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汽车总线CAN
引言
为什么需要can?随着人类的社会和需求发展,现在汽车逐渐走向安全、经济、环保和智能化。传统汽车目标已经不在是像以前追求速度、舒适、外形等多因素,主要以车为中心。现代汽车而是更加注重环保、智能、节能、舒适度等以人和环境为中心。所以不断增加传感器、各类电子控制器单元(ECU)(1. 电控燃油喷射系统2. 电控传动系统3. 防抱死制动系统4. 防滑控制系统5. 废气再循环控制系统)和内燃机换成了电机和动力电池,使得汽车稳定的机械结构,不断被替换成各种各样的电器设备。而这些众多繁杂的电器设备又使得汽车上线束繁杂、ECU众多、数据互通麻烦。这时候我们汽车线束救世主BOSCH博世在80年代初为解决现代汽车中众多的电子控制器与车辆仪器之间的数据交换而开发了一种串行数据通信协议
CAN和车载网络的历史
CAN的历史
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1983年:BOSCH公司内部启动研究车内网络。
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1986年2月:在密西根州底特律的汽车工程师SAE会议上,BOSCH公布CAN总线协议作为汽车电子解决方案。
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1987年:同一年CAN控制器芯片由英特尔和飞利浦生产的先后上市,英特尔先发布82526,不久飞利浦随后发布82C200.
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1991年:梅赛德斯奔驰W140是第一款采用基于CAN的多路布线系统的量产车;BOSCH公司发布CAN2.0,分CAN2.0A(11位标识符标准CAN)和CAN2.0B(29位标识符扩展CAN)。
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1993年11月:CAN总线被接受并列入国际标准组织IOS的国际标准中,并发布ISO 11898(高速CAN)和ISO 11519(低速CAN).
高速CAN与低速CAN 对立统一
统一性:架构相同,都有电阻、总线和节点;作用相同,都是局域网内设备之间通信。
对立性:
通信速率不一样,高速CAN通信速率可高达1Mbps,低速CAN通信速率可高达125Kbps;
电阻值不一样,高速CAN总线之间并联一个120Ω的电阻,低速CAN总线之间并联一个2.2KΩ电阻;
帧类型不一样,高速CAN有两种类型,标准帧和扩展帧,低速CAN只有标准帧。 -
1994年:美国汽车工程师协会SAE制定SAEJ1939标准,用于卡车和巴士控制和通信网络。
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1995年:ISO发布面向对象连接的CAN应用层 CANopen标准。
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1998年:德国宝马(BMW)、大众(Volkswagen)联合沃尔沃(VOLVO)、戴姆斯-克莱斯勒(Daimler-chaysler)等组成LIN联盟,开发出低成本、低速率的LIN协议。
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2000年:ISO迫使Bosch等公司基于CAN协议开发具有时间同步的TTCAN,2004年成为国际ISO11898-4标准。
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2002年:BWM(宝马)联合Freescale(原Motolora半导体部)等公司共同组建了FlexRay联盟。 同年,BWM又与美国通用、日本丰田联合IBM、NEC等100余家IT、电子和半导体商家,共同发起汽车开放系统体系架构AutoSAR(Automotive Open System Architecture).
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2003年:ISO开始将原先的ISO 11898C
CAN标准逐步分离为相互独立6个部分(ISO 11898CAN-X)。 -
2003年9月:发布LIN2.0规范。作为车身CAN的下一级网络辅助车身控制。
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2004年:FlexRay联盟了具有容错技术的下一代车载网络FlexRay。同年,9月16日,丰田汽车、日产汽车、丰田通用等宣布日本正式成立一个与AutoSAR相对应的日本汽车软件平台架构JASPAR的日本汽车软件平台架构JASPAR的车载电子软件便准化机构,其目标是API、中间件和汽车网络技术的标准化,另一层面挑战AutoSAR.
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2016年:ISO把6个相互独立部分又整合在一起。
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通用开发GMLAN网络。
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欧洲维也纳工业大学开发TTP/A与TTP/C,管理组织包括奥迪、Delphi、NEC等;
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IDB论坛负责管理IDB-C即SAE2366与IDB-1394高速多媒体协议;
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ZigBeeTM联盟正对蓝牙技术收车内电磁噪音影响提出了车载无线网络ZigBee;
车载网络作用
- 汽车的基本车身控制系统也称为车身电子总线系统,主要功能节点包括照明灯、转向灯、电动车窗、中央集控锁等
- 汽车的主要控制系统也称为动力传动总线系统,主要功能部件包括电子燃油喷射系统、ABS系统、电控自动变速系统等
- 汽车各电子控制器系统之间的综合、实时控制和信息反馈。
汽车网络与汽车燃油排放、功率输出、动力传动、刹车制动以及转向、照明等严格相关。汽车网络的性能直接决定汽车安全、节能、环保以及智能化水平。
汽车上影响网络性能的主要技术原因
- 汽车具有强电磁干扰环境:汽车本身配置大量电子系统。e.g. 点火线圈、发电机和发动机频繁向外界传递电磁强干扰;汽车运行的随机性,易受到外界如电子收费站等外部电磁场干扰。
- 汽车运行状态恶劣:汽车在路面运动中,产生震动、颠簸和随机性冲击,网络出错机率高。
- 汽车本身信息的要求苛刻:汽车的信息特点比较复杂,既有周期性信息又有随机性信息、各种信息对实时性、可靠性、传输确定性以及信息发送的灵活性要求不同。各信息的有效调度和传输性能分析是一大难点。
CAN的缺点
- 不同用户应用层协议差异大:CAN协议只规定数据链路层和物理层,没有规定应用层。设计者自行规定应用层。
- CAN协议没有提供信息传送时间管理机制:信息的发送、传输和调度都是根据优先级进行仲裁,没有时间分配,导致的后果是信息传输具有不确定性,网络在恶劣环境下存在阻塞问题,信息的实时性不能被保证,网络宽带利用率过低。简单来说,就是上个低安全性ID的CAN消息帧还在发送,却不知道啥时候结束,但是有个比较紧急的关于安全高优先级ID的CAN消息帧却等待上个CAN消息帧发送结束。所以带来汽车存在可靠性和安全性隐患问题。
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