[发明专利]一种CAN车载总线网络系统在审
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【说明书】：
本发明属于车载信息服务领域，特别是涉及一种CAN车载总线网络系统。
汽车进入电子控制时代的标志是ECU(ElectricControlUnit，电子控制单元)的应用。
随着ECU在发动机、ABS等复杂部件上应用的增多，各个ECU之间需要相互交换信息，
于是就诞生了在汽车控制系统中应用的互联网络。其中，CAN(ControllerAreaNetwork，控
制器局域网络)协议是汽车中应用比较多的现场总线。CAN总线是现场总线技术的一种，
具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好和价格低廉等优点，能够满足汽车网络底
层通信的需要。
目前，车载网络中不同种控制器或控制模块都是统一连接到一条CAN网络总线上的。一
般来说一条CAN总线的模式适应于简易的网络，但是它的扩展性较差，当系统模块增加、
通讯信息增加时网络的负载也会不断增加，带来网络的拥堵和可靠性降低等问题。
本发明的目的是针对现有的车载网络所存在的上述问题，而提出了一种加快网关处理速
度，提高系统可靠性和灵活性的车载总线网络系统。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种CAN车载总线网络系统，其特征在于，
所述的CAN网络包括若干条高速CAN总线；所述的高速CAN总线的数量为两条，分别为
动力传动CAN总线和车身舒适CAN总线。
传统的低速容错CAN总线其总线负载与成本费用都比高速CAN总线高，采用两条高速
CAN总线即可以满足动力传动CAN总线与车身舒适CAN总线的实时性，又能降低总线负
载与成本费用。两条高速总线通过集成网关进行信号的信息交换、共享和配置，由于两条高
速总线都是高速CAN总线，因此集成网关不需要处理不同协议之间的复杂转换，只需要对报
文的优先级处理和信号重组，提高了系统的可靠性、灵活性和安全性。
集成网关具备ECU配置检查功能，没有通过配置检查的ECU将无法接入网络系统，使
整个网络可靠性、灵活性和安全性进一步增强，也增加了网络扩展性功能，上述集成网关同
时也具备了一个功能强大的高级车身控制器的功能。
在上述的一种CAN车载总线网络系统中，所述的动力传动CAN总线和车身舒适CAN
总线的通讯速率均为450kbit/s。
在上述的一种CAN车载总线网络系统中，所述的车载总线网络系统还包括CAN总线
诊断模块，该CAN总线诊断模块与上述的动力传动CAN总线和车身舒适CAN总线联接。
CAN总线诊断模块不需要通过集成网关即可对两条总线进行单独诊断，不需要集成网关的
处理，也降低了集成网关的复杂度。
在上述的一种CAN车载总线网络系统中，所述的组合仪表控制模块包括：检测模块，用
于从CAN总线收到的各个电子系统信号中检测出异常的电子系统信号；分级模块，与所述
检测模块相连，用于将所述异常的电子系统信号按规律进行分级处理；排序模块，与所述分
级模块相连，用于确定经所述分级模块分级处理后的异常的电子系统信号在显示屏上的显示
在上述的一种CAN车载总线网络系统中，所述的动力传动CAN总线的节点包括发动机
管理模块、自动变速器控制模块、制动系统控制模块、方向盘转角传感器、四轮驱动控制模
块和安全气囊控制模块。动力传动CAN总线的节点包括上述模块，并且对功能进行预留，
不需要改变控制器模块的硬件，只通过软件的开发就可以实现功能的扩展，控制器模块的扩
展也是允许的。
在上述的一种CAN车载总线网络系统中，所述的车身舒适CAN总线的节点包括组合仪
表控制模块和自动空调控制模块。车身舒适CAN总线的节点包括上述模块，并且对功能进
行预留，不需要改变控制器模块的硬件，只通过软件的开发就可以实现功能的扩展，控制
器模块的扩展也是允许的。
与现有技术相比，本车载总线网络系统采用两条高速的CAN总线，利用两条高速CAN
总线之间协议相同，集成网关处理快的特点，实现了CAN总线与各个控制器的信息共享和交
叉，通过信息的共享大量减少了线束，减低了整车重量。
具体实施方式
本车载总线网络系统包括集成网关、CAN网络和CAN总线诊断模块，而CAN网络则包
括两条联接在集成网关上的动力传动CAN总线和车身舒适CAN总线，这两条CAN总线
均为高速总线，其通讯速率均为450kbit/s。CAN总线诊断模块与上述的动力传动CAN总线
和车身舒适CAN总线联接，直接对两条总线进行单独诊断。
动力传动CAN总线的节点包括发动机管理模块、自动变速器控制模块、制动系统控制
模块、方向盘转角传感器、四轮驱动控制模块和安全气囊控制模块。而车身舒适CAN总线
的节点包括组合仪表控制模块和自动空调控制模块。各条CAN总线的节点除包括上述模块
外，还对功能进行了预留，不需要改变控制器模块的硬件，只通过软件的开发就可以实现功
能的扩展，控制器模块的扩展也是允许的。
采用两条高速CAN总线即可以满足动力传动CAN总线与车身舒适CAN总线的实时性，
又能降低总线负载与成本费用。两条高速总线通过集成网关进行信号的信息交换、共享和配
置，由于两条高速总线都是高速CAN总线，因此集成网关不需要处理不同协议之间的复杂
转换，只需要对报文的优先级处理和信号重组，提高了系统的可靠性、灵活性、安全性。
集成网关集成了车身控制器的功能和网关的功能，作为车身控制器它集中控制车身控制
的各类功能，包括各类开关、外部灯的状态、车门的状态等信息。作为CAN总线的网关，
两条CAN总线的信息交互需要网关进行处理，网关可以进行CAN总线标识符优先级的调
整，信号的解包和重组，消息的转发。集成网关作为该车载总线网络系统的核心具备ECU
配置检查功能，每个ECU只有通过了ECU配置检查，反馈的信息是正确的才能接入该车载
总线网络，保证了系统的可靠性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技
术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不
会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
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你可能喜欢33被浏览3878分享邀请回答44 条评论分享收藏感谢收起2添加评论分享收藏感谢收起查看更多回答& & CAN是一种代表性的事件触发通信协议，同时发生的多个通信请求将按照消息的优先级进行无损仲裁，高优先级的胜出。按照消息的优先级进行无损仲裁是CAN原始专利的唯一权利要求[5]。对于低优先级的消息而言，送达时间将受到高优先级消息的阻扰，在高优先级消息为性时，最坏送达时间是可以预先计算出的[6]。如果能安排好发送消息的初始并作宽松的时钟同步，这个最坏送达时间可以大为减少。事件触发协议的优点是总线带宽可以得到充分利用。另一个优点是高优先级消息可得到迅速发送。但是由于工业环境中普遍存在的电磁干扰，总线上会有毛刺，CAN总线的标准中已考虑到应对方法。现在发现毛刺应对方法可能使节点的同步受到影响，从而损及高优先级消息的发送机会，出现优先级的倒置，动摇了CAN总线的基本性能。
& & 1　毛刺的存在
& & 车内电磁环境恶劣， ISO 76372/3总结出代表性的传导和辐射干扰。有人专门作了辐射干扰的实验，参考文献[7]的实验中用24 V给车内常用的供电（CAN系统供电是独立的），线与CAN电缆靠得很近，在电缆线有屏蔽、线长为2 m时，手动开关继电器时可以看到CAN波形上叠加的毛刺，辐射干扰实验结果如图1所示。
& & 图1 辐射干扰实验结果
& & 实际汽车上也见到CAN总线失效的报告[8]：丰田汽车在经销商产品报告中确认，由任何原因召回的车中发现丢失CAN数据的记录有292宗。毛刺是引起CAN总线出错的可能原因，其具体诱发过程需要仔细分析，不能掉以轻心。
& & 2　CAN位时间与消息仲裁原理
& & CAN总线把位时间划分为NBT等分的时间片，称为Tq。CAN总线控制器按Tq对总线上的差分进行采样，以决定内部状态。当总线上没有通信时，称为总线空闲，电平差在0~0.5 V，逻辑值为&1&。电平差为0.9 V以上时逻辑值为&0&。 由图1可知，存在&0&毛刺，也存在&1&毛刺。CAN总线驱动器的特性是线与，当&1&和&0&同时发生时，总线的电平为&0&，这便是仲裁功能。一帧开始发送的第一位是&0&，称为，然后是消息的标识符ID。ID代表了消息的优先级，每个节点通过位采样知道总线上仲裁的结果，正常工作时如果发送&1&而读回&0&，表示本发送节点本次ID发送失败，需等下一次帧发送机会。
& & 总线空闲时，一个有发送要求的节点须先观察是否有别的节点已经开始发送，如已开始就不能发送。正是这里，由一个&0&毛刺开始的时段可以误解为别的节点已开始传送SOF，毛刺阻断了该节点的发送（不管该节点要传送的消息优先级有多高）。
& & 由于传送电缆延迟以及中间器件（如光隔离）的延迟&，节点将见不到提前量&以内发送的别的节点的SOF。同理，别的节点要经过&以后才见到该节点发送的SOF，&以后别的节点就因总线上已有发送而不允许发送了。这样，在本节点请求时刻&&内的发送被认为是&同时&请求发送，它们将按ID仲裁。对迟于其&的其他低优先级帧的发送，它也是必然胜出的。
& & 3　CAN位时间同步的有关规定
& & CAN的位时间分为同步段（Sync）、传输段（Tprop）、缓冲1段（Ph1）与缓冲2段（Ph2），位值采样在Ph1 与Ph2之间。位值变化时将有跳变沿，只有1/0为同步用的跳变沿。跳变沿决定了e，跳变沿在Ph2内e为负，在Sync内为0，在Tprop和Ph1内为正。每个节点根据e实行同步，同步的修正量受同步的种类限制。同步分两种：硬同步与重同步。硬同步对应帧开始时的情况，重同步对应帧内有同步沿时的情况。对重同步而言，每次的修正量不能大于称为重同步宽度的可预先设定的量SJW，SJW=min(Ph1,Ph2)。
& & 有关本文讨论内容的CAN总线标准为ISO 3)[9]及ISO )[10]，正是这些条款的规定保证了CAN总线协议在高度干扰的环境下能可靠工作。
& & ISO .4.2.2款规定，节点只有在总线空闲时可以发SOF，在服务间隔第3位（I.M.3）的&0&视为SOF。
& & ISO .4.2.1款规定硬同步在帧间的间隔中实行。而帧间间隔包括服务间隔和总线空闲，对上次发送的消极报错节点还包括禁发时间。因此，在I.M.3的跳变沿也是作硬同步用的。
& & ISO .4.2.4款规定，重同步的目的是校正采样点的位置，e为&+&时延长Ph1，e为&-&时缩短Ph2。校正量在e小于或等于SJW时为e，反之为SJW。
& & ISO 1.2款规定了接收节点对SOF的硬同步验证方法意味着同步段SYNC直接同步于1/0跳变沿。
& & ISO 1.2.1款规定了发送节点在I.M.3位值采样点前有1/0沿时的硬同步验证方法：测试设备在被测单元I.M.3采样点前Tq加被测单元内部处理时间前发0，要求被测单元在跳变沿1位后发ID最高位。这意味着发送节点要与I.M.3内1/0跳变沿硬同步，0值被采样，下一位不再发SOF而是发ID最高位。
& & ISO 1.3.1款规定了发送节点在I.M.3位值采样点后有1/0沿时的硬同步验证方法：测试设备在被测单元I.M.3采样点后1个被测单元内部处理时间后发0，要求被测单元在跳变沿后1 Tq立即发SOF。这意味着发送节点是硬同步，但开始发SOF。
& & ISO .18和4.16款规定了发送节点和接收节点的定义。发送节点指的是发数据帧或远程帧的节点，其状态维持到仲裁失败退出或总线再度空闲，否则就是接收节点。因此总线空闲时遇到毛刺，则大家都是接收节点。
& & ISO 1.9款规定了接收节点在总线空闲时对毛刺滤除的验证方法：要确定对总线空闲时短于Tprop+Ph1-1的0不作SOF处理。也就是说硬同步后未被采样到就不算作SOF。
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