（中职)汽车总线技术第五章教学课件.ppt

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（中职)汽车总线技术第五章教学课件.ppt

Y CF正版可修改PPT（中职)汽车总线技术第五章ppt 教学课件汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信引言虽然CAN-BUS系统的通信方式对于汽车网络维修没有直接的关系，但是对于一个机电维修工，了解总线传输技术，有助于正确认识汽车网络的构成和工作方式，正确利用OBD 接口，正确选用故障诊断设备和故障诊断方式。CAN-BUS 工作的核心内容就是怎样通过二根（或若干根）通信线，传输远远超过二个的信息量（数据），本章讲述CAN-BUS局域网的控制单元之间是如何进行数据（信息）传输汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信 CAN-BUS 局域网的基本组成有：控制单元、收发器、数据传输终端和数据传输线。学习任务一 CAN-BUS 系统 CAN 局域网的基本系统由多个控制单元组成，这些控制单元通过内置所谓收发器（发射-接受放大器），并联在总线导线上，因此各控制单元的条件是相同的，这就是说所有控制单元的地位均相同，没有哪个控制单元有特权。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务一 CAN-BUS 系统2 信息交换想要交换的数据称为信息，每个控制单元均可发送和接收信息。当一个控制单元发出信息，其他的控制单元均可接收其发送出的信息。信息交换是连续完成的（按顺序）。信息包含着重要的物理量，如发动机转速，这时发动机转速是以二进制值（一系列0 和1）来表示，例如，发动机转速为1800r/min 时可表示成00010101。按时间顺序的电信号传输汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信在接收过程中，这些电压值经收发器又转换成比特流，再经RX 线（接收线）传至控制单元，控制单元将这些连续二进制转换成信息。例如，00010101 这个值又被转换成1800r/min 的发动机转速学习任务一 CAN-BUS 系统电信号传输一个发送，所有的接收汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务一 CAN-BUS 系统广播原理汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务一 CAN-BUS 系统3 数据传输终端数据传输终端是一个终端电阻，防止数据在导线终端被反射产生反射波，反射波会破坏数据。在驱动系统中，它接在CAN 高线和CAN 低线之间。标准CAN-BUS的原始形式中，在总线的两端接有两个终端电阻汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务一 CAN-BUS 系统3 数据传输终端驱动系统中CAN 高线和CAN 低线之间的总电阻为50-70。如15 号线（点火开关）断开，可以用电阻表测量CAN 高线和CAN 低线之间的电阻。舒适系统和信息系统CAN 总线的特点是，控制单元的负载电阻不是在CAN 高线和CAN 低线之间，而是在导线与地之间。电源电压断开时，CAN 低线（舒适系统和信息系统）上的电阻也断开，因此不能用电阻表进行测量。大众车型中设置有两种终端电阻，包括66 和2.6k 汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务一 CAN-BUS 系统 4 CAN 数据传输线（1）双绞线结构特点为了减少干扰，CAN 总线的传输线多采用双绞线，其绞距为20mm，如图5-7 所示，截面积为0.35 或0.5，数据传输线是双向的。这两条线传输相同的数据分别称为CAN 高线（CAN-H）和CAN 低线（CAN-L）。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务一 CAN-BUS 系统 4 CAN 数据传输线（2）传输线颜色特点CAN 总线颜色。总线基本颜色为橙色；CAN 低线均为棕色；CAN 高线中，驱动系统为黑色，舒适系统为绿色，信息系统为紫色。舒适系统CAN 总线颜色。CAN 高线为橘黄色或绿色；CAN 低线为橘黄色或棕色。没有屏蔽层的双绞线直径为0.35mm-0.50 mm，绞距为20 mm。驱动系统CAN 总线颜色。CAN 高线为橘黄色或黑色，CAN 低线为橘黄色或棕色。信息系统CAN 总线颜色。CAN 高线为橘黄色或紫色，CAN 低线为橘黄色或棕色。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务一 CAN-BUS 系统 4 CAN 数据传输线（3）总线上的电压数据总线的连线被指定为CAN 高线（BUS+）和CAN 低线（(BUS-）。电脉冲在05.0V 变化，代表数字逻辑“1”或“0”。没有信息时，CAN 高线为5.0V，而CAN 低线为0V；传递信息时，读数相反。数据总线的每根导线都传送相互为镜像的信息。镜像的意思是指，如果一根导线传递一个高电位的信号（5V），则另一根导线传递低电位信号（0V）。网络使用数据链接插口（DLC）为解码器提供接口。如果数据总线的一根导线损坏，系统通常可以继续进行工作，这是因为所有的系统信息可以通过另一根（冗余的）导线进行传递。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准1 汽车网络通信两个系统的设备或部件之间连接服务的数据流穿越的界面称为接口。汽车ECU 之间的通信接口，由设备（硬件）和有关规定、说明（软件）组成，软件一般由生产厂家内置到专用的存储器中，用户可以直接使用相应的接口（如CAN 通信接口）。软件主要内容是通信标准，一般包括物理、电气、逻辑和过程4 个方面。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准2 CAN 的分层结构CAN 协议也遵循ISO/OSI 模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准按照IEEE 802.2 和IEEE 802.3 标准，数据链路层又划分为：逻辑链路控制LLC(Logic Link Control)；媒体访问控制MAC(Medium Access Control)。物理层又划分为：物理信令PLS（Physical Signaling)；物理媒体附属装置PMA(Physical Medium Attachment)；媒体相关接口MDI(Medium Dependent Interface),2 CAN 的分层结构汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信汽车总线技术学习任务二汽车网络通信标准2 CAN 的分层结构协议层间的关系汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准3 汽车网络标准（1）CAN 标准1991 年9 月，标准1.2 版本的CAN 协议修订为新的2.0 版本。新版本的技术关键是增加了信息标识符。该技术包括A 和B 两部分。2.0A 给出了CAN报文标准格式，而2.0B 给出了标准的和扩展的两种格式。也就是说，新的CAN 2.0 既支持标准的11 位，也支持扩展后的29 位信息标识。1993 年11 月ISO 颁布了道路交通运输工具数据信息交换高速通信局域网（CAN)国际标准ISO 11898，为控制局域网的标准化和规范化铺平了道路。CAN 2.0 实施新的信息位、标识扩展位（IDE 位）使CAN 操作装置能区分标准和扩展格式。但大多数的标准CAN 1.2 版本不能识别扩展后的信息格式，在实施过程中会响应错误信息。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准3 汽车网络标准（2）J1850 标准J1850 标准是美国汽车的车内联网标准，包含了两个不兼容的规程。通用汽车公司（GM)和克莱斯勒汽车公司采用10.4kb/s 可变规程的类似版本，在单根线的总线上通信；福特汽车公司（FORD）采用46.1 kb/s 的PWM 行，在双线的差分总线上通信。J1850 标准采用载波传感、多路存取碰撞分辨的仲裁规程。当多个节点同时发送数据时，优先级低的节点重新发送，优先级高的节点信息则连续传送至其目的地。J1850 标准的速率远低于CAN 目前部分北美的发动机和变速器系统使用了速率更高的CAN 进行通信但美国大量的检测工具都是按照美国加州空气资源委员会和环境保护局（EPA）的规定基于J1850 标准的这就需要有一个网关将J1850 标准的检测工具接入CAN。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准（3）IDB(ITS Data Bus）标准智能交通系统ITS(Intelligent Transportation System）使汽车运行更加安全、便利。汽车上的电子装备，如传输、计算、导航、定位、娱乐和办公设备等越来越多。但由于汽车网络的不同，设备制造商不得不制造不同网络标准的产品，以适应不同网络标准的汽车。网关连接的车载系统总线结构示意图汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准4 不同版本通信协议的互联（1）CAN 的标准帧和扩展帧在ISO 正式颁布ISO 11898 标准之前，Philips Semiconductors 公司制定并发布了CAN 技术规范（2.0 版）。2.0A 给出了CAN 技术规范版本1.2 所定义的报文格式，即采用2.0B 规范的可以兼容2.0A 的报文格式。有些资料把2.0A 称为CAN 1.2 版本，把2.0B 称为CAN 2.0 版本。CAN 2.0B 的技术关键是增加了信息标识符，即CAN 2.0B 既能支持标准11位信息，也能支持扩展后的29 位信息。标识的两种不同格式如图5-11 所示。两种格式都是由帧起始SOF(Start of Frame)、仲裁域（Arbitration Field)、控制域（Control Field)、数据域（Data Field)、循环冗余检验域（CRC Field)、应答域（Acknowledgment Field）和帧结束（End of Frame）七部分组成。两种格式的主要区别是，扩展格式将仲裁域由原11 位增加了18 位，变成了29 位。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准4 不同版本通信协议的互联 CAN 的标准和扩展帧格式a)CAN 的标准格式；b)CAN 的扩展格式汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准4 不同版本通信协议的互联（2）B 级通信协议与C 级协议互联三类网络功能均向下涵盖，即B 级网支持A 级网的功能，C 级网能同时实现B 级和A 级网的功能。不同版本的CAN 可以通过网关取得互联。而网关就是具备不同网络协议之间信息转换能力的单片机。如美国三大汽车公司采用网关，使B 级通信协议SAEJ 1850 网络与C 级通信协议BOSCH-CAN网络之间互联了起来，使用的就是一个Intel 16 位87CI69KR 单片机，如图5-12 所示。两个CAN 网络执行器是两个独立芯片，由CAN 微控制器（单片机）作为网关。CAN 执行器芯片将像随机存储器一样被网关读写。一旦收到信息，网关就执行接收CAN 芯片的外部操作，然后按转换信息的逻辑指令，执行外部的操作，并对网络第二个CAN 芯片作编程传输。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准4 不同版本通信协议的互联不同网络互联汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准4 不同版本通信协议的互联轿车CAN 与J1850 网络连接CAN 与J1850 桥接；轿车CAN 与J1850 网络连接汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准4 不同版本通信协议的互联网关硬件配置汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务二汽车网络通信标准4 不同版本通信协议的互联（3）汽车网络通信分类汽车网络通信按需要可以划分为高、中、低速三种通信速率。需要实时控制信号的动力控制模块PCM、防抱死制动与防滑控制ABS/ASR、安全气囊SRS 等，一般都采用高速率通信；参数传感器数据可以采用中速率通信；车身控制信息则用低速率通信就能满足要求。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信发动机信息按协议被转换成CAN 的特殊格式。CAN 特殊格式（包含有）：“标识”11 位、“信息内容”08 位、“CRC”16 位，“应答场”2 位。标识发动机1（转速），信号内容转速的数值（多少转）。当然发动机信息也可包括其他值，如怠速、扭矩等学习任务三数据传递过程CAN 数据格式汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信当发送邮箱内有一个实时值，表明发动机准备向外发送信息，CAN 构件通过RX 线来检查总线是否有源（是否正在交换别的信息），必要时会等待，直至总线空闲下来为止。某一时间段内的总线电平一直为1（一直处于无源）状态，表示总线空闲学习任务三数据传递过程2 发送开始总线空闲判断汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务三数据传递过程汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务三数据传递过程4 接收过程第一步：检查信息是否正确（在监控层）第二步：检查信息是否可用（在接受层）汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务三数据传递过程4 接收过程汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务三数据传递过程4 接收过程汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信5 先进的位仲裁信息发送过程汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信学习任务四CAN-BUS 局域网自我诊断1 CAN-BUS 自我诊断与故障管理（1）数据错误检测手段不同于其他总线，CAN 协议不能使用应答信息。事实上，它可以将发生的任何错误用信号发出。CAN 协议可使用五种检查错误的方法，其中前三种为基于报文内容检查。1）循环冗余检查（CRC)：在一帧报文中加人冗余检查位可保证报文正确。接收站通过CRC 可判断报文是否有错。2）自动帧检查：这种方法通过位场检查帧的格式和大小来确定报文的正确性，用于检查格式上的错误。3）应答错误：如前所述，被接收到的帧由接收站通过明确的应答来确认。如果发送站未收到应答，那么表明接收站发现帧中有错误，也就是说，ACK 场已损坏或网络中的报文无站接收。CAN 协议也可通过位检查的方法探测错误。4）自检测：有时，CAN 中的一个节点可监测自己发出的信号。因此，发送报文的站可以观测总线电平并探测发送位和接收位的差异。5）位填充：汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信（2）具体措施 1)CAN-BUS 内部故障管理可以识别出可能出现的各种数据传递故障，从而采取相应的措施。无法识别故障的几率很低，大约，这个概率值相当于每辆车在使用寿命内出现4 次数据传递故障无法识别。2)由于广播的特点（一个发射，其他所有的接收并使用），任何一个网络使用者如果发现一个传递故障，那么其他所有的网络使用者都会立即收到一个信息通知，这个通知称为“错误帧”。于是所有网络使用者就会拒收当前的信息。3)随后该信息会自动再发送一次，这样的过程其实是完全正常的，其原因可能是由于车上电压波动较大，例如，车在起动时或有来自外部较强的干扰。4)为了区别发生故障是偶然的，还是必然的（系统存在硬故障），系统内置故障计数器。它可以累计识别出的故障，在成功完成重新发送过程后计数器再递减计数，当计数超过设定值，相应的控制单元会得到通知并被CAN 总线关闭汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信2 CAN-BUS 的故障管理机制内部故障计数器只负责内部的故障管理，无法读出其中的内容。当内部故障计数器计数值超过某一规定的界限值（相当于最多32 次重新发送过程）时，相应的控制单元会得到通知并被CAN 总线关闭：两次Bus-Off（总线关闭）状态后（在此期间无通信），故障存储器就会记录一条故障。经过一段固定的等待时间（约0.2s）后，控制单元会自动再接到总线上。信息的传递一般是按规定的循环时间来进行的，这样才能保证及时地传递相应的信息。如果出现延迟，也就是说至少有10 条信息未收到，那么所谓的时间监控功能（信息超时）就会启动。汽车总线技术第5 章车载网络系统的通信3 CAN双线式总线系统的检测方法装有CAN-BUS多路信息传输系统的车辆出现故障，维修人员应首先检测汽车多路信急传输系统是否正常。因为如果多路信息传输系统有故障，则整个汽车多路信息传输系统中的有些信息将无法传输，接收这些信息的电控模块将无法正常工作，从而为故障诊断带来困难。对于汽车多路信息传输系统故障的维修，应根据多路信息传输系统的具体结构和控制回路具体分析。一般说来，引起汽车多路信息传输系统故障的原因有三种：一是汽车电源系统引起的故障；二是汽车多路信息传输系统的链路故障；三是汽车多路信息传输系统的节点故障

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