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1、精品PPT收集整理,常用车载网络系统 沈鸿星 Shen Hongxing襄阳职业技术学院 Xiangyang Vocational and Technical College 2014.9,2,车用网络在汽车上的应用大致可以分为哪4个系统?,复习测试,3,车载网络在汽车上的应用大致可以分为: 动力传动系统 车身系统 安全系统 信息系统。,复习测试,4,CAN总线,1,VAN系统,3,LIN总线,2,学 习 内 容,LAN系统,4,车载蓝牙系统,6,MOST总线,5,5,2.1 CAN总线的工作原理,CAN是ControllerAreaNetwork(控制器局域网)的缩写,是国际标准化的串行通信
2、协议。目前,CAN总线是汽车网络系统中应用最多、也最为普遍的一种总线技术。,6,1.CAN总线的特点, 多主通信,控制单元间的数据交换都在同一平台上进行。这个平台称为协议,CAN总线起到数据交换“高速公路”的作用。,图2-19 控制单元间的数据交换都在同一平台上进行,7,图2-20 CAN总线相当于数据交换的“高速公路”,8, 可以很方便地实现用控制单元来对系统进行控制,如发动机控制、变速器控制、ESP控制等。, 可以很方便地加装选装装置,为技术进步创造了条件,为新装备的使用埋下了伏笔。,CAN总线是一个开放系统,可以与各种传输介质进行适配,如铜线和光导纤维(光纤)。, 对控制单元的诊断可通过
3、K线来进行,车内的诊断有时通过CAN总线来完成(如安全气囊和车门控制单元),称为“虚拟K线”。随着技术的进步,今后有逐步取消K线的趋势。, 可同时通过多个控制单元进行系统诊断。,9,2. CAN总线的结构特点,可靠性高; 使用方便; 数据密度大; 数据传输快; 采用双线传输,抗干扰能力强,数据传输的可靠性高。,10,3.CAN总线的传输速率,目前,CAN总线系统中的信号是采用数字方式经铜导线传输的,其最大稳定传输速率可达1000Kbit/s (1Mbit/s)。,大众和奥迪公司将最大标准传输速率规定为500Kbit/s,并将CAN总线系统分为三个专门的系统:, 驱动CAN总线(高速),亦称动力
4、CAN总线,其标准传输速率为500Kbit/s,可基本满足实时要求,主要用于发动机、变速器、ABS、转向助力等汽车动力系统的数据传输。, 舒适CAN总线(低速),其标准传输速率为100 Kbit/s,主要用于空调系统、中央门锁(车门)系统、座椅调节系统的数据传输。, 信息CAN总线(低速),其标准传输速率为100Kbit/s,主要用于对时间要求不高的领域,如导航系统、组合音响系统、CD转换控制等。,11,4.CAN总线的自诊断功能,控制单元具有自诊断功能,通过自诊断功能还可识别出与CAN总线相关的故障。,用诊断仪读出CAN总线故障记录之后,即可按这些提示信息按图索骥、顺藤摸瓜,快速、准确地查寻
5、并排除故障。,控制单元内的故障记录用于初步确定故障,还可用于读出排除故障后的无故障说明,即确认故障已经被排除。如果想要更新故障显示内容,必须重新起动发动机。,CAN总线正常工作的前提条件是车辆在任何工况均不应有CAN总线故障记录。,12,2.2.2 CAN总线的组成,1.CAN总线的基本系统,CAN总线的基本系统由多个控制单元和两条数据线组成,这些控制单元通过所谓收发器(发射-接收放大器)并联在总线导线上。,图2-21 CAN总线的数据传输与公交车载运乘客相似,13,CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中,一根称为CAN-High导线,另一根导线称为CAN-Low导线。,在双绞线上
6、,信号是按相反相位传输的,这样可有效抑制外部干扰。,图2-22 CAN总线的双绞线,14,2.信息的发送与接收,CAN数据总线在发送信息时,每个控制单元均可接收其他控制单元发送出的信息。在通信技术领域,也把该原理称为广播。,15,图2-26 单线CAN总线数据传输示意图,图2-27 CAN总线上的信息交换(广播原理),16,3. CAN数据总线传输的数据类型,CAN数据总线所传输的数据有4种类型:,数据帧、远程帧、错误帧和过载帧,17,3. 1 CAN总线的数据帧,数据帧的每条完整信息由7个域构成,信息最大长度为108 bit。在两条CAN导线上,所传输的数据内容是相同的,但是两条导线的电压状
7、态相反。,18, 开始域。开始域(长度为1bit)标志数据开始,CAN-High导线的电压大约为5V(具体数值视系统而定),CAN-Low导线的电压大约为0 V。,19, 仲裁域。仲裁域(长度为11bit)用于确定所传数据的优先级。如果在同一时刻有两个控制单元都想发送数据,则优先级高的数据先行发出。,20, 控制域。控制域(长度为6bit)用于显示数据区中的数据数量,以便让接收器(接收数据的控制单元)检验自己接收到的、来自发送器(发送数据的控制单元)的数据是否完整。,21, 数据域。数据与(长度不确定,视具体情况而定,最大长度为64bit)是信息的实质内容。,22,安全域。安全域(长度为16b
8、it)用于检验数据在传输中是否出现错误。,23, 应答域。应答域(长度为2bit)是数据接收器发给数据发送器的确认信号,表示接收器已经正确、完整地收到了发送器发送的数据。如果检测到在数据传输中出现错误,则接收器会迅速通知发送器,以便发送器重新发送该数据。,24, 结束域。结束域(长度为7bit)标志着数据的结束。,25,3.2 远程帧,远程帧的功能是将数据请求从发送器传到接收器。通过发送远程帧,作为某数据接收器的控制单元会对不同的数据传送进行初始化设置。 远程帧由开始域、仲裁域、控制域、安全域、应答域和结束域6个不同的域组成,26,2.3 错误帧,错误帧的功能是对所发送的数据进行错误检测、错误
9、标定及错误自检。错误帧由两个不同的域组成,第1个域为不同控制单元提供错误标志的叠加,第2个域是错误界定符。 错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种形式。,27,接收器在电路尚未准备好或在间歇域期间检测到一个“显性”位时,会发送过载帧,以延迟数据的传送。过载帧包括过载标志和过载界定符两个域。,2.4 过载帧,28,数据帧或远程帧与其前面帧的隔离是通过帧间空间实现的,无论其前面的帧为何类型。所不同的是过载帧与错误帧之前没有帧间空间,多个过载帧之间也不是由帧间空间隔离的。帧间空间包括间歇域和总线空闲的域。如果“错误被动”的控制单元已作为前一数据的发送器时,则其帧间空间除了间歇域、总线空闲域外,还
10、包括挂起传送域。间歇域包括3个“隐性”位,间歇期间所有的控制单元均不允许传送数据帧或远程帧,唯一要做的是标志一个过载条件,2.4 帧间空间,29,4 CAN总线系统元件的功能,CAN总线系统元件主要由K-线、控制单元、CAN构件、收发器等组成。,1.K-线,K-线用于在CAN总线系统自诊断时连接汽车故障检测仪(如VAS5051),属于诊断用的通讯线。,2.控制单元,控制单元接收来自传感器的信号,将其处理后再发送到执行元件上。,30,图2-29 CAN总线系统元件,31,3.CAN构件,CAN构件用于数据交换,为两个区,一个是接收区,一个是发送区。CAN构件通过接收邮箱或发送邮箱与控制单元相连。
11、,图2-30 邮局收发邮件,4.收发器,收发器就是一个发送-接收放大器,在接收数据时,收发器把CAN构件连续的比特流(亦称逻辑电平)转换成电压值(线路传输电平);当发送数据时,收发器把电压值(线路传输电平)转换成连续的比特流。线路传输电平非常适合在铜质导线上进行数据传输。,32,收发器通过TX-线(发送导线)或RX-线(接收导线)与CAN构件相连。RX-线通过一个放大器直接与CAN总线相连,并总是在监听总线信号。,1)收发器的特点,表2-2 收发器内晶体三极管的状态与总线电平之间的对应关系,图2-31 收发器的TX-线与总线的耦合,33,2)多个收发器与总线导线的耦合,当有多个收发器与总线导线
12、耦合时,总线的电平状态将取决于各个收发器开关状态的逻辑组合。,表2-3 收发器开关的状态与总线电平的逻辑关系,图2-32 3个收发器接到一根总线导线上,34,2.2.4 CAN总线的数据传输过程,1.信息格式的转换,首先是发动机控制单元的传感器接收到发动机转速信息(转速值)。该值以固定的周期(循环往复地)到达微控制器的输入存储器内。,发动机转速值按协议被转换成标准的CAN信息格式。,状态区(标识符)=发动机_1,数据区(信息内容)=发动机转速(即发动机转速为xxx r/min)。当然,CAN总线上传输的数据也可以是其他信息(如节气门开度、冷却液温度、发动机转矩等),具体内容取决于系统软件的设定
13、。,图2-33 发动机转速值按协议被转换成标准的CAN信息格式,35,2.请求发送信息总线状态查询,如果发送邮箱内有一个发动机转速实时值,那么该值会由发送特征位(举起的小旗)显示出来请求发送信息。,只有总线处于空闲状态时,控制单元才能向总线上发送信息。CAN构件通过RX-线来检查总线是否有源(是否正在交换其他信息),必要时会等待,直至总线空闲下来为止。,如果在某一时间段内,总线电平一直为1(总线一直处于无源状态),则说明总线处于空闲状态。,图2-34 总线状态查询,36,3.发送信息,如果总线空闲下来,发动机信息就会被发送出去。,图2-35 信息发送过程,37,4.接收过程,连接在CAN总线上
14、的所有控制单元都接收发动机控制单元发送的信息,该信息通过RX-线到达CAN构件各自的接收区。,接收过程分两步,首先检查信息是否正确(在监控层),然后检查信息是否可用(在接收层)。,38,1)检查信息是否正确(在监控层),接收器接收发动机的所有信息,并且在相应的监控层检查这些信息是否正确。这样就可以识别出在某种情况下某一控制单元上出现的局部故障。,数据传输是否正确,可以通过监控层内的CRC校验和数来进行校验。CRC校验即为循环冗余码校验(Cycling Redundancy Check,略作CRC)。,如图2-38所示,经监控层监控、确认无误后,已接收到的正确信息会到达相关CAN构件的接收区。,
15、图2-37 确认信息已经妥收,图2-38 监控层对信息进行监控,39,2)检查信息是否可用(在接收层),CAN构件的接收层判断该信息是否可用。如果该信息对本控制单元来说是有用的,则举起接收旗,予以放行,该信息就会进入相应的接收邮箱;如果该信息对本控制单元来说是无用的,则可以拒绝接收。,40,5.冲突仲裁,如果多个控制单元同时发送信息,那么数据总线上就必然会发生数据冲突。为了避免发生这种情况,CAN总线具有冲突仲裁机制。,按照信息的重要程度分配优先权,确保优先权高的信息能够优先发送。,41,(1)每个控制单元在发送信息时通过发送标识符来标识信息类别,信息优先权包含在标识符中。,(2)所有控制单元
16、都通过各自的RX-线来跟踪总线上的一举一动并获知总线状态。,(3)每个控制单元的发射器都将TX-线和RX-线的状态一位一位地进行比较(它们可以不一致)。,图2-40 避免数据冲突的仲裁过程,42,小 结,1. CAN是ControllerAreaNetwork( )的缩写,是国际标准化的串行通信协议。,43,小 结,1. CAN是ControllerAreaNetwork(控制器局域网)的缩写,是国际标准化的串行通信协议。,44,小 结,2. CAN总线的特点:主从通信、多主通信 ?,45,小 结,2. CAN总线的特点:多主通信。,46,小 结,3.CAN总线的基本系统由多个控制单元和 组成。,47,小 结,3.CAN总线的基本系统由多个控制单元和两条数据线组成。,48,小 结,4.CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中,一根称为CAN- 导线,另一根导线称为CAN- 导线。,49,小 结,4.CAN总线系统采用双绞线进行数据传输。这两根导线中,一根称为CAN-High导线,另一根导线称为CAN-Low导线。,50,小 结,4.数据帧的