论文部分内容阅读
摘要：论文主要阐述CAN总线的产生发展，重点研究CAN用在汽车上的优越性及发展前景，讨论了在汽车上的总体设计方案，并通过其在汽车前照灯上的应用具体说明了CAN在汽车上的应用。最后。结合现状讨论了CAN在汽车上的应用前景。
关键词：CAN传输应用发展
一、CAN总线简述
（一）CAN总线产生与发展
控制器局部网（CAN-CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。
由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了CAN技术规范（VERSION 2.0）。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具一数字信息交换一高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（IS011898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。
（二）CAN总线特点
CAN总线是一种多主总线，通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。
（1）CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。
（2）CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其他校验措施，数据出错率极低。
（3）CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响。
（4）CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活。
（5）CAN总线最大传输速率可达1Mb/s（此时通信距离最长为40re），直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）。
（6）CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）可达110个，而在扩展帧（29位报文标识符）其个数几乎不受限制。
如前所述，各节点直接挂接在总线上，从而构成了多主机结构，即每一个节点都是一个主机，因而CAN是一种多主方式的串行通信总线。CAN能够使用多种物理介质，如差分驱动平衡绞线，单线，光纤等。最常用的就是双绞线。总线上的数据可具有两种互补的逻辑值之一，显性和隐性。显性表示为逻辑“0”，隐性表示为逻辑“1”。在ISO的标准中两条总线上的电平如表一所示。如果总线上的两个控制器同时向总线上发送显性电平和隐性电平，则总线上始终是显性电平。
在CAN总线中，以报文为单位进行信息传递且各节点使用相同的位速率。CAN总线上任意两个节点之间的最大通信距离与位速率有关，表二列出了相关数据。这里的最大通信距离指的是同一总线上两节点问的距离。
CAN实现总线分配的方法，可保证当不同的站申请总线存取时，明确地进行总线分配。这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送数据时产生的碰撞问题。不同于Ethemet网络的消息仲裁，CAN的非破坏性解决总线存取冲突的方法，确保在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情下，以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。虽然总线的传输能力不足，所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。在CSMA/CD这样的网络中，如Ethemet系统往往由于过载而崩溃，而这种情况在CAN中不会发生。
（三）CAN总线的组成
CAN数据总线由一个控制器，一个收发器，两个数据传输终端以及两条数据线组成。除数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部。控制单元功能不变。
（1）CAN控制器
CAN控制器是用来接收控制单元中微电脑传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往CAN收发器。同样CAN控制器也接收CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微电脑。
（2）CAN收发器
CAN收发器将CAN控制器传来的數据转化为电信号并将其送入数据传输线。它也为CAN控制器接收和转发数据。
（3）数据传输终端
数据传输终端是一个电阻器，其作用是防止数据在线端被反射，并以回声的形式返回。数据在线端被反射会影响数据的传输。
（4）数据传输线
数据传输线是双向对数据进行传输的。两条传输线分别被称为CAN高线和CAN低线。为了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN总线将两条线缠绕在一起。
这两条线的电位相反，如果一条是5V，另一条就是0V，始终保持电压总和为一常数。通过这种方法，CAN数据总线得到了保护，使其免受外界的电磁场干扰。
二、CAN数据总线的传输原理
图一为电动汽车CAN总线系统原理框图。该CAN总线系统由中央控制器，电池管理系统，电机控制系统，制动控制系统，仪表控制系统组成。各个控制器之间通过CAN总线进行通信，以实現传感器测量数据的共享以及控制指令的发送和接收等，并使各控制器的控制性能都能有所提高，从而提高系统的控制性能.通信的信息类型为信息类和命令类.信息类主要是发送一些信息，如传感器信号，诊断信号，系统的状态。命令类则主要是发送给其他执行器的命令。通信有以下主要内容。
1、车辆起动时的自检。中央控制器负责向各个模块发送自检命令，并收集各个模块的返回信息，通过分析处理，及时地发现问题，解决问题。
2、加速过程通信。加速操作时，中央控制器采集加速踏板信号，根据控制策略，通过CAN总线设置电机转速，电池管理系统等参数。
3、制动过程通信。制动过程中，制动踏板信号直接下传到ABS控制器，同时通过CAN总线上传到中央控制器。中央控制器根据控制规划，通过CAN总线设置电机转速，电池管理系统等参数。
4、周期性数据刷新通信。电机控制器采集电机的电枢电流，电机转速等信息，判断是否缺相，接收设定转速；电池管理控制器采集电池温度，荷电状态等信息；接收是否充电指令及充电门限系数；制动控制器采集车轮转速信息，接收执行制动指令；仪表控制器采集并显示电机转速，车速，电池的荷电状态值等信息。
5、运行过程中监控。在车辆运行过程中，检测总线上数据帧的收发情况，及时发现总线异常，自动做出紧急处理，甚至向驾驶员发出警报。
三、CAN总线前景展望
“汽车电子业最大的热点就是网络化。”一位业内人士如此描述汽车网络的应用前景。德尔福电子与安全部中国工程经理许向东指出，随着排放法规的驱动以其在线诊断的需要，通过CAN总线将各系统中的诊断总线连接在一起，通过ECU软件来实时诊断与维修。并且，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。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。
关键词：CAN传输应用发展
一、CAN总线简述
（一）CAN总线产生与发展
控制器局部网（CAN-CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。
由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了CAN技术规范（VERSION 2.0）。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具一数字信息交换一高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（IS011898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。
（二）CAN总线特点
CAN总线是一种多主总线，通信速率可达1MBPS。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。
（1）CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。
（2）CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其他校验措施，数据出错率极低。
（3）CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响。
（4）CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活。
（5）CAN总线最大传输速率可达1Mb/s（此时通信距离最长为40re），直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）。
（6）CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）可达110个，而在扩展帧（29位报文标识符）其个数几乎不受限制。
如前所述，各节点直接挂接在总线上，从而构成了多主机结构，即每一个节点都是一个主机，因而CAN是一种多主方式的串行通信总线。CAN能够使用多种物理介质，如差分驱动平衡绞线，单线，光纤等。最常用的就是双绞线。总线上的数据可具有两种互补的逻辑值之一，显性和隐性。显性表示为逻辑“0”，隐性表示为逻辑“1”。在ISO的标准中两条总线上的电平如表一所示。如果总线上的两个控制器同时向总线上发送显性电平和隐性电平，则总线上始终是显性电平。
在CAN总线中，以报文为单位进行信息传递且各节点使用相同的位速率。CAN总线上任意两个节点之间的最大通信距离与位速率有关，表二列出了相关数据。这里的最大通信距离指的是同一总线上两节点问的距离。
CAN实现总线分配的方法，可保证当不同的站申请总线存取时，明确地进行总线分配。这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送数据时产生的碰撞问题。不同于Ethemet网络的消息仲裁，CAN的非破坏性解决总线存取冲突的方法，确保在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情下，以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。虽然总线的传输能力不足，所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。在CSMA/CD这样的网络中，如Ethemet系统往往由于过载而崩溃，而这种情况在CAN中不会发生。
（三）CAN总线的组成
CAN数据总线由一个控制器，一个收发器，两个数据传输终端以及两条数据线组成。除数据传输线外，其他元件都置于控制单元内部。控制单元功能不变。
（1）CAN控制器
CAN控制器是用来接收控制单元中微电脑传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往CAN收发器。同样CAN控制器也接收CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微电脑。
（2）CAN收发器
CAN收发器将CAN控制器传来的數据转化为电信号并将其送入数据传输线。它也为CAN控制器接收和转发数据。
（3）数据传输终端
数据传输终端是一个电阻器，其作用是防止数据在线端被反射，并以回声的形式返回。数据在线端被反射会影响数据的传输。
（4）数据传输线
数据传输线是双向对数据进行传输的。两条传输线分别被称为CAN高线和CAN低线。为了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN总线将两条线缠绕在一起。
这两条线的电位相反，如果一条是5V，另一条就是0V，始终保持电压总和为一常数。通过这种方法，CAN数据总线得到了保护，使其免受外界的电磁场干扰。
二、CAN数据总线的传输原理
图一为电动汽车CAN总线系统原理框图。该CAN总线系统由中央控制器，电池管理系统，电机控制系统，制动控制系统，仪表控制系统组成。各个控制器之间通过CAN总线进行通信，以实現传感器测量数据的共享以及控制指令的发送和接收等，并使各控制器的控制性能都能有所提高，从而提高系统的控制性能.通信的信息类型为信息类和命令类.信息类主要是发送一些信息，如传感器信号，诊断信号，系统的状态。命令类则主要是发送给其他执行器的命令。通信有以下主要内容。
1、车辆起动时的自检。中央控制器负责向各个模块发送自检命令，并收集各个模块的返回信息，通过分析处理，及时地发现问题，解决问题。
2、加速过程通信。加速操作时，中央控制器采集加速踏板信号，根据控制策略，通过CAN总线设置电机转速，电池管理系统等参数。
3、制动过程通信。制动过程中，制动踏板信号直接下传到ABS控制器，同时通过CAN总线上传到中央控制器。中央控制器根据控制规划，通过CAN总线设置电机转速，电池管理系统等参数。
4、周期性数据刷新通信。电机控制器采集电机的电枢电流，电机转速等信息，判断是否缺相，接收设定转速；电池管理控制器采集电池温度，荷电状态等信息；接收是否充电指令及充电门限系数；制动控制器采集车轮转速信息，接收执行制动指令；仪表控制器采集并显示电机转速，车速，电池的荷电状态值等信息。
5、运行过程中监控。在车辆运行过程中，检测总线上数据帧的收发情况，及时发现总线异常，自动做出紧急处理，甚至向驾驶员发出警报。
三、CAN总线前景展望
“汽车电子业最大的热点就是网络化。”一位业内人士如此描述汽车网络的应用前景。德尔福电子与安全部中国工程经理许向东指出，随着排放法规的驱动以其在线诊断的需要，通过CAN总线将各系统中的诊断总线连接在一起，通过ECU软件来实时诊断与维修。并且，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。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。