车载局域网2.doc

车载局域网

3典型车上控制器局域网络CAN

3.1 CAN的技术特征
3.1.1 CAN的物理特性
⑴拓扑结构　CAN在物理结构上属于总线式通信网络。
⑵机械参数及传输介质　模块通过一个9针的D型插头连接到CAN总线上。总线采用屏蔽的或非屏蔽的双绞线，用光纤更佳。
⑶电气参数及信号表示　总线上的数据采用不归零编码方式（NRZ），可具有两种互补的逻辑值之一：显性及隐性。CAN总线中各节点使用相同的位速率。它的每位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1及相位缓冲段2组成。发送器在同步段前改变输出的位数值，接受器在两个相位缓冲段间采样输入位值，而两个相位缓冲段长度可自由调节，以保证采样的可靠性。另外，CAN总线采用时钟同步技术来保证通讯的同步。
3.1.2  CAN协议
   CAN总线以报文为单位进行信息交换，报文中含有标示符（ID），它既描述了数据的含义又表明了报文的优先权。CAN总线上的各个协点都可主动发送数据。当同时有两个或两个以上的节点发送报文时，CAN控制器采用ID进行仲裁。ID控制节点对总线的访问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停止发送，总线空闲后，这些节点将自动重发报文。
3.2.1  CAN协议　

分层结构CAN总线规范规定了任意两个节点之间的兼容性。包括电气特件利数据解释协议。

CAN协议可分为：目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包括了ISO/OSI定义的数据链路的所有功能。目标层的功能包括：确认要发送的信息；位应用层提供接口。传送层功能包括：数据帧组织：总线仲裁：检错、错误报告、错误处理。
3.2.2 CAN通信协议　

CAN支持四类信息帧类型。

（1）数据帧 CAN协议有两种数据帧类型标准2.0A和标准2.0B。两者本质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为l l位；在2.0B类型中ID为29位。一个信息震中包括7个主要的域：
帧起始域——标志数据帧的开始，由一个显性位组成。
仲裁域——内容由标示符和远程传输请求位（RTR）组成，RTR用以表明此信息帧是数据帧还是不包含任何数据的远地请求帧。当2.0A的数据帧和2.0B的数据帧必须在同一条总线上传输时，首先判断其优先权，如果ID相同，则非扩展数据帧的优先权高于扩展数据帧。
控制域——r0、r1是保留位，作为扩展位，DLC表示一帧中数据字节的数目。
数据域——包含0～8字节的数据。
校验域——检验位错用的循环冗余校验域，共15位。
应答域——包括应答位和应答分隔符。正确接收到有效报文的接收站在应答期间将总线值为显性电平。
帧结束——由七位隐性电平组成。

（2）远程帧 接受数据的节点可通过发远程帧请求源节点发送数据。它由6个域组成：帧起始、仲裁域、控制域、校验域、应答域、帧结束。

（3）错误指示帧 由错误标志和错误分界两个域组成。接收节点发现总线上的报文有误时，将自动发出“活动错误标志”其他节点检测到活动错误标志后发送“错误认可标志”。

（4）超载帧 由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧结束后开始。当接收方接收下一帧之前，需要过多的时间处理当前的数据，或在帧问空隙域检测到显性电平时，则导致发送超载帧。

（5）帧间空隙 位于数据帧和远地帧与前面的信息帧之间，由帧间空隙和总线空闲状态组成。帧间空隙是必要的，在此期间，CAN不进行新的帧发送，为的是CAN控制器在下次信息传递前有时间进行内部处理操作。当总线空闲时CAN控制器方可发送数据。
2.3 错误检验 为了提高抗干扰能力和数据的可靠性，采取了多种错误检测手段：发送监视、填充监视、CRC错、格式错、应答错误等。
2.4 总线访问控制要做到数据的实时处理，数据的高速传输是关键。对于工程机械中的具体节点而言，不仅需要高达1Mbit/s的通信速率，更需要在几个节点要竞争访问总线时正确定位哪个节点获得使用权。总线上的各种数据的延迟要求是不一样的，快速变化的物理量（如发送机的转速、路面的随机波动信号等）比慢时变的物理量（如温度、压力等信号）要求访问总线的频率大的多。当多个节点同时需要访问总线时，CAN控制器通过各种报文被赋予的优先权标示符及ID数的大小来仲裁谁先发送。。 p J-_4@y

3.2  CAN总线在汽车上的应用*F"o)w^0I5\"2O

1在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺汽车都将CAN作为控制器联网的手段。由于我国中高级轿车主要以欧洲车型为主，因此欧洲车应用最广泛的CAN技术，也将是国产轿车引进的技术项目。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kb/s，另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。D.W0QU1b

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j J)M D-`,M#F驱动系统CAN主要连接对象是发动机控制器（ECU）、ASR及ABS控制器、安全气囊控制器、组合仪表等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN主要连接对象是四门以上的集控锁、电动车窗、后视镜和厢内照明灯等。在信息社会中，有些先进的轿车除了上述两条总线，还会有第三条CAN总线，它主要负责卫星导航及智能通讯系统。
   目前，驱动系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间没有关系。工程师将逐步克服技术障碍，设置“网关”，在各个CAN之间搭桥实现资源共享，将各个数据总线的信息反馈到仪表板总成上的显示屏上。驾车者只要看看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。(q"M-qz?}
  一些汽车专家认为，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年数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。
   2现在汽车的电子控制装置越来越多，常见的有发动机的电子燃油电喷系统，电子油门系统，变速器的电子控制系统，方向机的速度感应系统和安全气囊感应装置，底盘的防抱死制动系统，电子防盗系统等，这些系统都有相应的ECU，因此一辆车上装配多个以上的ECU是很常见的事情，增加的ECU及其附带的通信设备必然会使整车电路繁琐复杂，线束多，重量大，成本高。为了减少通信设备及线束、插件等东西，减少成本和简化线路，就必须采用能够满足高速多路的复用通信系统，以共享方式传送多种控制信息。
[-?&G8`%[2E*sa-Cm  汽车内ECU之间的数据传输特征主要差别在于数据传输频率，例如发动机高转速运行时，进行的是高频数据传输，每隔几毫秒就传输一次，而在低转速运行时，进行的是低频数据传输，每隔几十毫秒乃至几百毫秒才传输一次。
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C 汽车上的数据总线（CAN）上的每个节点（ECU）都有自己的地址，连续监视着总线上发出的各种数据，当所收到的数据地址值与自身地址吻合，那么该节点就获得令牌（一种通信规约，此方法允许唯一获得令牌的一个节点有权发送数据，以防止两个或两个以上的节点同时传输数据引起混乱），每一个节点都有机会得到令牌，完成数据传输。
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~yrDF:S E8r[1]h 网关是连接不同网络系统的接口装置，它综合了桥接器和路由器的功能，汽车网关能对不同网络系统的不同通信“协议”进行翻译和解释，为处理多个ECU的核心CPU之间的通信提供的一种综合性接口，它必须具备从一个网络协议到另一个网络协议转换信息的能力，因此网关实际上是一个单片微型计算机。网关具有监视网络系统的功能，当一个网络频繁发生错误，网关会发出警报或进入中断状态，调查及处理总线出现的差错。

3．人们一直在追求汽车的安全性、舒适性、低污染性和低成本，为此开发出各种各样的电子控制系统，为了实现系统之间的工作联系并减少线束总量，车上控制器局域网络CAN（Controller Area Netwrk）的概念也就应运而生了。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车中协调工作，必须制定标准。按照ISO有关标准，CAN的拓朴结构为总线式，因此也称为CAN总线。(~8Rn'
为了降低成本，目前有一种CAN“经济型”的通讯网络系统产生，它就是LIN（Local Interconnect Networt），直译为局部互联网络。它是由宝马、大众、沃尔沃、摩托罗拉等欧洲汽车制造商及电子零件供应商为降低车载网络成本而提倡的一种串行通讯协议，它通过网关与CAN网络相联。3*?-c@(M R4x

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4 汽车区域网数据总线的故障诊断

4．1汽车电源系统引起的故障

4．1．1 故障产生机理

汽车多路信息传输系统的核心部分是含有通信IC芯片的电控模块ECM，电控模块ECM的正常工作电压在10.5-15.0V的范围内。如果汽车电源系统提供的工作的电压低于该值，就会造成一些对工作电压的电控ECM出现短暂的停止工作，从而使整个汽车多路信息传输系统短暂无法通信。这种现象就如同用微机故障诊断仪在未起动发动机时就已经设定好要检测的传感界面，当发动机起动时，往往微机故障诊断仪又回到初始界面。

4．1．2 故障实例分析

⑴故障现象  一上海别克轿车，在车辆行驶过程中时常出现转速表、里程表、燃油表和水温表指示为零的现象

⑵故障检测  用微机故障码诊断仪读取故障码，故障码中出现的各个电控模块均没有当前故障代码，而在历史故障代码中出现了多个故障代码。其中：安全气囊电控模块中出现U1040——失去与ABS电控模块的对话；U1000——二级功能失效；U1064——失去多重对话；U1016——失去与PCM的对话；仪表模块中出现U1016——失去与PCM对话；车身控制摸块中出现U1000——二级功能失效。

⑶故障分析与排除

经过故障代码的读取可以知道，该车的多路信息传输系统存在故障，因为在OBD-Ⅱ规定U字头的故障代码为多路信息传输系统的故障代码。通过查看该车的电源的电路图，发现上面的电控模块功用一根电源线，并且通过前围板。由于故障代码为间歇性的，一次断定可能是这根电源线发生间歇短路故障。

4．2汽车多路信息传输系统故障

对于汽车多路信息传输系统故障的维修，应根据多路信息传输系统的具体结构和控制线路具体分析。

4．2．1  故障形成机理

当多路信息传输系统的链路出现故障时，如：通信线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真，都会引起多个控制单元无法工作或电控单元无法工作或电控系统错误动作是多路信息传输系统无法工作。

判断是否为链路故障时，一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪观察通信信号是否与标准通信数据信号相符。

4．2．2  故障实例分析

⑴故障实例  一奥迪100轿车的电控自动空调系统早开关接通的情况下，鼓风机能工作，但是空调系统不制冷。

⑵故障检测   通过观察，发现空调压缩机的电磁离合器不吸合，但发动机工作正常。检查电磁离合器线路阻值，电阻值符合规定值，检查空调的控制单元的输出端没有输出信号。此时用读码仪读取发动机系统和空调系统的故障代码，均为无故障码。读取空调控制单元的数据流，发动机转速数据为零。由于发动机工作正常，因此发动机控制单元接收的发动机转速信号应该正确，检查发动机控制单元很空调控制单元之间的通信线路，发现两着之间的转速通信线的接脚变形造成链路断路，修复后接插件后故障排除。

4．3汽车多路信息传输系统的节点故障

4．3．1  故障形成机理

节点似乎汽车多路信息传输系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块ECM的故障。它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车多路信息传输系统通信出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法修理。硬件故障一般多路信息传输系统由于通信芯片或集成电路故障，造成汽车多路信息传输系统无法正常工作。