汽车专业毕业技术论文

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毕业技术报告

汽车CAN总线系统简介

系部机电工程系

专业

班级

学号

学生姓名

指导教师

毕业技术报告成绩评议表

2、各专业抽部分毕业生进行毕业技术报告答辩；

3、不参加答辩的学生，用指导教师评定的成绩作为最终成绩；

4、参加答辩的学生，用毕业答辩小组评定的成绩作为最终成绩。

CAN(Controller Area Network)即控制器局域网，是德国Bosch公司20世纪80年代最初动机是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线而应用开发的一种通信协议。因其良好的性能价格比和可靠性，如今已得到广泛应用。传输速率为83.3～500kbit/s。

LIN总线：是车内最新且运用最广泛的低成本串行通讯系统。开发这种是为了产生一种开放的标准“低成本”CAN，用在CAN难于实现或使用成本过高的位置。使用LIN后，无需增加CAN的带宽和灵活性，即可实现与智能传感器和执行器之间的通信。通信协议和数据格式均基于单主/多从概念。LIN总线在物理上基于单线制12V总线。通过LIN启动的典型部件包括车门模块（电动车窗、车门锁、后视镜调节），滑动天窗，转向盘上的控制按钮（收音机、电话……），座椅控制器，风挡玻璃雨刮器，照明，雨水/光线传感器，起动机，发电机等等。LIN 总线是一条双向单线接口，最大传输速率为20kbit/s。

与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，它在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一些著名的汽车制造厂商都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。

我在,,,汽车销售服务有限公司进行售后维修实习。在来这九个多月的时间里，首先我对汽车4S店的零部件供给、售后服务流程有了相关了解，其次学会了维修设备：举升机、轮胎动平衡机、部分专用工具等的使用，还有掌握了对检测仪器：DAS电脑检测仪、电池测试仪、万用表等的一般使用，以及对车间信息系统软件能熟练运用。

实习期间我主要从事汽车保养工作。汽车保养是很重要的，买的一辆新车，首先要懂得如何保养。汽车保养需求做的几项任务：干净汽车表面，检查门窗玻璃、刮水器、室内镜、后视镜、门锁与升降器手摇柄能否完全有效。检查散热器的水量、曲轴箱内的机油量、油箱内的燃油储量、蓄电池内的电解液液面高度能否符合请求。检查喇叭、灯光能否完全、有效，安装能否结实。检查转向机构各连接部位能否松旷，安装能否结实。检查轮胎气压能否充足，并肃清胎间及胎纹间杂物。检查转向盘的游动间隙能否符合标准；轮毂轴承、转向节主销能否松动。

汽车保养除了换机油外，还要用电脑检测仪检查车各个电控部件能否正常。检查发动机机油液位，发动机冷冻液液位，助力转向油液位，刹车油油位和轮胎气压。谈到轮胎气压，很多车主看到车轮很扁，以为气压不足，而给汽车车胎打气，直至不扁。实际上这是错的。太高的轮胎气压，造成轮胎过早磨损，在高速公路行驶时，简单发作爆胎，非常风险。轮胎气压太低也不好，最好按各车的标准，可查随车手册或油箱盖上的说明标签。

在这次实习中我认识到要把这项技术学习好，首先要有丰富的理论知识，要有灵活的思维，要有精心钻研的意志，只有这样才能吧车迅速的修好。所以我在工作之余就会到公司技术部去借阅资料，当我看到“汽车CAN总线系统”资料时不禁眼前一亮。虽然看起来有些枯燥，但却是汽车诊断维修必不可少的理论基础。

主体

一、CAN总线特点

CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN总线特点如下：

（1）多主机方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。（2）网络上的节点（信息）可分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。

（3）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。

（4）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。

（5）直接通信距离最远可达6km（速率10Kbps以下）。

（6）通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长30m）。

（7）节点数实际可达110个。

（8）采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个。

（9）每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，数据出错率极低。（10）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。

（11）节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。

二、CAN 的工作原理

车身系统的控制单元多为低速马达和开关量器件，对实时性要求低而数量众多。使用低速的总线连接这些电控单元。将这部分电控单元与汽车的驱动系统分开，有利于保证驱动系统通信的实时性。此外，采用低速总线还可增加传输距离、提高抗干扰能力以及降低硬件成本。

动力与传动系统的受控对象直接关系汽车的行驶状态，对通讯实时性有较高的要求。因此使用高速的总线连接动力与传动系统。传感器组的各种状态信息可以广播的形式在高速总线上发布，各节点可以在同一时刻根据自己的需要获取信息。这种方式最大限度地提高了通信的实时性。

故障诊断系统是将车用诊断系统在通信网络上加以实现。

信息与车载媒体系统对于通讯速率的要求更高，一般在2 Mb/s以

上。采用新型的多媒体总线连接车载媒体。这些新型的多媒体总线往往是基于光纤通信的，从而可以充足保证带宽。

网关是电动汽车内部通信的核心，通过它可以实现各条总线上信息的共享以及实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能。

CAN总线标准包括物理层、数据链路层，其中链路层定义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则及故障检测与故障处理的方式。

当CAN 总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。

当一个节点要向其它节点发送数据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN 芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时，网上的其它节点处于接收状态。每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。

由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。可以很容易地在CAN 总线中加进一些新节点而无需在硬件或软件上进行修改。

三、汽车电子网络结构：

在汽车内部采用基于总线的网络结构，可以达到信息共享、减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的。通常的汽车网络结构采用多条不同速率的总线分别连接不同类型的节点，并使用网关服务器来实现整车的信息共享和网络管理，如图1所示。

四、CAN总线标准、协议

国际上众多知名汽车公司早在20世纪80年代就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。目前存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有所不同。为方便研究和设计应用，SAE（美国汽车工程师协会）将汽车数据传输网划分为A、B、C三类。

A类是面向独立模块间数据共享的中速网络，传输速率在10-125 kb/s，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统；B类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网，位速率在125 kb/s-1 Mb/s之间，主要用于牵引控制、先进发动机控制、ESP等系统;C类是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于1O kb/s，主要用于后视镜调整，电动窗、灯光照明等控制。

（1） A类总线标准、协议

A类中的国际标准是CAN总线。CAN总线是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1Mb/s。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、检验、优先级判别等项工作。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，最多可标识2048(2.OA)个或5亿(2.OB)多个数据块。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上受限制。数据段长度最多为8个字节，不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议还可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。

A类标准总线传输速率在100kb/s左右。从1992年起欧洲大部分汽车公司，一直采用A类标准总线，所使用的传输速率范围从

47.6-500kb/s不等。

（2）B类高速总线系统标准、协议

由于高速总线系统主要用于与汽车安全相关，以及实时性要求比较高的地方，如动力系统等，所以其传输速率比较高。根据传统的SAE的分类，该部分属于B类总线标准，通常在125kb/s-1Mb/s之间，必须支持实时的周期性的参数传输。目前，随着汽车网络技术的发展，未来将会使用到具有高速实时传输特性的一些总线标准和协议，包括采用时间触发通讯的系统总线标准和用于安全气囊控制和通讯的总线标准、协议。

B类总线标准、协议是用来支持分布在车辆各个不同位置的电控单元之间实现实时闭环控制功能的高速通信标准，其数据传输速率为250kb/s。

（3）C类总线标准、协议

C类网络使用起来既简单又经济，但随着技术的发展，预计在今后几年中将会逐步在汽车通信系统中被停止使用。目前首选的标准是LIN。LIN是用于汽车分布式电控系统的一种新型低成本串行通信系统，它是一种主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信，而这正是CAN总线的带宽和功能所不要求的部分。由于目前尚未建立低端多路通信的汽车标准，因此LIN正试图发展成为低成本的串行通信的行业标准。

LIN的标准简化了现有的基于多路解决方案的低端CAN，同时将降低汽车电子装置的开发、生产和服务费用。LIN采用低成本的单线连接，传输速度最高可达20kb/s，对于低端的大多数应用对象来说，这个速度是可以接受的。

在下表中，给出了LIN总线以及下列其他各类典型汽车总线标准、协议特性和参数。

五、CAN的报文格式

在总线中传送的报文,每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式,其唯一的不同是标识符(ID)长度不同,标准格式为11位,扩展格式为29位。

在标准格式中,报文的起始位称为帧起始(SOF),然后是由11位标识符和远程发送请求位 (RTR)组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧,在请求帧中没有数据字节。

控制场包括标识符扩展位(IDE),指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位,为将来扩展使用。它的最后四个字节用来指明数据场中数据的长度(DLC)。数据场范围为0～8个字节,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC)。

应答场(ACK)包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平(逻辑1),这时正确接收报文的接收站发送主控电平(逻辑0)覆盖它。用这种方法,发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。

报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位,如果这时没有站进行总线存取,总线将处于空闲状态。

六、CAN的数据错误检测

不同于其它总线,CAN协议不能使用应答信息。事实上,它可以将发生的任何错误用信号发出。CAN协议可使用五种检查错误的方法,其中前三种为基于报文内容检查。

3.4.1 循环冗余检查(CRC)

在一帧报文中加入冗余检查位可保证报文正确。接收站通过CRC可判断报文是否有错。

3.4.2 帧检查

这种方法通过位场检查帧的格式和大小来确定报文的正确性,用于检查格式上的错误。

3.4.3.应答错误

如前所述,被接收到的帧由接收站通过明确的应答来确认。如果发送站未收到应答,那么表明接收站发现帧中有错误,也就是说,ACK场已损坏或网络中的报文无站接收。CAN协议也可通过位检查的方法探测错误。

3.4.4 总线检测

有时,CAN中的一个节点可监测自己发出的信号。因此,发送报文的站可以观测总线电平并探测发送位和接收位的差异。

3.4.5 位填充

一帧报文中的每一位都由不归零码表示,可保证位编码的最

大效率。然而,如果在一帧报文中有太多相同电平的位,就有可能失去同步。为保证同步,同步沿用位填充产生。在五个生。在五个连续相等位后,发送站自动插入一个与之互补的补码位;接收时,这个填充位被自动丢掉。例如,五个连续的低电平位后,CAN自动插入一个高电平位。CAN通过这种编码规则检查错误,如果在一帧报文中有6个相同位,CAN就知道发生了错误。

如果至少有一个站通过以上方法探测到一个或多个错误,它将发送出错标志终止当前的发送。这可以阻止其它站接收错误的报文,并保证网络上报文的一致性。当大量发送数据被终止后,发送站会自动地重新发送数据。作为规则,在探测到错误后23个位周期内重新开始发送。在特殊场合,系统的恢复时间为31个位周期。

但这种方法存在一个问题,即一个发生错误的站将导致所有数据被终止,其中也包括正确的数据。因此,如果不采取自监测措施,总线系统应采用模块化设计。为此,CAN协议提供一种将偶然错误从永久错误和局部站失败中区别出来的办法。这种方法可以通过对出错站统计评估来确定一个站本身的错误并进入一种不会对其它站产生不良影响的运行方法来实现,即站可以通过关闭自己来阻止正常数据因被错误地当成不正确的数据而被终止。七、CAN总线可靠性及优点

从总线系统数据的角度看,可靠性可以理解为,对传输过程产生的数据错误的识别能力。为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险,汽车的安全系统要求数据传输具有较高的安全性。CAN数据传输的可靠性非常高, 一个系统按每年365天,每天工作8小时,每秒错误率为0. 7计算,那么按统计平均,每1000年才会发生一个不可检测的错误。所以数据错误概率非常小,使其在系统整个寿命周期内,按平均统计时几乎检测不到。

优点：①具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；

②采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；

③具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN 控制

器挂到CAN-bus 上，形成多主机局部网络；

④可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；

⑤可靠的错误处理和检错机制；

⑥发送的信息遭到破坏后，可自动重发；

⑦节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；

⑧报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

小结

经过两个月的准备，论文终于顺利完成。对汽车CAN总线系统有了较深的理解，希望能把此项技术能够简单明了的呈现出来，中间我也是在不懂到半懂的状态的中完成的，这既是自我学习的过程，也是自我努力的结果。

完成这项论文，我也是从中获益匪浅，只有一个明确的目标，才能坚持的走下去，还有就是要有具体的计划于安排，步步踏实，步步稳赢！

致谢词

在此我衷心的感谢对我进行辅导帮助的,,,老师和陈耀老师，在我撰写论文的过程中得到了老师悉心细致的教诲和无私的帮助，谢谢您给我的帮助和支持！

在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，也感谢本文参考文献的所有作者和单位，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

参考文献

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[2]雷霖. 现场总线控制网络技术电子工业出版社 2004

[3] 邹长庚. 现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断（第三版）北京理工大学出版社 2006

[4]浦永峰. 汽车检测与故障诊断清华大学出版社 2009

[5]刘希恭. 现代汽车检测与故障仪器使用问答国防工业出版

社 2007

[6]荆强，郭玲. 汽车故障诊断与检测北京交通大学出版社 2009