总线上的电压2.5V动力系统总线0V或5V(12V)舒适系统总线,2020/6/9,.,44,字节0的显性特性,隐性信号,显性信号,2020/6/9,.,45,优先权判定,所有控制单元同时开始向CAN-BUS发射信息避免数据碰撞，在12位的状态域中预先定义数据的优先权发射隐性电位的控制单元，若检测到一个显性电压，那么该控制单元停止发射转为接收,最低级优先权在第二位发射1,变速箱控制单元变成接收,自变箱电脑发射信号,ABS/ESP发射信号,发动机电脑发射信号,发动机控制单元变成接收,中级级优先权在第三位发射0,2020/6/9,.,46,噪音和干扰问题,两条数据线相互缠绕，防止电磁波干扰和向外辐射，规定绞距20mm。,两条数据线传递相同信号，但数值互为镜像（对称）。即便有干扰，但两个信号的电位差不变。,周围电磁干扰源发出电磁波，总线会产生感应电压。,2020/6/9,.,47,1、为何CANBUS分为几个系统和使用不同传输速率：,CANbus动力(Bosch)500kbit/sCANbus舒适(VW)100kbit/sCANbus信息(VW)100kbit/s,系统容量所限(最多32个控制单元)故障的关联性要求(例如舒适总线和信息总线)历史发展:不同的速率和电压成本问题:低速率的控制器和收发器比较便宜,三、CAN总线的应用,2020/6/9,.,48,TDI柴油喷射电脑,发动机电脑,自变箱电脑,ABS电脑,安全气囊电脑,方向盘转角信号,高速总线,前左门电脑,前右门电脑,后右门电脑,后左门电脑,舒适电脑,座椅记忆,低速总线,网关电脑,执行协议KWP2000,K线,2、2001以前大众车的数据传输系统,2020/6/9,.,49,2001以前大众车的数据传输系统,仪表电脑J285网关电脑J533,动力系统,舒适系统,前左门电脑,后左门电脑,后右门电脑,前右门电脑,舒适中央电脑,K线,2020/6/9,.,50,3、2002年以后帕萨特数据传输系统,仪表电脑J285网关电脑J533,动力系统,舒适系统,K,2020/6/9,.,51,2002年1月开始的高尔夫/宝来数据传输系统,仪表电脑J285网关电脑J533,动力系统,舒适系统,K,2020/6/9,.,52,发动机,制动系统,气囊,转向角传感器,电子转向助力,Gateway总线控制单元,开迪车动力总线系统,2020/6/9,.,53,收音机导航,显示界面,停车加热,开迪车信息总线系统,网关,2020/6/9,.,54,电网管理电脑,转向柱开关,拖车电脑,仪表电脑,空调电脑,开迪车舒适总线系统,网关电脑,雨刷器控制器,2020/6/9,.,55,司机门控制单元,副司机门控制单元,舒适系统控制单元,舒适总线系统（接上页）,隔离栅监控,LIN总线,2020/6/9,.,56,动力,仪表,舒适,信息,诊断,桔/棕桔/黑,桔/棕桔/绿,桔/棕桔/紫,桔/棕桔/红,桔/棕桔/兰,LIN总线紫/兰（只需要单线）,CANLow,CAN导线颜色,CANHigh,低位都是桔/棕,2020/6/9,.,57,动力总线,主要特征速率:500000bps(highspeedCANbus)-传输1比特持续时间:0.002msec-无信息传输模式的基本电压:对地2.5V-信息传输周期:在7-20毫秒之间(这取决于当前发动机的转速,因为相对于曲轴转角传输周期是固定的时间).-线色:CAN-H=桔/黑CAN-L=桔/棕线径:0.35mm2节点:CAN-HCAN-L无单线工作模式（发动机与ABS控制单元之间的两条总线不能断路，但其它控制单元总线断路后其余仍可工作。,A121,A122,2020/6/9,.,58,舒适总线,主要特征:速率:100000bps传输1比特持续时间:0.010msec无信息传输模式的基本电压:CAN-H=0VCAN-L=5V(12V)信息传输