CAN总线在汽车车身控制中的应用.pptx

概 述n 随着汽车行业的不断发展，尤其是汽车电子技术的快速发展，使得车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统的控制，从行驶、制动、转向系统到安全保证系统及仪表报警，从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电气系统形成了一个庞大的系统。传统的布线形式已经不能满足现代汽车高速智能化的发展。在现代汽车工作过程中，汽车上几十甚至上百块的电子控制单元不断接受外界传感器的信号，然后发出指令去控制执行器的动作，因而满足各系统对数据的实时性的要求、提高控制单元间通讯可靠性和降低导线成本已成为迫切需要解决的问题。为此以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了CAN总线协议，并使其成为国际标准（ISO11898）。CAN总线又称为汽车总线，其全称为“控制器局域网（CAN-Controller Area Network）”，是一种串行 多主站控制器 局域网 总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络成本低。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。串行（serial）通讯，每个字符的二进制位按位排列进行传输，传输距离相对较远，鼠标口和USB口都是串行端口；并行（parallel）通讯，每个字符的二进制位使用多条数据线同时进行传输，传输速度相对要快些，但传输距离相对不能太远，计算机内部数据传输一般都是采用这种方法，标准打印口是属并行端口。各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有信息和资源，达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和维护性、降低成本，更好地匹配和协调各个控制系统的目的。CAN总线技术简介 对于汽车上的众多电控单元而言，如果按照传统的汽车数据传输方式建立数据传递将是一个庞大的数据网络（如图1-1所示），这样的网络不仅效率底，故障率高，而且功能局限性大，无法实现功能的升级和多个系统的同步协调。图1-1 传统方式数据传递示意图 CAN串行总线系统（如图1-2所示），把车辆上相关控制器都联系起来，实现了各种控制器的相互通信，做到了全车信息及时共享。CAN不仅减少了直接线束的连接，使整车线束布置紧凑，车辆更安全。同时，也确保了整车在行驶过程中各个部件之间的匹配达到最佳状态，使故障率大大降低，安全性能大大提高。图1-2 CAN数据总线传递方式示意图 CAN总线技术的特点及优点 1 CAN总线的特点 CAN作为一种多主总线，支持分布式实时控制的通信网络。在汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用中，总线的位速率最大可达1Mbit/s。CAN总线属于总线式串行通信网络，由于其采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可以概括如下：1)CAN为多主方式工作，网络上任一节点均在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，利用这一点可方便地构成多机备份系统。2)CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134us内得到传输。中断源：是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1，片内串行口中断TI或RI中断处理分为四个阶段 1、保存被中断程序的现场 2、分析中断源，判断中断原因 3、转去执行相应的处理程序 4、恢复被中断程序现场，继续执行被中断程序。3)CAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术，当两个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而高优先级的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突。按节点类型分成不同的优先级，可满足不同的实时要求4)CAN只需通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据，无需专门的“调度”。5)CAN采用NRZ（非归零制编码方式）编码，直接通信距离最远可达10km（5Kbit/s）；通信速率最高可达1Mbit/s（此时通信距离最长为40m）。6)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；标识符可达2032种（CAN2.0A），而扩展标准（CAN2.0B）的标识符几乎不受限制。7)采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率底，具有极好的检错效果。8)CAN的每帧信息都有CRC（一种校验码）校验及其他检错措施，保证数据出错率极低。9)CAN的通信介质可分为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。10）CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。2 CAN总线的优点 n1）数据共享减少了数据的重复处理，节省了成本。例如，在传统的布线形式中，自动变速器、空气悬架、巡航定速控制等都会用到车速数据，结果这些电控单元内部都有一套处理电路，浪费了资源。而采用总线技术后，各控制单元都可以从总线上获得车速数据，减少车身布线，进一步节省了成本。由于采用总线技术，模块之间的信号传递仅需要两条信号线，使布线局部化。车上除掉总线外，其他所有横贯车身的线都不再需要了，节省了布线成本。2）具有诊断错误的能力和自动恢复能力，节省了生产维护成本。比如通过适当的CAN分析模块可以对总线系统进行诊断，如传感器的故障诊断、车灯的故障诊断、各个模块的诊断以及线路连接间的诊断等。对于总线内部的错误，总线系统可以通过自身软件进行自动恢复。而非总线车辆，一旦出现故障，要依赖人工对复杂线束逐个测量，而且需要对相关电器依次测定，整个过程非常费时费力。3）各电控单元对所连接的CAN总线进行实地监测，当出现故障时电控单元会存储故障码。4）使用小型控制单元及小型控制单元插孔，可节省空间。5）总线的利用率高。数据传输距离较长，可达10km，数据的传输率高，可达1Mbit/s。6）CAN总线具有线间干扰小、抗干扰能力强的优点。7）价格占有绝对的优势。随着CAN的批量推广，其成本会进一步降低。8）CAN总线符合国际标准，因此可应用于不同型号控制单元间的数据传输。CAN 总线在车身控制中的应用 1 车身系统的CAN控制设计 11.CAN总线网络系统架构 现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块（包括照明指示和车窗、刮雨器等）、防抱死制动系统（ABS）防滑控制系统（ASR）等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如右图所示。2 舒适CAN数据总线 n 舒适CAN数据总线连接一般连接五块控制单元，包括中央控制单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据传递一般具有五个功能：中央门锁控制、电动车窗控制、照明开关控制、后视镜加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式会聚一点。这样做的好处是：如果一个控制单元发生故障，其他控制单元仍可发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数量减少，线路变的简单。如果线路中某处出现对地短路，对正级短路或线路间短路，CAN系统会立即为应急模式运行或转为单线模式运行。四个车门控制单元都是中央控制，只需较少的自诊断线。3 CAN总线在汽车安全上的应用n 随着安全性能日益受到重视，安全气囊也将逐渐增多，以前是在驾驶员前面安装一个，今后侧面与后座都会安装安全气囊，这些气囊通过传感器感受碰撞信号，通过CAN总线将传感器信号传送到一个中央处理器内，控制各安全气囊的启动弹出动作。同时，先进的防盗设计也正基于CAN总线网络技术。首先，确认钥匙合法性的校验信息通过CAN网络进行传递，改进了加密算法，其校验的信息比以往的防盗系统更丰富；其次，车钥匙、防盗控制器和发动机控制器相互储存对方信息，而且在校验码中搀杂随机码，无法进行破译，从而提高防盗系统的安全性。而这些功能的实现无一不借助CAN总线来完成，CAN总线成为汽车智能化控制的“定海神针”。CAN前景展望n CAN协议已经有15年的历史，但它仍处在改进之中。从2000年开始，一个有数家公司组成的ISO任务组织定义了一种时间触发CAN报文传输的协议，此协议定义为“时间触发通信的CAN（TTCAN）”。计划在将来被标准化为ISO11898-4。目前这个CAN的扩展已经在硅片上得以实现。不仅可以实现传输时间触发的报文，也可以实现传输事件触发的报文 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、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据报道，中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司试装成功，并进行了初步试运行。在上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引入了CAN总线技术。在国外，汽车总线技术已经基本形成了统一的标准，硬件接口也已统一，芯片也已定型、量产。目前国内许多汽车电子厂商都在开发CAN总线系统，各个产品正在陆续推出。但总的来说，CAN总线技术在我国汽车工业中的应用尚处于试验和起步阶段，国内在技术、设计和应用上进行网络总线的“深造”势在必行，相信总线系统在中国的普及应用为期不远。