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高級技師職稱論文基于CAN總線的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡系統(tǒng)研究

所屬欄目:車輛論文 發(fā)布日期:2015-07-03 14:12 熱度:152

  隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高,汽車已經(jīng)成為家家戶戶必不可少的一種交通工具。不僅快速美觀,而且舒適,很多人出行或者遠途郊游都會選擇自駕。關于汽車的制造也是非常嚴謹?shù)模靠钴囆投加衅洳煌氖孢m度和美觀度,本文主要就從基于CAN總線的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡系統(tǒng)進行了一些研究,文章是一篇高級技師職稱論文

  【摘 要】近年來,汽車已經(jīng)從傳統(tǒng)的交通工具發(fā)展成為一個以交通功能為主兼顧娛樂舒適性功能的集合體;另外在外形上,也由原來的單一化笨重化轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦男螒B(tài)各異、靈巧美觀。這些突破和發(fā)展都是得益于汽車制造工藝的改進和先進技術的應用,本文著重分析CAN(控制器局域網(wǎng)絡)總線在汽車內(nèi)部網(wǎng)絡的應用及影響。

  【關鍵詞】汽車,CAN總線,內(nèi)部網(wǎng)絡

  1 前言

  為了滿足舒適、安全、美觀、節(jié)能、功能豐富等要求,汽車內(nèi)部設立了多種電子控制系統(tǒng),根據(jù)各部件不同的數(shù)據(jù)基礎和參數(shù)要求,汽車內(nèi)部就產(chǎn)生了多條控制線路,形成一個錯綜復雜的長線網(wǎng),但這又跟操作方便、節(jié)省空間等要求相矛盾。上世紀80年代,由德國BOSCH公司研發(fā)出的CAN串聯(lián)通信結構完美解決了這一問題。

  2 CAN總線的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡系統(tǒng)

  2.1 CAN介紹

  CAN(控制器局部網(wǎng))是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應用領域推出的一種多主機局部網(wǎng),它是一種多主總線,它以報文為單位,以雙絞線、同軸電纜或光導纖維為媒介,進行分布式控制或?qū)崟r控制,以達到數(shù)據(jù)傳送的通信目的,其速率最高可達1Mbps。由于其性能強大、使用可靠、運作方便等優(yōu)點,現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)自動化、多種控制設備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。

  較之許多其他控制總線結構相比,基于CAN總線的網(wǎng)絡系統(tǒng)具有以下方面的特點:

  (1)各模塊之間可實現(xiàn)任意無障礙數(shù)據(jù)通信,且不分主從,任意一個節(jié)點可以向任何其他(一個或多個)節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信,根據(jù)各個節(jié)點信息優(yōu)先級先后順序決定通信次序;即使在多個節(jié)點在同一時刻發(fā)起通信的情況下,也能自動遵循優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的原則,確保通信有序不亂,避免了通信線路的擁堵不暢通;

  (2)CAN為各節(jié)點串聯(lián)線路,在其中某一節(jié)點出現(xiàn)故障的情況下,其他節(jié)點可以免受其影響,照樣正常通信傳輸;

  (3)CAN總線支持長距離通信,最遠可支持10KM(速率低于5Kbps)的通信傳送,在40M以內(nèi),速率可高達到1Mbps;

  (4)CAN總線傳輸?shù)慕橘|(zhì)可以是雙絞線或同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量,對實時性的要求比較高,多主多從或者各個節(jié)點平等的現(xiàn)場中使用。

  (5)作為分布式控制系統(tǒng),它的顯著特點就是以數(shù)據(jù)塊取代傳統(tǒng)的地址編碼,使網(wǎng)路內(nèi)的節(jié)點個數(shù)不受限制,每幀數(shù)據(jù)段的字節(jié)不超過8個,節(jié)省了字節(jié)占時,大大提高了通信效率。

  2.2 CAN總線網(wǎng)絡節(jié)點設計

  CAN總線是為解決汽車內(nèi)部網(wǎng)絡控制而產(chǎn)生的,它所具有上述的特性和優(yōu)點也決定了它是汽車內(nèi)部網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的最佳現(xiàn)場總線,并且在其他諸多工業(yè)領域也得到了廣泛運用。

  CAN網(wǎng)絡是由車內(nèi)各種控制單元(ECU)組成,一個控制單元的硬件又包括傳感器和執(zhí)行器接口、微控制器、CAN控制器以及CAN收發(fā)器等。在微控制器控制的前提下,傳感器和執(zhí)行器負責實現(xiàn)各控制單元的功能指令,CAN收發(fā)器則負責接收來自控制器的通信訊號,將其轉(zhuǎn)化為與控制器相匹配的訊號,再有控制器來完成最終指令操作。

  2.3 CAN總線網(wǎng)絡系統(tǒng)應用

  汽車內(nèi)部的CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)是將汽車內(nèi)各個通信節(jié)點通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)多分布式操控的局域網(wǎng)系統(tǒng),是汽車各功能指令的通信部和指揮者。

  按汽車部位來分,主要的控制部分分為前部模塊、中央模塊和尾部模塊,按具體的硬件電路來分,則包含了信號采集模塊、MCU數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、負載驅(qū)動模塊以及CAN總線通信模塊。就CAN總線通信一模塊而言,其通信節(jié)點及控制系統(tǒng)單元又包括了主控制器、發(fā)動機、車內(nèi)儀表、中央門鎖、座椅調(diào)節(jié)、車燈、空調(diào)等等,從汽車的發(fā)動開始直到停止,都必然會對這些單元進行指控操作,而汽車之所以在這些操控下能夠安全平穩(wěn)地運行,CAN總線網(wǎng)絡系統(tǒng)起到了至關重要的作用。發(fā)出指令后,CAN以超高速率進行信息傳輸,迅速連接相應節(jié)點并作出相應響應。但是在實際開動中,個節(jié)點之間往往會進行大量的信息連接,很容易出現(xiàn)同一條CAN總線上信息擁堵反應不及時的情況,嚴重影響各指令反應速率,甚至引起事故。因此,根據(jù)各節(jié)點信息實時性要求的高低設定優(yōu)先通行次序是保證CAN有效運行的重要措施。所有受控系統(tǒng)單元通過CAN總線連接成一個通信網(wǎng)絡拓撲結構,如下圖所示:

  2.4 CAN網(wǎng)絡錯誤檢測機制

  CAN總線還是一種高速的、具有嚴格復雜的錯誤檢測和恢復功能的可靠性車內(nèi)控制網(wǎng)絡。

  每個CAN總線上的節(jié)點都有一個出錯計數(shù)器,通過計數(shù)器的記錄計算,根據(jù)出錯的嚴重程度,系統(tǒng)確定這些節(jié)點是否調(diào)整到降級模式。即從正常模式調(diào)整到降級模式,甚至直接切換到關斷模式。也就是說,一旦系統(tǒng)檢測到出現(xiàn)錯誤,則正在傳送的通信數(shù)據(jù)立即停止傳送,直到總線空閑時再次發(fā)送直至成功,或者直接切斷與總線的連接。

  CAN可檢測的錯誤具體有以下5種:

  (1)CRC校驗:接收到的數(shù)據(jù)計算出的CRC結果與接收到的CRC順序不同

  (2)幀格式檢測:檢測出的格式與固定位段格式不一致

  (3)應答錯誤檢測:發(fā)送單元在ACK槽中檢測出隱形電平

  (4)位檢測:輸出電平與總線電平不一致

  (5)位填充:在需要位填充的段內(nèi),連續(xù)檢測到6位相同的電平

  根據(jù)不同種類錯誤的出現(xiàn)或幾種同時出現(xiàn),有以下幾種解決辦法:

  (1)為了確保總線的正常工作,檢查總線是否仍在運行后再嘗試進入;

  (2)升級網(wǎng)絡內(nèi)部軟件及處理器性能,降低數(shù)據(jù)傳送中斷率;

  (3)在調(diào)試過程中,打開所有中斷,監(jiān)測網(wǎng)絡質(zhì)量,提高網(wǎng)絡質(zhì)量。

  3 結束語

  CAN總線技術在我國起步較晚,剛開始靠進口為主,現(xiàn)雖經(jīng)過較長時間的研究與發(fā)展已取得一定的成效,但較之發(fā)達國家仍有差距。因此若想要實現(xiàn)我國汽車制造的純自主化生產(chǎn)并在國際上取得更高的成績,CAN總線的汽車網(wǎng)絡的不斷研究是必不可少的重要推動力。

  參考文獻:

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