CAN技术在汽车上的应用研究.doc
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1、 南京理工大学Nanjing University of Science and Technology仪表智能化与自动测试技术课程论文CAN技术在汽车上的应用研究学院:自动化学院学号:1*姓名:*20*年12月20日CAN技术在汽车上的应用研究摘要:CAN总线技术已经在汽车上得到了广泛的应用,本文章首先介绍了CAN技术引入的原因以及国内外发展的现状与差别。进而介绍了CAN总线的通信模式和性能特点,并且介绍了CAN总线在大众汽车中的具体应用,最后对CAN未来的发展做出了展望。关键词:CAN总线、汽车引言汽车是现代化高速发展社会中人们普遍使用的交通工具,也是技术密集和资本密集的工业产品。几乎所有的
2、现代化科学技术都能在汽车技术中体现出来。从汽车技术的发展现状看,汽车电子技术是现代汽车发展的主要技术之一。汽车中各种功能的不断完善,使汽车电子控制单元越来越多,控制装置的数量和复杂性也不断增加,庞大的线束不但会占去大量的车内空间、增加系统成本,同时也降低了系统的可靠性和可维护性。尤其是微控单元引入后,车内的一些电子单元需要实时的交换信息,而传统的技术已经不能解决这种问题。传统的控制方案和布线方法已不能适应汽车技术发展的需要,繁琐的现场连线正在被单一简洁的现场总线网络所代替。而这其中,应用最为广泛的就是CAN总线技术。CAN ( Controller Area Network,CAN ) 即控制
3、器局域网络。 CAN最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。CAN已经形成国际标准(ISO11898),并已成为工业数据通信的主流技术之一。在北美和西欧,CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来,其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视,被广泛应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。CAN总线技术的应用大量减少了车体内线束的数量和控制器的接口数量,避免了过多线束存在的相互干涉、磨损等隐患,降低了汽车电气系统的故障发生率。 世界上
4、很多著名的汽车制造厂商,如奔驰,宝马、保时捷、劳斯莱斯等都已经采用CAN总线来实现汽车内部控制系统的数据通信。 在国内,完全引进国外技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用总线替代原有线束,帕萨特、宝来、菲亚特派力奥等车型也都不同程度地使用了总线技术,这些技术主要是以CAN总线技术为主,绝大部分应用在动力总线系统中,其核心技术仍掌握在国外的厂商手中。CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器,将汽车的各种行驶,状态数据发送到总线上,在这个信息共享平台上,凡是需要这些数据的接收端都可以从总线上读取需要的信息,一般来说,越是高端的汽车配备的CANBUS数量也就越多。CAN总线的通信模式和性能特点CA
5、N总线的通信模式 1 载波监测,多主掌控/冲突避免允许在总线上的任一设备有同等的机会取得总线的控制权来向外发送信息。如果在同一时刻有两个以上的设备欲发送信息,就会发生数据冲突,CAN总线能够实时地检测这些冲突情况并作出相应的仲裁而不会破坏待传之信息。“载波监测”的意思是指在总线上的每个节点在发送信息报文前都必须监测到总线上有一段时间的空闲状态。“多主掌控”的意思是一旦此一空闲状态被监测到,那么每个节点都有均等的机会来发送报文。“冲突避免”是指在两个以上节点同时发送信息时,节点本身首先会检测到出现冲突,然后采取相应的措施来解决这一冲突情况。此时优先级高的报文先发送,低优先级的报文发送会暂停。在C
6、AN总线协议中是通过一种非破坏性的仲裁方式来实现冲突检测。这也就意味着当总线出现发送冲突时,通过仲裁后原发送信息不会受到任何影响。所有的仲裁判别都不会破坏优先级高的报文信息内容,也不会对其发送产生任何的时延。 2 信息报文在传送时不是基于目的站点地址允许不同的信息以“广播”的形式发送到所有节点并且可在不改变信息格式的前提下对报文进行不同配置。 CAN总线是一个基于报文而不是基于站点地址的协议。也就是说报文不是按照地址从一个节点传送到另一个节点。CAN总线上报文所包含的内容只有优先级标志区和欲传送的数据内容。所有节点都会接收到在总线上传送的报文,并在正确接后发出应答确认。至于该报文是否要做进一步
7、的处理或被丢弃将完全取决于接收节点本身。同一个报文可以发送给特定的站点或许多站点,就看你怎样去设计你的网络和系统。基于报文的这种协议另外一个好处是新的节点可以随时方便地加入到现有的系统中,而不需对所有节点进行重新编程以便它们能识别这一新节点。一旦新节点加入到网络中,它就开始接收信息,判别信息标识,然后决定是否作处理或直接丢弃。 3 CAN总线是一种高速的,具备复杂的错误检测和恢复能力的高可靠性强有力的网络。CAN总线的特点概括如下:1 CAN为多主工作方式,网络上任意以节点均可在任意时刻主动的地向网络上其它节点发送信息,而不分主从。2 CAN网络上的节点信息分为不同的优先级,可满足不同的实时要
8、求,高优先级的数据最多可在134s内得到传输。3 CAN采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时向总线发送信息时,优先级较低的节点会主动退出发送,而最高优先级的节点可不受影响的继续传输数据。4 CAN程序通过报文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”。5 CAN的直线通信距离最长可达10km(速率5Kbps以下),通信速率最高可达1Mbps(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128个。报文标识符可达2032种(CAN2.0A),而扩展标准(CAN2.0B)的报文标识符几乎不受限制。7 采用短帧结构,传输时间
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