1、汽車總線系統(tǒng),藍(lán)海汽修學(xué)校,1,為什么采用數(shù)據(jù)總線,我們知道，汽車每個(gè)電腦之間有許多信號(hào)需要傳遞，一個(gè)信號(hào)需要兩條導(dǎo)線構(gòu)成回路，雖然所有信號(hào)的對(duì)地端可以采用一條公共導(dǎo)線，但隨著傳遞信號(hào)的增多會(huì)使兩塊電腦之間連接線的數(shù)量越來越多，這樣會(huì)帶來電控單元針腳數(shù)增多、線路制作復(fù)雜、故障率增加、維修困難。,2,2 什么是數(shù)據(jù)總線,一輛汽車不管有多少塊電控單元，不管信息容量有多大，每臺(tái)電控單元都引出兩條線共同接在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上，這兩條導(dǎo)線就稱作數(shù)據(jù)總線。以前各電控單元之間好比有許多人騎著自行車來來往往，現(xiàn)在是這些人乘坐公共汽車，公共汽車可以運(yùn)輸大量乘客，故數(shù)據(jù)總線亦稱BUS線,3,3 什么是CAN協(xié)議,電子計(jì)算

2、機(jī)網(wǎng)絡(luò)用電子語(yǔ)言來說話，各電控單元必須使用和解讀相同的電子語(yǔ)言，這種語(yǔ)言稱“協(xié)議”，汽車電腦網(wǎng)絡(luò)常見的傳輸協(xié)議有數(shù)種。寶來車裝用博世公司產(chǎn)品，數(shù)據(jù)總線采用CAN協(xié)議，這個(gè)協(xié)議是由福特、Internet、博世公司共同開發(fā)的高速汽車通信協(xié)議。CAN是Controller Area Network（控制單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）的縮寫，意思是控制單元通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。,4,CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn),數(shù)據(jù)總線與其它部件組合在一起就成為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是： a、將傳感器信號(hào)線減至最少，使更多的傳感器信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞； b、電控單元和電控單元插腳最小化應(yīng)用，節(jié)省電控單元的有限空間； c 、如果

3、系統(tǒng)需要增加新的功能，只需軟件升級(jí)即可； d、各電控單元對(duì)所連接的CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)故障該電控單元會(huì)存儲(chǔ)故障碼； e、CAN數(shù)據(jù)總線符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，便于一輛車上不同廠家生產(chǎn)的電控單元進(jìn),5,主要車載網(wǎng)絡(luò)基本情況,CAN（Controller Area Network) Controller：控制器 Area：區(qū)域 Network：網(wǎng)絡(luò) 車身/動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制用協(xié)議，最有可能成為世界標(biāo)準(zhǔn)的車用協(xié)議 通信速度：1Mbit/s,6,VAN,VAN(Vehicle Area Network) 車用系統(tǒng)控制用LAN協(xié)議，以法國(guó)為中心 通信速度：1Mbit/s 開發(fā)單位：ISO,7,MOST,M

4、OST(Media Oriented System Transport) Media：媒體 Oriented：導(dǎo)向 System：系統(tǒng) Transport：傳輸 信息系統(tǒng)通信協(xié)議 以歐洲為中心，由克萊斯勒與BMW公司推動(dòng) 通信速度：22.5Mbit/s,8,LIN,LIN（local interconnect network) Local：局部 Interconnect：互聯(lián) Network：網(wǎng)絡(luò) 車身系統(tǒng)控制用LAN協(xié)議 通信速度：10.441.6Kbit/s 低成本串行通信系統(tǒng)，單線連接,9,Byteflight 重視安全、按用途分類的控制用LAN協(xié)議 通信速度： 10Mbit/s BWM

5、公司,10,FlexRay 重視安全、按用途分類的控制用LAN協(xié)議 通信速度：5Mbit/s BMW公司 Daimler-Chrysler,11,總線系統(tǒng)構(gòu)成,1.控制單元 2.數(shù)據(jù)總線 3.網(wǎng)絡(luò) 4.架構(gòu) 5.通信協(xié)議 6.網(wǎng)關(guān),12,Audi C6數(shù)據(jù)總線系統(tǒng),C5 網(wǎng)絡(luò) 21 個(gè)聯(lián)網(wǎng)控制單元 3個(gè)總線系統(tǒng) 通過 K 線和 L 線診斷,C6 聯(lián)網(wǎng) 最多81個(gè)控制單元 18個(gè)總線系統(tǒng) 通過CAN總線進(jìn)行診斷,C6,13,Audi C6數(shù)據(jù)總線系統(tǒng),14,Audi C6數(shù)據(jù)總線系統(tǒng) 舒適系統(tǒng),15,寶馬E85,16,17,CAN通信技術(shù)概述,CAN ( Controller Area Netw

6、ork ) 即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN越來越受到人們的重視。國(guó)外已有許多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。 CAN最初是由德國(guó)的BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。現(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)、注油控制，加速、剎車控制(ASC)及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)(ABS)等。由于這些控制需檢測(cè)及交換大量數(shù)據(jù)，采用硬接信號(hào)線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用CAN總線上述問題便得到很好地解決。,18,CAN總線特點(diǎn),CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填

7、充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。 CAN總線特點(diǎn)如下： （1）可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。 （2）網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)（信息）可分成不同的優(yōu)先級(jí),可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。 （3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。,19,CAN總線特點(diǎn),（4）可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。 （5）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5Kbps以下）。 （6）通信速率最高可達(dá)1MB/s（

8、此時(shí)距離最長(zhǎng)40m）。 （7）節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。 （8）采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。 （9）每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 （10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可，無(wú)特殊要求。 （11）節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響,20,CAN的發(fā)展背景及其應(yīng)用情況,CAN的起源 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車的要求不斷提高，這些要求包括：極高的主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性；乘坐的舒適性；駕駛與使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。 在汽車設(shè)計(jì)中運(yùn)用微處理器及其電控技術(shù)是滿足

9、這些要求的最好方法，而且已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。目前這些系統(tǒng)有：ABS（防抱系統(tǒng)）、EBD（制動(dòng)力分配系統(tǒng)）、EMS（發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)）、多功能數(shù)字化儀表、主動(dòng)懸架、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)和自動(dòng)CD 機(jī)等,21,汽車電子技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)：,汽車電子控制技術(shù)從單一的控制逐步發(fā)展到綜合控制，如點(diǎn)火時(shí)刻、燃油噴射、怠速控制、排氣再循環(huán)。 電子技術(shù)從發(fā)動(dòng)機(jī)控制擴(kuò)展到汽車的各個(gè)組成部分，如制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、自動(dòng)變速系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)等。 從汽車本身到融入外部社會(huì)環(huán)境。,22,現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的分類：,單獨(dú)控制系統(tǒng)：由一個(gè)電子控制單元（ECU）控制一個(gè)工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)

10、變速器等。 集中控制系統(tǒng)：由一個(gè)電子控制單元（ECU）同時(shí)控制多個(gè)工作裝置或系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)。如汽車底盤控制系統(tǒng)。 控制器局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CAN總線系統(tǒng)）：由多個(gè)電子控制單元（ECU）同時(shí)控制多個(gè)工作裝置或系統(tǒng)，各控制單元（ECU）的共用信息通過總線互相傳遞。,23,24,帶有三個(gè)中央控制單元的車,25,帶有三個(gè)中央控制單元和總線系統(tǒng)的車,26,帶有三個(gè)中央控制單元的CAN驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò),27,28,車用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展原因,電子技術(shù)發(fā)展-線束增加 線控系統(tǒng)（X-BY-WIRE） 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用 智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用,29,汽車發(fā)展帶來的問題,（1）汽車電子技術(shù)的發(fā)展汽車上電子裝置越來越多汽車的整體布置

11、空間縮小 （2）傳統(tǒng)電器設(shè)備多為點(diǎn)到點(diǎn)通信導(dǎo)致了龐大的線束 （3）大量的連接器導(dǎo)致可靠性降低。 粗大的線束與汽車中有限的可用空間之間的矛盾越來越尖銳，電纜的體積、可靠性和重量成為越來越突出的問題，而且也成為汽車輕量化和進(jìn)一步電子化的最大障礙，汽車的制造和安裝也變得非常困難。 （4）存在冗余的傳感器。,30,Vo l v o 汽車近三十年來線束增長(zhǎng)的情況,31,車用網(wǎng)絡(luò)：通過總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)相互之間的信息共享，既減少了線束，又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個(gè)系統(tǒng)，使汽車性能達(dá)到最佳。,32,汽車網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn),布線簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，節(jié)約銅材，降低成本。 可靠性提高，可維

12、護(hù)性大為提高 實(shí)現(xiàn)信息共享，提高汽車性能 滿足現(xiàn)代汽車電子設(shè)備種類功能越來越多的要求 總之，使用汽車網(wǎng)絡(luò)不僅可以減少線束，而且能夠提高各控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，減少冗余的傳感器及相應(yīng)的軟硬件配置，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的資源共享，便于集中實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的在線故障診斷。,33,CAN技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)80年代，Bosch的工程人員開始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車工程的要求。參加研究的還有Mercedes-Benz公司、Intel公司，還有德國(guó)兩所大學(xué)的教授。 1986年， Bosch在SAE（汽車工程人員協(xié)會(huì)）大會(huì)上提出了CAN 1987年，INTEL就推出了第一

13、片CAN控制芯片82526；隨后Philips半導(dǎo)體推出了82C200。 1993年，CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898公布 從此CAN 協(xié)議被廣泛的用于各類自動(dòng)化控制領(lǐng)域,34,1992年，CIA（CAN in Automation）用戶組織成立，之后制定了第一個(gè)CAN應(yīng)用層“CAL”。 1994年開始有了國(guó)際CAN學(xué)術(shù)年會(huì)（ICC）。 1994年美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)以CAN為基礎(chǔ)制定了SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，用于卡車和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò)。 到今天，幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車上都有CAN；高級(jí)客車上有兩套CAN，通過網(wǎng)關(guān)互聯(lián)；1999年一年就有近6千萬(wàn)個(gè)CAN控制器投入使用；2000年銷售1億多CA

14、N的芯片；2001年用在汽車上的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過1億個(gè) 。 但是轎車上基于CAN的控制網(wǎng)絡(luò)至今仍是各大公司自成系統(tǒng)，沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。,35,基于CAN總線的汽車電器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),36,目前汽車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN： 一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN，速率達(dá)到500kb/s。主要面向?qū)崟r(shí)性要求較高的控制單元，如發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等 另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN，速率是100kb/s。主要是針對(duì)車身控制的，如車燈、車門、車窗等信號(hào)的采集以及反饋。其特征是信號(hào)多但實(shí)時(shí)性要求低，因此實(shí)現(xiàn)成本要求低。,37,38,39,Canbus采用雙絞線自身校驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，既可以防止電磁干擾對(duì)傳輸信息的影響，也

15、可以防止本身對(duì)外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線，控制器輸出的信號(hào)同時(shí)向兩根通訊線發(fā)送，高低電平互為鏡像。并且每一個(gè)控制器都增加了終端電阻，已減少數(shù)據(jù)傳送時(shí)的過調(diào)效應(yīng)。,40,41,42,當(dāng)車輛使用診斷CANBUS總線結(jié)構(gòu)后，VAS5051等診斷儀器必須使用相對(duì)應(yīng)的新型診斷線（VAS5051/5A或VAS5051/6A）, 否則無(wú)法讀出相應(yīng)的診斷信息。另外，車上的診斷接口也作出了相應(yīng)的改動(dòng)，具體信息看如下圖表： 注：5051儀器的版本號(hào)必須大于3.0以上 才能使用診斷CANBUS總線。新型診斷線能夠適用于舊型診斷接口。,針腳號(hào) 對(duì)應(yīng)的線束 1 15號(hào)線 4 接地 5 接地 6 CANBUS(高） 7 k線 14 CANBUS(低） 15 L