CAN 数据总线（CAN BUS）

基本内容 简介 基本构造 数据传输 功能 驱动系统 舒适系统 传送安全性和故障处理

简介 Canbus的由来 由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案－CAN数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。

简介 Canbus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。 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。 98年在PASSAT和GOLF的驱动系统上增加了Canbus，传送速率为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。 2000年，大众公司在PASSAT和GOLF采用了带有网关的第二代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。

基本构造 CAN-Bus是Controller Area Network的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。 车上的布线空间有限，CAN-Bus系统的控制单元连接方式采用铜缆串行方式。由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之间的信息传送方式是广播式传输。也就是说每个控制单元不指定接收者，把所有的信息都往外发送；由接收控制器自主选择是否需要接收这些信息。 广播原理：一家发送，大家接收 广播原理：一家发送，大家接收

基本构造 3. CAN-BUS系统组成： CAN收发器: 安装在控制器内部，同时兼具接受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。 数据传输终端：是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，影响数据的传输。 数据传输线：双向数据线，由高低双绞线组成。

基本构造 4. Canbus采用双绞线自身校验的结构，既可以防止电磁干扰对传输信息的影响，也可以防止本身对外界的干扰。系统中采用高低电平两根数据线，控制器输出的信号同时向两根通讯线发送，高低电平互为镜像。并且每一个控制器都增加了终端电阻，已减少数据传送时的过调效应。 Canbus双绞线的基本颜色： Can总线的基本颜色：橙色；Can-Low总是棕色； Can-High:驱动系统(黑色)； 舒适系统（绿色)；信息系统(紫色）； 数据传输线 数据传输终端 CAN收发器 +1V -1V 外界的干扰同时作用于两根导线 产生的电磁波辐射相互抵消 ~0 V

基本构造 5. 由于汽车不同控制器对CAN总线的性能要求不同，因此最新版本的CAN总线系统人为设定为5个不同的区域，分别为驱动系统、舒适系统、信息系统、多功能仪表、诊断总线等5个局域网。其速率分别为(Kbit/s)： 驱动系统（由15号线激活）：500; 舒适系统（由30号线激活）：100 信息系统（由30号线激活）：100； 诊断系统（由30号线激活）：500 仪表系统（由15号线激活）：100； Lin: 20 最大承载：1000 CAN 仪表 CAN 驱动 CAN 信息 CAN 舒适 CAN 诊断

基本构造 CAN-区域图 Sensor Cluster Motor Getriebe ABS/ESP 诊断接口 Airbag EPS 网关 LWS SMLS Wischer l BSG Wischer r Radio Telefon Klima Tür VR Tür HR Komfort Tür VL Tür HL

基本构造 6. 网关 由于不同区域Canbus总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关(Gateway)来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故，气囊控制单元会发出负加速度传感器的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯。

基本构造 7. Linbus Linbus是内部网络的缩写。所谓汽车中的内部网络是指所有的控制单元都在一个总成内（如空调等），并且有主控制器和子控制器之分，整个总成内（主控制器和子控制器，子控制器和子控制器）信息都由Linbus相连，然后由主控制器通过Canbus与外界相连。Linbus是CANBUS的子网, 但它只有一根数据线，线截面积为0.35mm2,并且没有屏蔽措施。Linbus系统规定一个主控制单元最多可以连接16个子控制单元

基本构造 8. 诊断总线 诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的K线或者L线的功能（废气处理控制器除外）。 8. 诊断总线 诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的K线或者L线的功能（废气处理控制器除外）。 诊断总线目前只能在VAS5051和VAS5052下工作，而不能适用于原来的诊断工具，如1552等。诊断总线通过网关转接到相应的CANBUS上，然后再连接相应的控制器进行数据交换。 随着诊断总线的使用，大众集团将逐步淘汰控制器上的K线存储器，而采用CAN线作为诊断仪器和控制器之间的信息连接线，我们称之为虚拟K线。 诊断总线 网关 仪表总线 驱动总线 舒适总线 信息总线

基本构造 当车辆使用诊断CANBUS总线结构后，VAS5051等诊断仪器必须使用相对应的新型诊断线（VAS5051/5A或VAS5051/6A）, 否则无法读出相应的诊断信息。另外，车上的诊断接口也作出了相应的改动，具体信息看如下图表： 注：5051仪器的版本号必须大于3.0以上 才能使用诊断CANBUS总线。 新型诊断线能够适用于旧型诊断接口。 针脚号 对应的线束 1 15号线 4 接地 5 接地 6 CANBUS(高） 7 k线 14 CANBUS(低） 15 L线 16 30号线 注：未标明的针脚号暂未使用。

功能 1. Canbus上的信息 Canbus上的信息是以二进制形式出现的。也就是说控制单元将信息转换成二进制，Canbus用电平来模拟二进制，接受控制单元将电平转换成二进制数据，再将二进制数据转换成正常数据。 例如： 控制单元B将发动机转速值信号先转换成二进制信号(00010101),然后由发送器转换成一串电平信号兵发送出去。 控制单元A的接收器先读取电平信号，转换成二进制信号(00010101)，然后再解码成发动机转速值。

功能 2. 逻辑信号和差分放大器 log: „1“ 差分放大器对应于逻辑电平 log. „0“

3. Canbus的收发器 Canbus上的控制器中发送信息的线路通过一个开路集电极和总线相连。 功能 3. Canbus的收发器 Canbus上的控制器中发送信息的线路通过一个开路集电极和总线相连。 Canbus的收发器如图所示，使用一个电路进行控制，这样也就是说控制单元在某一时间段只能进行发送或接受一项功能。 逻辑“1”：所有控制器的开关断开；总线电平为5Vor3.5V；Canbus未通讯。 逻辑“0”：某一控制器闭合；总线电平为0伏； Canbus进行通讯。

功能 典型收发器线路图（TJA 1050）：

功能 2个以上控制器所组成的Canbus系统 1.任何开关闭合，总线上的电压为0伏 2.所有开关断开，总线上的电压为5伏 因此： 1.只要任何一个控制器激活，则总线激活 2.所有控制器关闭，总线处于未激活状态 激活的总线称为显性电平； 未激活的总线电平称为隐形电平

数据传输 1. Canbus 的数据结构 当控制器发送信息时，并不仅仅是数据本身，它同时还带有属性数据打成数据包一起传送。该数据包共有7个数据段，分别储存有开始区（1位），状态区（11位），检验区（6位），数据区（64位），安全区（16位），确认区（2位）和结束区（7位）。 开始区 优先级别区 未使用 数据区 确认区 检验区－数据量 16位冗余校验码 结束区

数据传输 2. 优先级确认 因为Canbus采用串行数据传递（单根数据线)方式，如果有多个控制器同时需要发出信号，那么在总线上一定会发生数据冲突。所有每一个数据列都有它的优先级。当有多个控制器试图发送信息时，它们自己的接收器为信息优先级进行仲裁，当其他控制器发送的信息优先级高于自己控制器发送信息时，通知自己发送器停止发送，整个控制器进入接收状态。 在信息数据列中有11位的状态区，这11位二进制中前7位既是发送信息的控制器标识符，同时又表示了它的优先级，即从前往后数，前面零越多，优先级越高。而后4位则是这个控制器发送不同信息的编号，如发动机控制单元既要发送转速信号，又要发送水温等信号，则后4位就有所不同。

3. Canbus系统的难题-发送和接受的同步 数据传输 3. Canbus系统的难题-发送和接受的同步

数据传输 同步解决方案一：边沿对齐 为了保证发送和接受能够同步，Canbus规定了边沿对齐规则。也就是说接收器发现每一次电平反向的节拍不对时，必须调整边沿，以求得同步。这个规则在电平变化频繁时能有效的保证了接收的正确性

数据传输 数据的位填充 为了保证发送和接受能够同步，Canbus规定了位填充规则。也就是说最多5位出现一样的电平信号，第六位必须有一个反向电平。这个规则能有效的保证了接收的正确性

数据传输 出错帧（Error Frame): 当控制器在接收其他控制器或自己发送器的信息时，发现信息有错误，可以发送出错帧，出错帧至少有6个显性电平和8个隐性电平，至多12个显性电平和8个隐性电平构成。 错误发送控制单元 接收控制单元 接收控制单元 Canbus系统

驱动系统 驱动系统 Canbus驱动系统由15号激活, 速率是所有Canbus中最高达到500 kBit/s，采用终端电阻结构，其中心电阻为66欧姆（发动机电阻）；并且高低Canbus线为环状结构，即任一根Canbus线断路，则Canbus无法工作。

驱动系统 驱动系统电路简图

驱动系统 驱动系统的信号图 驱动系统的Canbus信号和逻辑信号： Can-High的高电平为：3.5伏 Can-Low 的高电平为: 2.5伏 Can-low 的低电平为：1.5伏 逻辑“1”： Can-high=3.5V Can-low=1.5V 逻辑“0”： Can-high=2.5V Can-low=2.5V

舒适系统 舒适系统 Canbus舒适系统由30号激活, 速率达到100 kBit/s，没有终端电阻，且高低Canbus线分离，即任一根Canbus线断路，Canbus工作不受影响。

舒适系统 舒适系统电路简图 测舒适系统高低线的电阻为无穷大！

10us 舒适系统 舒适系统的信号图 舒适系统的Canbus信号和驱动系统有很大区别： Can-High的高电平为：3.6伏 Can-Low 的高电平为: 5伏 Can-low 的低电平为：1.4伏 逻辑“1”： Can-high=3.6V Can-low=1.4V 逻辑“0”： Can-high=0V Can-low=5V 10us

传送安全性和故障处理 内部故障管理 控制单元内部有错误计数器。一次发送失败计数加8，一次接收错误计数加1。当累计超过127时，控制器不再允许发送信息，当累计超过255时，控制器自动与总线脱离.但是，控制器发送信息时，没有受到答复信号，控制器将重复发送，而错误计数不计数。

传送安全性和故障处理 典型故障－1：Can-Low 断路

传送安全性和故障处理 示波仪判断

传送安全性和故障处理 典型故障－2：Can-high 断路

传送安全性和故障处理 示波仪判断

传送安全性和故障处理 典型故障－3：Can-Low 与电瓶短接

传送安全性和故障处理 示波仪判断

传送安全性和故障处理 典型故障－4：Can-Low 与地短接

传送安全性和故障处理 示波仪判断

传送安全性和故障处理 典型故障－5：Can-Low与Can-high短接

传送安全性和故障处理 示波仪判断

传送安全性和故障处理 典型故障－6：Can-Low与Can-high交叉连接

传送安全性和故障处理 示波仪判断