CAN通信網(wǎng)在汽車(chē)中的應用研究

控制局域網(wǎng)CAN(ControllerAreaNetwork)是德國B(niǎo)osch公司為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而應用開(kāi)發(fā)的一種通信協(xié)議。在國外，尤其是歐洲，CAN網(wǎng)絡(luò )已被廣泛地應用在汽車(chē)上，如BENZ、BMW、PORSCHE、ROLLSROYCE、JAGUAR等車(chē)。

現代汽車(chē)典型的控制單元有電控燃油噴射系統、電控傳動(dòng)系統、防抱死制動(dòng)系統(ABS)、防滑控制系統(ASR)、廢氣再循環(huán)控制、巡航系統和空調系統。

在一個(gè)完善的汽車(chē)電子控制系統中，許多動(dòng)態(tài)信息必須與車(chē)速同步。為了滿(mǎn)足各子系統的實(shí)時(shí)性要求，有必要對汽車(chē)公共數據實(shí)行共享，如發(fā)動(dòng)機轉速、車(chē)輪轉速、油門(mén)踏板位置等。但每個(gè)控制單元對實(shí)時(shí)性的要求是因數據的更新速率和控制周期不同而不同的。例如，一個(gè)8缸柴油機運行在2400r/min，則電控單元控制兩次噴射的時(shí)間間隔為6.25ms。其中，噴射持續時(shí)間為30°的曲軸轉角(2ms)，在剩余的4ms內需完成轉速測量、油量測量、A/D轉換、工況計算、執行器的控制等一系列過(guò)程。這就意味著(zhù)數據發(fā)送與接收必須在1ms內完成，才能達到柴油機電控的實(shí)時(shí)性要求。這就要求其數據交換網(wǎng)是基于優(yōu)先權競爭的模式，且本身具有極高的通信速率，CAN現場(chǎng)總線(xiàn)正是為滿(mǎn)足這些要求而設計的。不同參數應具有不同的通信優(yōu)先權。

典型參數允許響應時(shí)間

發(fā)動(dòng)機噴油量10ms

發(fā)動(dòng)機轉速300ms

車(chē)輪轉速1s~100s

進(jìn)氣溫度20s

冷卻液溫度1min

燃油溫度≈10min

3CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)及通信協(xié)議

3.1CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)

CAN作為一種多主總線(xiàn)，支持分布式實(shí)時(shí)控制的通信網(wǎng)絡(luò )。其通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制部件、傳感器、抗滑系統等應用中，總線(xiàn)的位速率最大可達1Mbit/s。CAN光線(xiàn)具有以下主要特性：

a.無(wú)破壞性的基于優(yōu)先權競爭的總線(xiàn)仲裁。

b.可借助接收濾波的多地址幀傳送。

c.具有錯誤檢測與出錯幀自動(dòng)重發(fā)送功能。

d.數據傳送方式可分數據廣播式和遠程數據請求式。

3.2CAN總線(xiàn)幀格式

CAN和OSI七層參考模式，按照IEEE802.2和IEEE802.3標準，其通信接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗及優(yōu)先級別等項工作。在系統中，數據按照攜帶的信息類(lèi)型可分為四種幀格式：

a.數據幀。

用于節點(diǎn)間傳遞數據，是網(wǎng)絡(luò )信息的主體。一個(gè)數據幀由7個(gè)不同位場(chǎng)構成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數據場(chǎng)、CRC場(chǎng)、ACK場(chǎng)和幀結束。其中數據段長(cháng)度可編程0～8個(gè)字節。
數據幀格式

b.遠程幀。由在線(xiàn)單元發(fā)送，用于請求發(fā)送具有相同標識符的數據幀，其幀格式與數據幀基本相同，但沒(méi)有數據場(chǎng)。

c.出錯幀。出錯幀是檢測總線(xiàn)出錯的一個(gè)信號標志，由兩個(gè)不同場(chǎng)構成。第一場(chǎng)由來(lái)自不同節點(diǎn)的錯誤標志疊加，第二個(gè)場(chǎng)為錯誤界定符。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證數據通信的可靠性。

d.超載幀。由超載標識和超載界定符組成，表明邏輯鏈路控制層要求的內部超載狀態(tài)，并將由媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層的一些出錯條件而被啟動(dòng)發(fā)送。用于擴展幀序列的延遲時(shí)間。

3.3CAN數據鏈路控制

系統中，CAN總線(xiàn)以報文為單位進(jìn)行數據傳輸，節點(diǎn)對總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)采取位仲裁方式。報文起始發(fā)送節點(diǎn)標識符分為功能標識符(如轉速信號)和地址標識符(如控制單元節點(diǎn)地址)。CAN協(xié)議的最大特點(diǎn)是打破了傳統的節點(diǎn)地址編碼方式，而擴展了對通信數據塊進(jìn)行編碼方式。采用數據塊的標識符可用11位或29位二進(jìn)制表示，即可定義211或229個(gè)不同的數據類(lèi)型。即使對未來(lái)更復雜的汽車(chē)控制網(wǎng)絡(luò )其容量也足夠了。標識符的值越小，幀數據的優(yōu)先級越高。通過(guò)數據鏈路控制，每個(gè)接收器完成幀接收濾波確定此幀數據是否有效，實(shí)際汽車(chē)應用中一般采用不冗余的通信線(xiàn)路，而CAN協(xié)議提供強大的出錯診斷機制，在保證數據通信的可靠性方面起了重要作用。