1、汽車汽車CAN-BUS基礎基礎 -曾國文曾國文 鐘少健鐘少健簡介簡介基本構造基本構造驅動系統驅動系統傳送安全性和故障處理傳送安全性和故障處理數據傳輸數據傳輸舒適系統舒適系統Canbus的由來由于現代汽車的技術水平大幅提高，要求能對更多的汽車運行參數進行控制，因而汽車控制器的數量在不斷的上升，從開始的幾個發展到幾十個以至于上百個控制單元。控制單元數量的增加，使得它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此德國BOSCH公司開發了一種設計先進的解決方案CAN數據總線，提供一種特殊的局域網來為汽車的控制器之間進行數據交換。Canbus的發展歷史大眾公司首次在97年PASSAT的舒適系統上采用了傳送速率為

2、62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驅動系統上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網關的第二代Canbus。2001年，大眾公司提高了Canbus的設計標準，將舒適系統Canbus提高到100Kbit/m, 驅動系統提高到500Kbit/m。2002年，大眾集團在新PQ24平臺上使用帶有車載網絡控制單元的第三代Canbus。2003年，大眾集團在新PQ35平臺上使用五重結構的Canbus系統，并且出現了單線的LIN-BUS。 CAN-Bus是Controller Area Network的縮寫，

3、稱為控制單元的局域網，它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。 車上的布線空間有限，CAN-Bus系統的控制單元連接方式采用銅纜串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之間的信息傳送方式是廣播式傳輸。也就是說每個控制單元不指定接收者，把所有的信息都往外發送；由接收控制器自主選擇是否需要接收這些信息。廣播原理：一家發送，大家接收CAN-BUS系統組成： CAN收發器: 安裝在控制器內部，同時兼具接受和發送的功能，將控制器傳來的數據化為電信號并將其送入數據傳輸線。 數據傳輸終端：是一個電阻，防止數據在線端被反射，以回聲的形式返回，影響數據的傳輸。 數據傳輸線：雙向數據線，由高低雙絞線組

4、成。數據傳輸線數據傳輸終端數據傳輸終端CAN收發器CAN收發器Canbus采用雙絞線自身校驗的結構，既可以防止電磁干擾對傳輸信息的影響，也可以防止本身對外界的干擾。系統中采用高低電平兩根數據線，控制器輸出的信號同時向兩根通訊線發送，高低電平互為鏡像。并且每一個控制器都增加了終端電阻，已減少數據傳送時的過調效應。Canbus雙絞線的基本顏色：Can總線的基本顏色：橙色；Can-Low總是棕色；Can-High:驅動系統(黑色)；舒適系統（綠色)； 信息系統(紫色）；+1V-1V外界的干擾同時作用于兩根導線外界的干擾同時作用于兩根導線產生的電磁波輻射相互抵消產生的電磁波輻射相互抵消0 VCAN 儀

5、表CAN 驅動CAN 信息CAN 舒適 CAN 診斷由于汽車不同控制器對CAN總線的性能要求不同，因此最新版本的CAN總線系統人為設定為5個不同的區域，分別為驅動系統、舒適系統、信息系統、多功能儀表、診斷總線等5個局域網。其速率分別為(Kbit/s)：驅動系統（由15號線激活）：500; 舒適系統（由30號線激活）：100信息系統（由30號線激活）：100；診斷系統（由30號線激活）： 500儀表系統（由15號線激活）：100；Lin: 20最大承載：1000診斷接口CAN-區域圖網關J519空調J255舒適系統J393左前門J386右前門J387左后門J388右后門J389轉向柱J527電動

6、轉向J500G85安全氣囊J234ABSJ104變速箱發動機ESP傳感器收音機車載電話雨括器 L雨括器 R J533網關由于不同區域Canbus總線的速率和識別代號不同，因此一個信號要從一個總線進入到另一個總線區域，必須把它的識別信號和速率進行改變，能夠讓另一個系統接受，這個任務由網關(Gateway)來完成。另外，網關還具有改變信息優先級的功能。如車輛發生相撞事故，氣囊控制單元會發出負加速度傳感器的信號，這個信號的優先級在驅動系統是非常高，但轉到舒適系統后，網關調低了它的優先級，因為它在舒適系統功能只是打開門和燈。 LinbusLinbus是內部網絡的縮寫。所謂汽車中的內部網絡是指所有的控制

7、單元都在一個總成內（如空調等），并且有主控制器和子控制器之分，整個總成內（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由Linbus相連，然后由主控制器通過Canbus與外界相連。Linbus是CANBUS的子網, 但它只有一根數據線，線截面積為0.35mm2,并且沒有屏蔽措施。Linbus系統規定一個主控制單元最多可以連接16個子控制單元。診斷總線網關儀表總線驅動總線舒適總線信息總線診斷總線診斷總線是用于診斷儀器和相應控制單元之間的信息交換，它被用來代替原來的K線或者L線的功能（廢氣處理控制器除外）。診斷總線目前只能在VAS5051和VAS5052 下工作，而不能適用于原來的診斷工具，如1

8、552等。診斷總線通過網關轉接到相應的CANBUS上，然后再連接相應的控制器進行數據交換。隨著診斷總線的使用，大眾集團將逐步淘汰控制器上的K線存儲器，而采用CAN線作為診斷儀器和控制器之間的信息連接線，我們稱之為虛擬K線。針腳號 對應的線束 1 15號線 4 接地 5 接地 6 CANBUS(高） 7 k線 14 CANBUS(低） 15 L線 16 30號線注：未標明的針腳號暫未使用。當車輛使用診斷CANBUS總線結構后，解碼器必須使用相對應的新型診斷接頭, 否則無法讀出相應的診斷信息。另外，車上的診斷接口也作出了相應的改動，具體信息看如下圖表：Canbus上的信息Canbus上的信息是以二

9、進制形式出現的。也就是說控制單元將信息轉換成二進制，Canbus用電平來模擬二進制，接受控制單元將電平轉換成二進制數據，再將二進制數據轉換成正常數據。例如：控制單元B將發動機轉速值信號先轉換成二進制信號(00010101),然后由發送器轉換成一串電平信號兵發送出去。控制單元A的接收器先讀取電平信號，轉換成二進制信號(00010101)，然后再解碼成發動機轉速值。邏輯信號和差分放大器log. 0“log: 1“ 差分放大器對應于邏輯電平差分放大器對應于邏輯電平Canbus的收發器Canbus上的控制器中發送信息的線路通過一個開路集電極和總線相連。Canbus的收發器如圖所示，使用一個電路進行控制

10、，這樣也就是說控制單元在某一時間段只能進行發送或接受一項功能。邏輯“1”：所有控制器的開關斷開；總線電平為5Vor3.5V；Canbus未通訊。邏輯“0”：某一控制器閉合；總線電平為0伏； Canbus進行通訊。典型收發器線路圖（TJA 1050）：2個以上控制器所組成的Canbus系統當用2個以上的控制器連接在Canbus總線上（如圖所示），用邏輯1來表示斷開和用邏輯0表示閉合。不考慮其他總線規則情況下，總線會出現下圖的情況：1.任何開關閉合，總線上的電壓為0伏2.所有開關斷開，總線上的電壓為5伏因此：1.只要任何一個控制器激活，則總線激活2.所有控制器關閉，總線處于未激活狀態激活的總線稱為

11、顯性電平；未激活的總線電平稱為隱形電平Canbus 的數據結構當控制器發送信息時，并不僅僅是數據本身，它同時還帶有屬性數據打成數據包一起傳送。該數據包共有7個數據段，分別儲存有開始區（1位），有限級別區（11位），檢驗區（6位）數據區（64位），安全區（16位），確認區（2位）和結束區（7位）。開始區優先級別區未使用數據區確認區檢驗區數據量16位冗余校驗碼結束區優先級確認因為Canbus采用串行數據傳遞（單根數據線)方式，如果有多個控制器同時需要發出信號，那么在總線上一定會發生數據沖突。所有每一個數據列都有它的優先級。當有多個控制器試圖發送信息時，它們自己的接收器為信息優先級進行仲裁，當其他控

12、制器發送的信息優先級高于自己控制器發送信息時，通知自己發送器停止發送，整個控制器進入接收狀態。在信息數據列中有11位的狀態區，這11位二進制中前7位既是發送信息的控制器標識符，同時又表示了它的優先級，即從前往后數，前面零越多，優先級越高。而后4位則是這個控制器發送不同信息的編號，如發動機控制單元既要發送轉速信號，又要發送水溫等信號，則后4位就有所不同。Canbus系統的難題-發送和接受的同步同步解決方案一：邊沿對齊為了保證發送和接受能夠同步，為了保證發送和接受能夠同步，CanbusCanbus規定了邊沿對齊規則。也就是說接收器發現規定了邊沿對齊規則。也就是說接收器發現每一次電平反向的節拍不對時

13、，必須調整邊沿，以求得同步。這個規則在電平變化頻每一次電平反向的節拍不對時，必須調整邊沿，以求得同步。這個規則在電平變化頻繁時能有效的保證了接收的正確性繁時能有效的保證了接收的正確性數據的位填充為了保證發送和接受能夠同步，為了保證發送和接受能夠同步，CanbusCanbus規定了位填充規則。也就是說最多規定了位填充規則。也就是說最多5 5位出現位出現一樣的電平信號，第六位必須有一個反向電平。這個規則能有效的保證了接收的正確一樣的電平信號，第六位必須有一個反向電平。這個規則能有效的保證了接收的正確性。性。出錯幀（Error Frame):當控制器在接收其他控制器或自己發送器的信息時，發現信息有錯

14、誤，可以發送出錯幀，出錯幀至少有6個顯性電平和8個隱性電平，至多12個顯性電平和8個隱性電平構成。錯誤發送控制單元接收控制單元接收控制單元Canbus系統驅動系統驅動系統Canbus驅動系統由15號激活, 速率是所有Canbus中最高達到500 kBit/s，采用終端電阻結構，其中心電阻為66歐姆（發動機電阻）；并且高低Canbus線為環狀結構，即任一根Canbus線斷路，則Canbus無法工作。驅動系統電路簡圖驅動系統的Canbus信號和邏輯信號：Can-High的高電平為：3.5伏Can-High的低電平為：2.5伏Can-Low 的高電平為: 2.5伏Can-low 的低電平為：1.5伏

15、邏輯“1”：Can-high(3.5) Can-low=(1.5)邏輯“0”：Can-high(2.5) Can-low(2.5)驅動系統的信號圖舒適系統舒適系統Canbus舒適系統由30號激活, 速率達到100 kBit/s，沒有終端電阻，且高低Canbus線分離，即任一根Canbus線斷路，Canbus工作不受影響。舒適系統電路簡圖測舒適系統高低線的電阻為無窮大！10us舒適系統的Canbus信號和驅動系統有很大區別：Can-High的高電平為：3.6伏Can-High的低電平為：0伏Can-Low 的高電平為: 5伏Can-low 的低電平為：1.4伏邏輯“1”：Can-high(3.6) Can-low=(1.4)邏輯“0”：Can-high(0) Can-low(5)舒適系統的信號圖內部故障管理控制單元內部有錯誤計數器。一次發送失敗計數加