清华大学教程CAN总线原理及应用.pdf

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清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.1CAN总线原理及应用通用匹配标定方法原理及方案匹配标定工具使用方法匹配标定流程简介大纲大纲清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.CAN总线原理及应用总线原理及应用清华大学汽车工程系2010.07清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.3车载总线技术车载总线技术清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.4传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。

据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点达1500个据统计，该数字大约每十年增长11倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限的空间之间的矛盾。

无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都将不能适应汽车的发展。

车载总线技术车载总线技术清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.5随着电控技术的发展，车用电气设备越来越多从发动机到变速器从行驶、制动、转向系统到安全保证系统及仪表报警系统从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力汽车电气系统形成了一个庞大的系统并且对这些部件的控制都集中在驾驶室内车载总线的需求越来越迫切，也越来越重要车载总线技术车载总线技术清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.6车载总线车载总线技术技术X-by-Wire清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.7SAE对通讯速度级别的定义CLASSA：

速度：

10Kb/s：

用于智能型的传感器和执行器，主要目的是为了降低车上线束的总量。

车载总线技术车载总线技术执行器1DriverCircuit传感器1AmplifierCircuit执行器2DriverCircuit传感器2AmplifierCircuit清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.8SAE对通讯速度级别的定义CLASSA：

速度：

10Kb/s：

用于智能型的传感器和执行器，主要目的是为了降低车上线束的总量。

CLASSB:

10Kb/s速度100Kb/s：

用于部件之间的信息交互，非实时控制以及对外通讯。

可以减少多余的传感器、各部件之间的参数传递。

存在多个节点的之间的通讯问题。

车载总线技术车载总线技术发动机的ECU自动变速箱的ECU清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.9SAE对通讯速度级别的定义CLASSA：

速度：

10Kb/s，用于智能型的传感器和执行器，主要目的是为了降低车上线束的总量。

CLASSB：

10Kb/s速度100Kb/s，用于部件之间的信息交互，非实时控制以及对外通讯。

可以减少多余的传感器、各部件之间的参数传递。

存在多个节点的之间的通讯问题。

CLASSC：

100Kb/s速度1Mb/s，主要用于分布式控制系统，尤其是实时控制系统中的高速数据传输。

典型的通讯方式CAN。

CLASSD：

1Mb/s速度136Bits扩展帧位长度64128Bits=156BitsCAN报文结构报文结构清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.35基于位的仲裁机制基于位的仲裁机制能解决一切可能的总线冲突能解决一切可能的总线冲突显性位（逻辑状态显性位（逻辑状态0）比隐形位（逻辑状态）比隐形位（逻辑状态1）优）优先级高先级高节点0节点1节点2逻辑状态时序节点节点2最终赢得了对总线的最终赢得了对总线的占用权占用权节点节点0和和1自动变为接收消息自动变为接收消息状态状态节点节点0和和1在总线状态允许时在总线状态允许时可重新发送消息可重新发送消息清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.3636123BUSListenBUSCANArbitration1231Stop3StopDominantRecessive基于位的仲裁机制基于位的仲裁机制清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.37基于位的仲裁机制基于位的仲裁机制清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.38CAN报文结构报文结构远程帧由6个不同的位场组成：

清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.39错误帧由2个不同的位场组成不同站提供的错误标志（ERRORFLAG）的叠加错误界定符CAN报文结构报文结构清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.40错误帧由2个不同的位场组成过载标识过载界定符CAN报文结构报文结构清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.41ISO和SAE并没有具体定义应用层协议欧洲的CANopen美国的DeviceNet、SAEJ1939法国的VANCAN总线应用层总线应用层清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.42CAN是一种多主串行通讯总线，支持分布式实时控制的通讯网络。

通讯介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。

在汽车发动机控制部件、智能传感器及ABS等车辆稳定性控制等系统中应用，位速率最大可达1Mbps。

与一般的通讯总线相比，CAN总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可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，且无需站地址等节点信息。

利用这一点可方便地构成多机备份系统。

CAN总线的特点总线的特点清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.43通过定义CAN的节点优先级高低，可满足不同的实时要求。

目前，其节点数最多可达110个；CAN2.0A标准标示符可达2032种，而扩展标准CAN2.0B的标示符几乎不受限制。

CAN采用无损仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级低的节点主动退出发送，最高优先级的节点不受影响继续传输数据，节省总线冲突的仲裁时间。

CAN采用短帧结构传送信息，传输时间短，受干扰概率低，且每帧都有CRC校验具有极强的检错能力。

CAN总线的特点总线的特点清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.44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收数据，无需专门的“调度”。

CAN总线的特点总线的特点清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.45车载网络的具体实施方案CAN/LIN总线混合控制的网络架构。

高速CAN能满足面向高速实时闭环控制的多路传输LIN开发成本低CAN总线分类，分别用于传输不同的数据内容CAN驱动装置数据总线系统CAN舒适模式数据总线系统LIN总线作用：

CAN节点的下层拓扑结构，辅助完成信息传输，即将LIN拓扑结构作为CAN节点的功能扩展来实现局部控制。

CAN总线的应用总线的应用清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.46High-CAN总线速度为500kbps或250kbps，传送驱动装置数据，连接对安全较重要的控制单元。

如：

转向角传感器、ABS、自动变速器、SRS和发动机等的控制单元。

Low-CAN总线速度为250kbps或125kbps，传输舒适模式数据，连接空调、四个车门及后备箱的控制单元等。

LIN总线速度为20kbps，扩展舒适模式，数据总线节点功能，连接电机、开关、传感器和车灯等。

如：

各车门电控车窗、左右后视镜、后备箱锁、仪表板指示灯及转向柱局部控制开关等。

CAN总线的应用总线的应用清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.47车载总线结构布局示意CAN总线的应用总线的应用清华大学汽车工程系TsinghuaUniversity,DepartmentofAutomotiveEngineering.48