江苏信息职业技术学院毕业设计第一章 汽车控制器区域网CAN总线简介1.1 CAN总线的形成一、CAN总线到底是什么？CAN总线又称CAN-bus，CAN是Controller Area Network的缩写，即控制器区域网，所以，CAN总线是指控制器区域网现场总线。CAN总线即为人们所称的汽车网络。二、汽车常规布线法的缺陷1.布线复杂，铜线成倍增加。一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其电线长度可达2km，电气节点高达1500个。而且，该数字大约每10年增长1倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间之间的矛盾。2.故障率上升，维修难度加大。（节点接触不好，线束整理麻烦，单根导线的检测也麻烦）3.设计和试制困难。每个车型的线束都不一样，每种车都要单独设计，且电控单元针脚数增加。4.替代电气配件困难。替代某个落后的电气配件，要增加几根线，因无法加到原线束中，只能从外面加线，这样会使线路更加凌乱。三、采用CAN总线的优点总所周知，汽车两块控制单元之间的信息传递，有几个信号就要有几根信号传输线(信号传输线的接地端可以采用公共回路)。随着汽车上控制单元的增加，信号传输线必然会随之增加。车门控制单元完成全部控制功能需要45根线和9个插头。这样会使电控单元引脚数增加，线路复杂，故障率增高，维修困难。而如果利用CAN总线，车门控制单元完成其全部控制功能只需最多17根线、2个插头即可。四、CAN-bus的发展历史大众公司首次在97年PASSAT的舒适系统上采用了传送速率为62.5Kbit/m的Canbus。98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加了Canbus，传送速率为500Kbit/m。2000年，大众公司在PASSAT和GOLF采用了带有网关的第二代Canbus。2001年，大众公司提高了Canbus的设计标准，将舒适系统Canbus提高到100Kbit/m, 驱动系统提高到500Kbit/m。2002年，大众集团在新PQ24平台上使用带有车载网络控制单元的第三代Canbus。2003年， 大众集团在新PQ35平台上使用五重结构的Canbus系统，并且出现了单线的LIN-BUS。1.2 CAN总线技术在汽车中的应用Can-Bus总线技术具有极强的抗干扰和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。将这种技术用于民用汽车最早起源于欧洲，在汽车上，这种总线网络用于车上各种传感器数据的传递。通过遍布车身的传感器，汽车的各种行驶数据会被发送到“总线”上，这些数据不会指定唯一的接收者，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。Can总线的传输数据非常快，可以达到每秒传输32bytes有效数据，这样可以有效保证数据的实效性和准确性。传统的轿车在机舱和车身内需要埋设大量线束以传递传感器采集的信号，而Can-Bus总线技术的应用可以大量减少车体内线束的数量，线束的减少则降低了故障发生的可能性。 Can-Bus技术在汽车的应用，可以减少了汽车车体内线束和控制器的接口数量，避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患，降低了汽车电气系统的故障发生率。各种传感器的信息可以实现共享。另外，在Can-Bus技术的帮助下，汽车的防盗性、安全性都得到了较大幅度提升。例如，在启动车辆时，确认钥匙合法性的信息会通过Can-Bus总线进行传递，其校验的信息比以往的防盗系统更为丰富。车钥匙、发动机控制器和防盗控制器互相存储对方信息，校验码中还掺杂了随即码，从而大幅提高防盗能力。校验信息通过Can-Bus传递大幅提高了信息传递的可靠性，使防盗系统的工作稳定可靠。 新一代的数字化汽车不仅可以实现整车防盗，而且可以实现部件级的防盗。新一代的奥迪汽车防盗保护系统为每一个汽车智能零部件提供了认证，也就是说，即使偷车贼将偷来的汽车拆散成一个个组件，没有来自奥迪中央数据库的认证，这些零件根本无法正常工作。 因此,对于采用CAN-BUS总线技术车辆,任何后加防盗系统,统统没有经过原车的CAN -BUS的认证.等于解除了原车的防盗系统.让汽车的防盗系统在盗车贼前面形同虚似。1.3 汽车控制器区域网的主要硬件一、CAN控制器1.CAN控制器的位置CAN控制器位于ECU的微处理器与CAN收发器之间 ECU微控制器CAN控制器CAN收发器2.CAN控制器的功能它的作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给CAN收发器。同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。二、CAN收发器1.CAN收发器的位置 CAN收发器又称CAN总线驱动器，安装在CAN控制器与数据总线之间（见上图）。2.CAN收发器的功用 CAN收发器的功用是将CAN控制器传来的数据转化为电信号并送入数据总线，同时接收数据总线的信号并转发给CAN控制器。 三、传输介质 CAN总线的传输介质主要有双绞线、同轴电缆、光纤、无线等。1.双绞线 a.双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起，这样可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波都会被另一根线上发出的电波抵消。 两根数据线上的电压是相反的,若一根数据线上的电压约为0V；则另一数据线上的电压就是约为5V，这样2根线的总电压值仍保持一个常值。从而所产生的电磁场效应由于极性相反而相互抵消所以，数据传输线通过这中方法得到保护而免受外界辐射干扰同时，向外辐射时，实际上保持中性（即无辐射）b.双绞线既可以用于传输模拟信号，也可以用于传输数字信号。 c.区域网中的双绞线在100kbit/s速率下的传输距离可达1km。 d.双绞线比同轴电缆或光纤的价格便宜得多。 e.双绞线根据是否具有屏蔽性分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两类。2.同轴电缆同轴电缆是由一根空心的圆柱型的外导体围绕单根内导体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线，外导体为硬金属或金属网。内导体和外导体之间由绝缘材料隔离，外导体外还有皮套或屏蔽物。有两种同轴电缆被广泛使用，一种是50电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75电缆，用于模拟传输，一般用于电视信号的传输，称为宽带同轴电缆。 3.光纤光纤和同轴电缆相似，中心是光传播的玻璃纤芯。纤芯是采用超纯的熔凝石英玻璃拉成的比人头发丝还细的芯线，它质地脆、易断裂。纤芯外面包围着一层折射率比纤芯低的玻璃封套，以使光纤保持在纤芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤不受电磁干扰或噪声影响。光纤有单模和多模之分。纤芯的直径是15100m，而单模光纤纤芯的直径为810m。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。光导纤维的任务是将在某一控制单发射器内产生的光波传送到另一控制单元的接收器。四、数据传输终端1.终端电阻在数据总线的两个末端设有两个终端电阻，其目的是防止数据在终端被反射，并以回声的形式返回，数据在终端的反射会影响数据的传输。 2.负载电阻 新型CAN总线，将终端电阻分布在各控制单元内，形成分布式电阻，称为负载电阻。即发动机控制单元内的“中央末端电阻”和其他控制单元内的高欧姆电阻。五、网关 1.网关的位置CAN驱动总线网 关CAN舒适/信息总线2.网关的主要功能网关的主要功能是使连接在不同的数据总线上的控制单元能够交换数据。六、智能服务器一些汽车上，采用智能服务器（BSI）进行汽车网络管理，具有网关的功能。 7