一文讲清汽车CAN网络

1. 什么是CAN网络

2. CAN网络组成

3. CAN报文5种帧

4. 常见CAN总线故障及解决方案

1. 什么是CAN网络

    CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由德国BOSCH公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线，并最终成为了国际标准（ISO 11898）。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的SAE J1939协议。

       CAN网络具有：传输速度高、成本低、可靠性高、集成度高、效率高、节点增减灵活等优势，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

2. CAN网络组成

       一个标准的CAN网络通常由ECU节点、CAN总线、CAN网关三部分组成。

2.1 ECU节点

       ECU节点就是车上的智能硬件设备里的ECU控制单元。比如发动机ECU、悬架系统ECU、BMS、ABS等。汽车越豪华，ECU就越多。智能控制硬件越多，相对价格就越贵。一般的，一辆车普通的家用轿车都有20个以上的ECU。

       下图就是东风小康的发动机ECU（控制单元）。

       带有CAN接口的ECU设计是总线开发的核心与关键，其中ECU的CAN总线模块主要由CAN控制器和CAN收发器组成。

       CAN收发器作为CAN控制器与物理总线之间的接口，它实现CAN控制器与总线之间逻辑电平与信号电平的转换。即从CAN核心模块输出逻辑电平到CAN收发器，然后经过CAN收发器内部转换将逻辑电平转换为差分信号输出到CAN总线上，CAN总线上的节点都可以决定自己是否需要总线上的数据。

       CAN控制器执行完整的CAN协议，完成通讯功能，包括信息缓冲和接收滤波。CAN控制器和收发器完成CAN物理层和逻辑电路层的所有功能。

2.2 CAN总线

        CAN总线也叫CAN BUS，每条CAN总线一般都是由2根线组成的双绞线构成，一根CAN_high（黄色），一根CAN_low（绿色），分别代表高电平和低电平。

       各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输，为了避免信号的反射和干扰，还需要在CAN_H和CAN_L之间接上120Ω的终端电阻。

       为什么是120Ω？因为电缆的特性阻抗为120Ω，选用120Ω的电阻可以模拟无限远的传输线。

       CAN_high电压为2.5~3.5V、CAN_low电压为1.5~2.5V。当没有数据发送时，两条线的电平一样都为2.5V，称为静电平，也就是隐性电平。

       CAN_high与CAN_low的电压差小于0.5V的时候为隐性的，逻辑信号表现为“逻辑1"（高电平）。

       CAN_high与CAN_low的电压差大于0.9V的时候为显性的，逻辑信号表现为"逻辑0"（低电平）。

      一般汽车的CAN网络可以分成动力总成总线、底盘控制总线、车身控制总线、娱乐系统总线、诊断控制总线共计五条CAN总线。

        动力总成CAN总线 (PowerTrain CAN P-CAN )，主要负责车辆动力，是整车CAN网络信号优先级、安全等级及信号传输速率最高的一条CAN总线，这条CAN总线上一般有以下ECU: ECM ( Engine Control Module ) 发动机控制模块、SRS （Supplemental Restraint System）电子安全气囊 、BMS ( Battery Management System ) 电池管理系统 、EPB Electronic Park Brake 电子驻车系统等。

       底盘控制CAN总线（Chassis CAN C-CAN ），主要负责汽车底盘及4个轮子的制动、稳定、转向，由于涉及整车制动/助力转向等, 所以其网络信号优先级也是比较高的。C-CAN总线上一般有以下ECU: ABS ( Antilock Brake System ) 防抱死制动系统 、ESP(Electronic Stability Program)车身电子稳定系统 、EPS(Electric Power Steering)电子转向助力等。

       车身控制CAN总线（Body CAN B-CAN），上面主要都是辅助设备，因而其网络信号优先级比较低。B-CAN总线上一般有以下ECU:AC ( Air Condition ) 空调 、AVM(Around View Monitor) 360环视 、BCM(Body Control Module) 天窗, 车窗, 雾灯, 转向灯, 雨刮等、IMMO(Immobilizer) 发动机防盗系统 、TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 胎压监控系统等。

      娱乐系统CAN总线 （Infomercial CAN I-CAN），是辅助可选设备, 所以优先级也是较低的，主要负责车身上的一些提高娱乐性的智能硬件的管理与控制。I-CAN 总线上一般有以下ECU: VAES( Video Audio Entertainment System) 车载娱乐系统(中控屏) 、IPK(Instrument Pack) 组合仪表。

        诊断控制总线（Diagnose CAN D-CAN）：D-CAN总线主要提供远程诊断功能，只有一个ECU: Tbox(Telematics BOX) 远程控制模块。

2.3 CAN网关

        CAN网关或叫汽车网关，因为网关不仅处理CAN网络，还要处理LIN网络、车载以太网等网络的信号。

        CAN网关通常有几十个接线pin脚，有的网关甚至100多个接线pin脚。每个接线pin脚都有严格的定义，要匹配规定好的CAN总线、LIN总线、车载以太网、电源接口、开关设备、电源管理方面的接线口、钥匙开关(或无钥匙启动系统)的接口、油门、制动踏板的接线口、档位开关的接线pin脚等等。

       一些汽车厂商可能有更多新的硬件开关设备，电压电阻开关设备、CAN网络电阻匹配等也都有对应的接线pin脚。为了做通用化，还会预留一些pin脚以备用。

        CAN网关是整个CAN网络的核心，控制着整车所有CAN总线的各类信号转发与处理。基本功能包括:

①连接不同波特率(传输速度)的CAN总线/LIN总线，以实现CAN网络的网关中继功能。

②诊断报文/非诊断报文转发。

③诊断防火墙的管理。

④节点在线监控。

⑤巡航控制器开关检测。

⑥踏板位置检测。

⑦网关休眠与唤醒管理。

⑧ECU升级/网关升级。

⑨电压管理。

       CAN网关可以接收任何CAN总线（LIN总线）传来的不同传输速率的网络信号，把这些信号按一定的标准处理后，广播到整车网络去，如果有ECU订阅(接收)了这个信号, 则ECU将解析信号并做相应的处理。

       整车所有ECU基本是以毫秒级或者微妙级的速度在源源不断的发送并接收信号，所以网关需要处理并转发广播的信号是非常多的，且必须要很快处理完。

3. CAN报文5种帧

       CAN报文通常有数据帧、远程帧、错误帧、过载帧、帧间隔五中类型。

3.1 数据帧

       数据帧：用于发送单元向接收单元传递数据的帧，一般由七段组成：帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、应答段和帧结尾。数据域的长度可以为0～8个字节。