車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課件：CAN技術(shù)應(yīng)用

車載網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

CAN技術(shù)應(yīng)用?

2023年4月7日，以“科技·進化”為主題的2023奇瑞汽車新能源之夜在北京水立方舉辦。?在“瑤光2025”戰(zhàn)略賦能下，奇瑞集團發(fā)布在新能源汽車領(lǐng)域的新戰(zhàn)略、新技術(shù)、新品牌、新產(chǎn)品，推出了135項新技術(shù)。?

奇瑞全棧自研的onebox線控制動技術(shù)，具有更高的集成度和能量回收效率，搭配RBU能夠滿足自動駕駛對高冗余的要求。令情景導(dǎo)入任務(wù)目標(biāo)

知識目標(biāo)：1.了解CAN總線的產(chǎn)生、發(fā)展歷程；2.掌握CAN

總線的組成和通信機制；

能力目標(biāo)：

1.合理使用工具和儀器，測量CAN總線信號波形、診斷線路故障；

2.查閱技術(shù)文件，監(jiān)聽、編制CAN總線報文；

素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)團隊協(xié)作等社會能力；2.培養(yǎng)科學(xué)探究精神和嚴(yán)謹(jǐn)工匠精神。20世紀(jì)中后期汽車發(fā)展隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，汽車電控系統(tǒng)進入飛速發(fā)展階段。CAN總線的引入和優(yōu)勢為解決上述問題，德國Bosch公司開發(fā)了CAN總線，其多主工作方式、抗干擾能力強等優(yōu)點受到廣泛歡迎。一、CAN總線概述n20世紀(jì)中后期汽車電控系統(tǒng)發(fā)展背景傳統(tǒng)汽車電路模式問題傳統(tǒng)的點對點、單線制汽車電路模式產(chǎn)生諸多問題，如布線困難、檢修不便等。

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一、CAN總線概述n

傳統(tǒng)點對點電控系統(tǒng)布線問題傳統(tǒng)汽車電控系統(tǒng)中，每個控制單元都需要與其它單元進行

物理連接，導(dǎo)致線路復(fù)雜、維護困難。點對點電控系統(tǒng)布線

問題數(shù)據(jù)共享和抗干擾能

力缺乏通信帶寬和掛載節(jié)點

數(shù)限制傳統(tǒng)電控系統(tǒng)的通信帶寬有限，且可掛載的節(jié)點數(shù)量較少，無法滿足現(xiàn)代汽車的需求。由于采用點對點的布線方式，各控制單元之間無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)

共享，同時抗干擾能力較弱。CAN總線的發(fā)展趨勢隨著新能源汽車和自動駕駛汽車的發(fā)展，傳統(tǒng)CAN總線已難以滿足日益增加的需求，CAN

FD應(yīng)運而生。CAN總線的發(fā)展過程1991年，Bosch發(fā)布CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，后被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

ISO標(biāo)準(zhǔn)化，形成ISO11898和ISO11519等標(biāo)準(zhǔn)。CAN總線的誕生背景20世紀(jì)80年代，為解決汽車微控制器通信需求，德國Bosch公

司開發(fā)了Controller

AreaNetwork。一、CAN總線概述nCAN總線的誕生和發(fā)展歷程一、CAN總線概述nCAN總線的優(yōu)點和應(yīng)用范圍

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CAN總線的優(yōu)點CAN總線具有多主工作方式、非破壞性總線仲裁技術(shù)、通信對象靈活等特點，使其在汽車、工業(yè)自動化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。性。CAN總線的應(yīng)用范圍CAN總線廣泛應(yīng)用于汽車電控系統(tǒng)、工業(yè)自動化、船舶、樓宇、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，成為分布式控制或?qū)崟r控制的優(yōu)選通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線的實時性CAN總線采用短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，抗干擾能力強，檢錯效果好，實現(xiàn)了高實時32CAN控制器CAN收發(fā)器數(shù)據(jù)傳輸線終端電阻二、CAN總線組成CAN控制器的錯誤處理功能當(dāng)接收到錯誤或故障信息時，

CAN控制器會負(fù)責(zé)處理并發(fā)送相應(yīng)的錯誤和故障消息。CAN控制器的數(shù)據(jù)傳遞功能CAN控制器接收來自微處理器的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)打包成幀，發(fā)送給CAN收發(fā)器進行傳輸。CAN控制器的基本作用CAN控制器是處理微處理器發(fā)出的數(shù)據(jù)，并將其傳遞給CAN收發(fā)器的關(guān)鍵設(shè)備。二、CAN總線組成nCAN控制器的作用和功能CAN收發(fā)器的基本功能將CAN總線上的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，或?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)換為CAN總線上的差分信號進行傳輸。提高抗干擾能力使用雙絞線形式和差分電壓傳遞信號的方式，提高了CAN總線的抗電磁干擾能力，減少了對外界的電磁輻射。二、CAN總線組成nCAN收發(fā)器的作用和功能實現(xiàn)點對點通信通過接收濾波的方式，實現(xiàn)一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送信息，或者一個節(jié)點從另一個節(jié)點接收信息。

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二、CAN總線組成n

數(shù)據(jù)傳輸線路的作用和功能CAN總線的線路故障主要包括CAN-L、CAN-H斷路或者

對地短路和對電源短路等。CAN總線采用雙絞線形式，通過差分電壓來表示總線的

隱性或顯性狀態(tài)。雙絞線形式和差分電壓傳遞信號的方式，提高了CAN總

線的抗電磁干擾能力。差分電壓傳遞信息線路故障類型多樣抗干擾能力強二、CAN總線組成n

終端電阻的作用和配置電磁干擾能力。

?容錯CAN無終端電阻，每個節(jié)點自帶匹配電阻。?高速CAN總線在二側(cè)末端各配置1個120Ω的電阻，通過模擬無限遠處導(dǎo)線的阻抗特性消耗能量而不產(chǎn)生反射波。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中終端電阻過大或過小時，會引起信號反射和干擾，從而影響信號的正確傳輸和接收。終端電阻的配置方法終端電阻的主要作用是防止電路回波信號干擾正常信號的傳遞，提高CAN總線的抗終端電阻異常的影響終端電阻的作用汽車大功率驅(qū)動電機干擾可能導(dǎo)致CAN波形失真三、CAN總線的協(xié)議棧n參考ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)模型，CAN總線分為數(shù)據(jù)鏈路層、物理層等2層，較為簡單的分層結(jié)構(gòu)有利于提高數(shù)據(jù)傳遞效率。n根據(jù)ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路LLC子層和媒體訪問控制MAC子層LLC子層的功能LLC子層主要負(fù)責(zé)接收過濾、

超載通知和恢復(fù)管理，提供非應(yīng)答服務(wù)。MAC子層的功能MAC子層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的封

裝/解封、幀編碼及位填充/去除填充位等操作。數(shù)據(jù)鏈路層功能劃分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)

實體間建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路。三、CAN總線的協(xié)議棧n

數(shù)據(jù)鏈路層的功能超載通知與恢復(fù)管理的功能當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過載時，LLC子層會發(fā)出超載通知，同時進行恢復(fù)管理，以保證數(shù)據(jù)的有序傳輸和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。接收過濾的作用LLC子層通過接收過濾，可以決定哪

些幀需要接收，哪些幀可以忽略，從而減少網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和提高傳輸效率。LLC子層的主要功能LLC子層主要負(fù)責(zé)接收過濾、超載通

知和恢復(fù)管理，提供非應(yīng)答數(shù)據(jù)發(fā)送服務(wù)和非應(yīng)答遠程數(shù)據(jù)請求服務(wù)。三、CAN總線的協(xié)議棧n邏輯鏈路層LLC子層的功能MAC子層的主要功能MAC子層位于數(shù)據(jù)鏈路層的下部，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的封裝/解封、幀編碼及位填充/去除填充位等操作。MAC子層的接收來源MAC子層從物理層接收MAC數(shù)據(jù)幀、遠程幀和超載幀，并向LLC子層提供服務(wù)。三、CAN總線的協(xié)議棧n媒體訪問控制MAC子層的功能MAC子層提供的服務(wù)

2MAC子層為LLC子層提供應(yīng)答數(shù)據(jù)傳送、應(yīng)答遠程數(shù)據(jù)傳送、超載幀傳送和編制出錯幀等服務(wù)。

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四、CAN總線的數(shù)據(jù)幀n

CAN總線數(shù)據(jù)的傳輸采用幀(frame)的形式。n幀是CAN總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝唬薈AN總線數(shù)據(jù)傳輸所需的全部信息，包

括數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)幀的仲裁段仲裁段由標(biāo)識符和1位RTR位

組成，用于區(qū)分不同節(jié)點的

數(shù)據(jù)優(yōu)先級。四、CAN總線的數(shù)據(jù)幀n

數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)特點數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段包含發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，長度可變，范圍為0~8字節(jié)。數(shù)據(jù)幀的起始標(biāo)識數(shù)據(jù)幀以顯性位作為起始，標(biāo)志著新的CAN幀的開始。幀起始的作用幀起始標(biāo)志著一個新的CAN幀的開始，用于同步總線上的所有節(jié)點。顯性電平與隱性電平顯性電平表示邏輯值為“0”，隱性電平表示邏輯值為“1”，顯性具有優(yōu)先性。幀起始的實現(xiàn)方式當(dāng)某個節(jié)點想向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先讀取總線電平判斷總線是否處于空閑狀態(tài)，然后用1個顯性位與總線執(zhí)行“與”操作，將整個總線置為顯性狀態(tài)。四、CAN總線的數(shù)據(jù)幀n幀起始的作用和實現(xiàn)方式312仲裁段是CAN總線數(shù)據(jù)幀中用于解決多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時

的競爭問題，確定數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。標(biāo)識符的重要性標(biāo)識符是仲裁段的關(guān)鍵組成部分，它決定了數(shù)據(jù)的優(yōu)先級和傳輸方式，包括點

對點、點對多和廣播。優(yōu)先級仲裁機制的運作當(dāng)多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過標(biāo)識符和RTR位的比較，確定數(shù)據(jù)的優(yōu)先級，低優(yōu)先級節(jié)點主動退出發(fā)送，節(jié)省了總線沖突仲裁時間。四、CAN總線的數(shù)據(jù)幀n

仲裁段的作用和優(yōu)先級仲裁機制仲裁段的作用四、CAN總線的數(shù)據(jù)幀n

控制段、數(shù)據(jù)段、校驗段、確認(rèn)段的作用和構(gòu)成校驗段與確認(rèn)段的作用和構(gòu)成校驗段用于驗證數(shù)據(jù)的完整性，確認(rèn)段則用于確認(rèn)數(shù)據(jù)是否正常接收，二者共同保障了CAN總線的可靠性?？刂贫蔚淖饔煤蜆?gòu)成控制段主要用于標(biāo)識數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級，由2位保留位和4位DLC位組成。數(shù)據(jù)段的作用和構(gòu)成數(shù)據(jù)段是CAN總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵牟糠?，?-8字節(jié)的數(shù)據(jù)組成，以MSB優(yōu)先的方式發(fā)送。CAN總線在自動駕駛汽車的應(yīng)用五、CAN總線的發(fā)展n

在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀CAN總線在汽車動力系統(tǒng)的應(yīng)用CAN總線在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用自動駕駛汽車需要高速、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，CAN總線為自動駕駛汽車提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)傳輸支持。CAN總線廣泛應(yīng)用于汽車動力系統(tǒng)中，實現(xiàn)各控制單元之間的實時數(shù)據(jù)交換。隨著新能源汽車的發(fā)展，

CAN總線在電池管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機控制系統(tǒng)等方面發(fā)揮重要作用。CAN

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