【检修知识】CAN通讯网在汽车中的利用研讨

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CAN通信网络在汽车中的应用研究1简介:CAN(控制器局域网)是德国bosch公司为解决现代汽车中众多控制和测试仪器之间的数据交换而开发的。 在国外，尤其是欧洲，can网络已经广泛应用于汽车上，如奔驰、宝马、保时捷、劳斯莱斯、捷豹等。 汽车对通信网络的要求现代汽车的典型控制单元包括电喷系统、电子传动系统、防抱死制动系统(abs)、防滑控制系统(asr)、废气再循环控制、巡航系统和空调系统，如图1所示。 图1汽车通信网络总线模式拓扑图在一个完善的汽车电子控制系统中，很多动态信息必须与车速同步。 为了满足各子系统的实时性要求，需要共享汽车的公共数据，如as/きだよよ0/转速、车轮转速、油门踏板位置等。 但是，由于数据更新速率和控制周期不同，每个控制单元的实时性要求也不同。 例如，如果一台8缸柴油发动机以2 400转/分的转速运行，则由电子控制单元控制的两次喷射之间的时间间隔为6.25毫秒 其中，喷油持续时间为30°曲柄角(2 ms)，在剩余的4 ms中，需要完成转速测量、油量测量、a/d转换、工况计算、执行器控制等一系列过程。 这意味着数据的发送和接收必须在1 ms内完成，这样才能满足柴油机电控的实时性要求。 这就要求它的数据交换网络是基于优先竞争模式的，它具有极高的通信速率。can现场总线就是为了满足这些要求而设计的。 不同的参数应该具有不同的通信优先级。表1列出了几个典型参数的允许响应时间。 表1最小典型参数容许响应时间典型参数容许响应time/きだよよきよよよきだよよきよきよよきききききき1 通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。 在诸如汽车/控制单元、传感器、防滑系统等应用中。，总线的最大比特率可达1 Mbit/s Can ray具有以下主要特点:a .基于优先级竞争的无损总线仲裁 B.可通过接收进行过滤的多地址帧传输 C.它具有错误检测和错误帧自动重传的功能。 D.数据传输模式可分为数据广播模式和远程数据请求模式。 3.2 can总线帧格式can和osi七层参考模式，依据ieee 802.2和ieee 802.3标准，其通信接口集成了can协议物理层和数据链路层的功能，可以完成通信数据的成帧处理，包括比特填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级等。 在该系统中，根据所携带的信息类型，数据可以分为四种帧格式:a .数据帧 用于在节点间传递数据，是网络信息的主体，其帧格式如图2所示。 数据帧由七个不同的位字段组成:帧开始、仲裁字段、控制字段、数据字段、crc字段、ack字段和帧结束。 数据段的长度可编程为0至8字节。 图2数据帧格式b .远程帧 由联机单元发送，用于请求发送一个标识相同的数据帧，其帧格式与数据帧基本相同，但没有数据字段。 C.错误帧 错误帧是检测总线错误的信号标志，由两个不同的字段组成。 第一个字段叠加了来自不同节点的错误标志，第二个字段是错误分隔符。 Can协议采用crc校验，并能提供相应的错误处理功能，保证数据通信的可靠性。 D.超载框架 它由过载标识符和过载限定符组成，指示逻辑链路控制层要求的内部过载状态，由于媒体访问控制层的一些错误情况，将开始发送。 扩展帧序列的延迟时间 3.3 can CAN数据链路控制系统，CAN总线以报文为单位传输数据，节点通过位仲裁访问总线。 消息始发节点标识符分为功能标识符(如速度信号)和地址标识符(如控制单元节点地址)。 can协议最大的特点是打破了传统的节点地址编码方式，扩展了通信数据块的编码方式。 通过这种方法，不同的节点可以同时接收相同的数据。 数据块的标识符可以用11位或29位二进制表示，即可以定义211或229种不同的数据类型。 即使对于未来更复杂的汽车控制网络，其容量也是足够的。 标识符的值越小，帧数据的优先级越高。 通过数据链路控制，每个接收机完成帧接收滤波，以确定帧数据是否有效。在实际的汽车应用中，一般采用非冗余的通信线路，can协议提供了强大的错误诊断机制，对保证数据通信的可靠性起着重要作用。 连接到总线的电子控制单元(ecu)的电路是通过can物理层实现的。在实际应用中，ecu的总数会受到总线上的电气负载的限制。 根据网络标准模型，物理层有三个功能:物理信号完成与比特表示、定时和同步相关的功能；物理媒体附件设备完成总线发送/接收功能，并提供总线故障检测方法；媒体相关接口完成了物理层的机械和电气接口。 4 can总线的应用及其接口设计4.1汽车网络的设计除了命令和请求信息，汽车的一些基本状态信息(如as/きだよよよよ0/转速、轮速、冷却水温度等)是大多数控制单元必须获取的数据，控制单元通过广播发送到总线。 如果所有控制单元同时向总线发送数据，就会出现总线数据冲突。此时，can总线协议提出总线仲裁，用标识符来标识数据优先级。 表2列出了汽车每个电子控制单元产生和发送的数据类型，以及其他单元共享该信息的程序。 表2汽车各电控单元产生和发送的数据类型优先信号类型电子燃油喷射系统电子传动系统abs系统asr系统废气再循环系统空调系统1实际喷油量发送和接收—— 2/きだよよ 0/发送、接收、接收、接收3燃油设定、接收、发送、4轮速接收、接收、发送和接收、5油门踏板位置发送和接收。接收-6传动比接收发送-接收接收-7怠速设定接收-发送发送发送8冷却液温度发送接收-接收9气温发送-接收从表2中可以看出，油位位置和转速信号由于实时性要求强，直接影响动力性、经济性和排放性能，因此具有较高的优先级of/きだよよ 0/。 4.2 can接口设计本研究将can总线成功应用于电控柴油机标定系统中，can标准接口由单片机系统和can控制器组成。 目前can总线芯片种类繁多，如飞利浦sja1000、intel82526、摩托罗拉68hc05、西门子c167c等。 在电路设计中，选用sja1000作为can控制器芯片，微处理器提供ecu的应用层。 can控制器sja1000连接各种类型的微处理器，可以完成物理层和数据链路层的功能，适用于汽车和一般工业环境，不仅可以减少接线，还可以增强诊断和监控能力。 can节点通信接口的硬件设计如图3所示。 设计中分别引出微处理器的地址线、数据线和控制线，通过地址分配和片选操作can控制器sja1000。 总线数据信号采用高速线性光耦6n137隔离，电源信号采用++5 v DC-DC隔离模块，增强了系统硬件的抗干扰措施。 在图3中，82c250是can控制器与物理层总线的接口，具有抗汽车环境瞬时干扰和保护总线的能力。 该器件可以向总线提供差分传输能力和差分接收能力，完全兼容iso/dis11898标准。 图3图3 3 can接口的硬件电路设计当接收到通过滤波验收的数据报文时，会有两种工作模式。 一种是查询模式，查询接收状态位置高，表示接收缓冲区有数据；另一种是中断模式，如果接收到的中断的open位被允许，则产生一个触发中断。 Sja1000内部有一个64位的接收缓冲区，可以在一定程度上缓存总线数据。 通常，系统通过主程序查询方式处理接收到的数据，通过广播方式发送。对于特殊数据，采用远程框架应用方式，更有利于程序对多个任务的结构化管理。程序流程如图4所示。 图4通信程序流程can总线具有通信速率高、可靠性高、连接方便、性价比高等优点。 此外，can应用系统的设计基于国际标准(iso 11898)，各厂商的控制器都有标准的输入/输出接口，因此网络是一个开放、灵活的系统，可以自由增加或减少控制器节点，而不需要所有节点及其应用层改变任何软硬件。 结论为了充分发挥电子控制单元在汽车控制中的作用，can通信网络为全局最优控制提供了条件。 实际应用表明，can总线与其他通信方式相比具有明显的优势:a .组网自由，扩展性强，对于复杂的汽车网络具有很强的优势；b .可以根据数据内容确定通信优先级，解决了实时性和分享速度的问题；c .自动错误定义功能简化了电子控制单元对通信的操作。 D.由于数据通信协议的标准化和开放性，本文的接口电路具有一定的推广意义。 此外，can网络还用于汽车车身检测系统，被很多工业控制系统采用，尤其是传输速率高，实时性和可靠性要求高的场合。是一种非常有效的沟通方式。