汽车can总线工作原理及测量方法.docx

汽车can总线工作原理及测量方法随着汽车工业的不断发展，汽车电子控制单元逐渐增多，各电控单元之间的信号交换更为复杂。而CAN总线可将汽车内部各电控单元之间连接成一个局域网络，实现了信息的共享，大大优化了整车的布线。接下来，我们将继续为大家分享CAN相关技术知识。CAN的分层架构它由三层组成，即应用层、数据链路层和物理层。应用层：该层与操作系统或CAN设备的应用程序交互。数据链路层：它在发送、接收和验证数据方面将实际数据连接到协议。物理层：它代表实际的硬件，即CAN控制器和收发器。CAN物理层特性CAN物理层被分为三个部分：在CAN控制器芯片中实现的物理编码，指定收发器特性的物理介质附件，物理介质依赖子层，这是特定的应用，没有标准化。图LCAN总线接线图物理编码子层PCS包括比特编码和解码、比特定时。它为收发器芯片提供连接单元接口，并包含TX和RX引脚，位级错误也通过位填充来处理。位时序出于时序目的，CAN总线上的每个位都划分成至少4个时间份额，时间份额逻辑上划分成4段：同步段传播段相位缓冲段1相位缓冲段2NominalBitTime(ofonBit)图2.CAN位时序同步段1个时间量子长度，用于多个连接在总线上的单元，通过此段实现时序调整,当总线电压电平发生变化(显性到隐性或隐性到显性)时，预计该段会出现位沿。传播段用于补偿网络上节点之间的物理延迟，包括发送单元的输出延迟、总线上信号的传播延迟、接收单元的输入延迟。相位缓冲段相位缓冲段用于补偿节点间的晶振误差，又分为相位缓冲段I(PSI)和相位缓冲段2(PS2),在这个时间段的末端进行总线状态的采样。两个相位缓冲段PSl和PS2用于补偿总线上的边沿相位误差。采样点采样渡是位时间内的一个时间点，在该时间点，读取总线电平并进行分析。位时间内的采样点决定CAN总线电压是隐性还是显性。以位时间的百分比表示,位置从位时间的起点开始计算，位于阶段1和阶段2之间。处理位级错误位数填充CAN协议遵循NRZ编码进行传输。逻辑电平在位间隔之间不发生变化。CAN需要一个逻辑电平的转换来进行再同步。因此，在5个相同的连续比特之后，将发送1个相反逻辑电平的比特。这就是所谓的东西位，接收器可以识别它。位错误一个正在发送比特的节点总是监控总线，如果发射器发送的比特与总线上的比特值不同，则会产生一个错误帧。物理介质依赖子层该层在CAN收发器芯片中实现，通过Tx和Rx引脚从CAN控制器获得输入,输出驱动CANH和CANL线。收发器负责不同的比特率，CAN总线速度指的是CAN总线通信速率。最大的CAN总线通信速率是IMbit/sec。对于特殊的应用，一些CAN控制器将处理更高的速度，超过IMbit/sec。低速的CAN通信速率是125kbitsseco与介质有关的子层依赖介质的子层是高度特定的应用，不同连接器的引脚分配标准化属于这一层，各种连接器为DB9、OBDILCAN总线DB9引脚布局CAN总线通常通过连接器访问。CANeLGNDOptionaIShieId1f00000>600009邪HOptionalPowerIOptionaIGND图3.CAN总线DB9引脚分配引脚1：无定义引脚2：CAN_L引脚3：CANGND引脚4：无定义引脚5：CAN_SHLD引脚6：GND引脚7：CAN_H引脚8：无定又引脚9：CAN_V+各种微控制器中的CAN总线支持微控制器应具有CAN硬件和软件，提供CAN驱动程序以实现通信。Python-CAN库也可用于为微控制器的硬件组件提供抽象的驱动程序，并用于通过CAN网络发送和接收消息、。PythonCAN总线也用于测试硬件和CAN总线数据记录。用于Arduino的CAN总线屏蔽CANbusShield采用带有SPl接口和CAN收发器的CAN总线控制器，为Arduino提供CAN总线能力。带有CAN总线的Arduino有助于从ECU获取车速、油耗、温度等信息。ArduinoCAN库用于通过CAN总线发送和接收CAN消息。树莓派CAN总线：树莓派没有特定的硬件，即CAN控制器和CAN收发器来支持CAN协议。树莓派软件不支持CAN总线，树莓派支持通过SPI接口进行CAN通信。树莓派通过SPI接口连接到板子支持的外部CAN控制器，CAN控制器通过Rx和Tx线连接到CAN收发器。CAN控制器示例：SJAlOOMCP2515CAN收发器示例：TJAIO40、MCP2551ACM32CAN总线：ACM32-F0/F4芯片内置1路2路CAN控制器，并提供对应的CAN总线接口驱动库，搭配外部的CAN收发器，保证CAN总线数据通讯的安全可靠。如何读取CAN总线数据？当CAN总线与MicrochipCAN总线分析仪、CAN总线WireShark等外部工具连接时，可以通过CANUSB适配器访问CAN总线数据，该适配器提供与计算机或PC的USB端口的即时连接。CANUSB适配器也可以通过以太网、互联网、内联网从任何地方进行控制。CAN总线WireShark是一种用于LinUX系统的工具，尤其以以太网网络分析而闻名，它通过使用SocketCAN来显示CAN消息，SoCketCAN是一组驱动程序和网络堆栈，因此被称为LinUXCAN总线。CANtoUSB帮助外部工具从CAN网络获取消息，然后用于监控和调试接收或传输信息的工具。但是这些消息是原始格式的。因此，从这些数据记录器收集的数据使用CAN总线解码器转换为按比例缩放的工程值。从数据记录器收集的数据也可以存储在SD卡中，这有助于控制车辆设置以提高效率。收集的CAN总线数据可用于车队管理、研发、诊断等。用万用表测试CAN总线测试是必要的，以检查任何发生的CAN总线故障，如布线、ECU.CAN网络中的任何一个组件的电压供应故障。CAN总线的故障排除，如在CAN总线线路的物理端添加120欧姆的终端电阻，可以诊断出问题。通过用万用表测试，确保终端电阻是120欧姆，而且电阻是合适的，没有断裂，还可以通过将万用表切换到交流电压来测试传输的数据。如何判断汽车是否有CAN总线？配备CAN总线的车辆包含CAN总线LED和CAN-BUSHID套件。CAN总线LED与汽车高级系统通信，当此LED关闭时，车辆会发出警告。CANBUSHlDKrr充当DC到AC转换器，并有助于在最初使用高压电流打开灯。一旦灯启动，它需要较低的电压电流。但是当HlD使用低功率时，CAN总线系统会假定灯己关闭并发出警告。为了避免这种情况，使用了HlD转换套件，它与CAN总线系统通信以告知有一个工作灯泡。这些警告告诉我们汽车配备了CAN总线。CAN总线黑客攻击CAN总线黑客攻击是对消费者的威胁。CAN总线车辆采用了许多无线技术，例如蓝牙，用于接听电话或播放音乐。当车载系统接入车内的CAN总线并具备Wi-Fi连接能力时，黑客很容易获得CAN总线接入并能够控制汽车。Wi-Fi热点在汽车中很流行，这使得知道汽车IP地址的人可以跟踪汽车。这导致汽车制造商对CAN总线网络上的传输数据进行保护。CAN总线的总体结构CAN总线由CAN控制器、CAN收发器、数据传输线、数据传输终端等组成。CB311的ECU（发动机控制单元）、TCU（变速器控制单元）、FEPS（无钥匙进入和无钥匙启动系统）、组合仪表四个电控单元通过CAN总线连接，CAN控制器、CAN收发器均集成在电控单元中。CB311CAN总线的结构如图1所示。邠合仪衣I2O图1CB311CAN总线的总体结构1、CAN控制器CAN控制器集成在电控单元内部，接收由控制单元微处理器传来的数据。CAN控制器对这些数据进行处理并将其传递给CAN收发器;同样CAN控制器也接收收发器传来的数据，处理后传递给控制单元微处理器。2、CAH收发器CAN收发器集成在电控单元内部，同时兼具接收、发送和转化数据信号的功能。它将CAN控制器发送来的电平信号数据转化为电压信号并通过数据传输线以广播方式发送出去。同时，它接收数据传输线发送来的电压信号并将电压信号转化为电平信号数据后，发送到CAN控制器。3、数据传输线为了减少干扰，CN总线的数据传输线采用双绞线，其绞距为20mm,截面积为0.5m,称这两根线为CAN-高线（CAN-H）和CAN-低线（CAN-L）,如图2所示。两根线上传输的数据相同，电压值互成镜像，这样，两根线的电压差保持一个常值，所产生的电磁场效应也会由于极性相反而互相抵消。通过该方法，数据传输线可免受外界辐射的干扰;同时，向外辐射时，实际上保持中性（即无辐射）。4、数据传输终端数据传输终端是一个电阻器，阻止数据在传输终了被反射回来破坏数据，一般数据传输终端为120Q的电阻。CB311的数据传输终端为两个1202的电阻，分别集成在BCU和组合仪表中。汽车CAN总线数据传输系统构成及工作原理现代汽车的电控单元主要有主控制器、发动机控制系统、悬架控制系统、制动防抱死控制系统（ABS牵引力控制系统、ASR控制系统、仪表管理系统、故障诊断系统、中央门锁系统、座椅调节系统等。所有这些子控制系统连接起来构成1个实时控制系统，即：指令发出去之后，必须保证在一定时间内得到响应，否则，就有可能发生重大事故。这就要求汽车上的CAN通信网络有较高的波特率设置。另外，汽车在实际运行过程中，众多节点之间需要进行大量的实时数据交换。若整个汽车的所有节点都挂在1个CAN网络上，众多节点CAN总线进行通信，信息管理配置稍有不当，就很容易出现总线负荷过大，导致系统实时响应速车顶I 遑度传廖Si 配收传感K 灯光控制 天窗车身&舒遗度: 位调整传感SS 主干总线座椅，座椅控制电机 占用传感昌 控制面板车门：3后楔馒电动机/开关 车窗调节雨刷:小弟发动机 仪表盘方向盘：照明开关 巡航控制 雨刷开关发动机管班: 煨油唯射 变速箱 发动机诊断 废气播放 校准底食控制：ABS 传动系 电子M动力度下降。这在实时系统中是不允许的，因此在对汽车上各节点的实性进行了分析之后，根据各节点对实时性的要求，设计了高、中、低速3个速率不同的CAN通信网络，将实时性要求严格的节点组成高速cAN通信网络，将其它实时性要求相对较低的节点组成中速cAN通信网络，将剩下实时性要求不是很严格的节点组成低速CAN通信网络。并架设网关将这3个速率不同的3个通信网络连接起来，实现全部节点之间的数据共享。座椅控IW开关0*汽车CAN总线故障产生的原因CAN总线系统中拥有一个CAN控制器、一个信息收发器、两个数据传输终端及两条数据传输总线，除了数据总线外，其他各元件都置于各控制单元的内部。分析CAN总线系统产生故障的原因一般有以下三种：1 .汽车电源系统引起的故障：汽车电控模块的工作电压一般在10.5-15.0V,如果汽车电源系统提供的工作电压不正常，就会使得某些电控模块出现短暂的不正常工作，这会引起整个汽车CAN总线系统出现通信不畅。2 .汽车CAN总线系统的链路故障：当出现通信线路的短路、断路或线路物理性质变化引起通信信号衰减或失真，都会导致多个电控单元工作不正常，使CAN总线系统无法工作。3.汽车CAN总线系统的节点故障:节点是汽车CAN总线系统中的电控模块,因此节点故障就是电控模块的故障。它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车CAN总线系统通信出现混乱或无法工作，这种故障一般会成批出现；硬件故障一般是电控模块芯片或集成电路故障，造成汽车CAN总线系统无法正常工作。万用表测量诊断CAN总线方法系统概览：此说明用于检查总线连接上的CAN高速和CAN低速信号电平是否正确。检测提示：电压检测（示波器）：电压检测的前提条件是，蓄电池已连接并且点火开关己接通。电阻测量：在电阻测量时，在测量前必须把待测部件断电。为此应断开车辆蓄电池的接线。等待约3分钟，直到系统中的所有电容器放完电。数据总线K-CAN（车身CAN）PT-CAN（传动系CAN）和F-CAN（底盘CAN）之间的区别：K-CAN：数据传输率约100kBit/s。可以进行单线运行。PT-CAN：数据传输率约500kBitso不能进行单线运行。F-CAN：数据传输率约500kBits/So不能单线运行主控单元主控单元是主动式通信方，通信的主动权由它发出。主控制单元掌控总线，并控制通信。主控制单元能够在总线系统中向被动式总线用户（副控制单元）发送信息，并根据被动式用户的要求接收信息。副控单元副控制单元是一个被动式通信用户。副控制单元被要求接收和发送数据。多主控单元系统在一个多主控单元系统中所有的通信用户在某个时间都能够担当主控单元或副控制单元的角色。示波器测量为了弄清CAN总线是否完好工作，必须观察总线上的通信情况。在这种情况下不需要分析单个位，而只需要观察CAN总线是否工作。示波器测量说明：CAN总线很可能无故障工作。如果用示波器测量CAN低（或CAN高）导线和接地之间的电压，则获得一个处于下列电压极限范围内的类矩形波信号：K-CAN：CANLow（低速）对地：U最小=1V,U最大=5VCANHigh（高速）对地：U最小=0V,U最大二4V这些值都是近似值，根据总线上的负载可能有几个IoOmV的偏差测量K-CAN：CHlCAN彳氐，CH2CAN高如果用示波器测量CAN低（或CAN高）导线和接地之间的电压，则获得一个处于下列电压极限范围内的类矩形波信号：PT-CAN和F-CAN：CANLow（低速）对地：U最小=1.5V,U最大=2.5VCANHigh（高速）对地：U最小=2.5V,U最大=3.5V测量PT-CAN：CHlCAN低，CH2CAN高总线端测量当K-CAN或PT-CAN数据总线失效时，在CAN-Low或CAN-High导线上可能存在短路或断路。或者某个控制单元已损坏。为了查找故障原因，建议进行下列工作步骤：将总线用户从CAN总线上依次拔下，直至找到故障原因（=控制单元X）o检查通往控制单元X的导线是否短路或断路。如有可能，检测控制单元Xo如果某个控制单元至CAN总线的分支线短路，仅执行该工作步骤就成功To如果CAN总线中的一条导线自身短路，则必须检查电线束。