CAN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

CAN總線技術(shù)

CAN總線又稱作汽車總線，全稱為“控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network)”，意思是區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制器，它將各個(gè)單一的控制單元以某種形式(多為星形)連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，各控制單元都以相同的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換和共享，稱為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。CAN總線最早是德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的電控模塊(ECU)之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通訊協(xié)議。

在工程實(shí)際中CAN總線是對(duì)汽車中標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的習(xí)慣叫法。隨著車用電氣設(shè)備越來(lái)越多，從發(fā)動(dòng)機(jī)控制到傳動(dòng)系統(tǒng)控制，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報(bào)警系統(tǒng)，使汽車電子系統(tǒng)形成一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制。另外，隨著近年來(lái)智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)的發(fā)展，以3G(GPS、GIS和GSM)為代表的新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)，它對(duì)汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN總線正是為滿足這些要求而設(shè)計(jì)的。

CAN總線主要有四部分組成：導(dǎo)線、控制器、收發(fā)器和終端電阻。其中導(dǎo)線為由兩根普通銅導(dǎo)線絞在一起的雙絞線。控制器的作用是對(duì)收到和發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行翻譯。收發(fā)器負(fù)責(zé)接受和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)上共享的信息。電阻是阻止CAN總線信號(hào)產(chǎn)生變化電壓的反射，當(dāng)電阻出現(xiàn)故障，控制單元的信號(hào)無(wú)效。

CAN總線技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

CAN總線技術(shù)的特點(diǎn)。CAN作為一種多主總線，支持分布式實(shí)時(shí)控制的通訊網(wǎng)絡(luò)，采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，具有可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)如下：

CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通訊方式靈活；

CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸；

CAN只需通過(guò)幀濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無(wú)需專門(mén)“調(diào)度”；

CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活；

CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。

CAN總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

硬件方案的軟件化實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，降低了成本，且在數(shù)據(jù)更新增加新信息時(shí)，只需軟件升級(jí)即可，擴(kuò)充性強(qiáng)；

控制單元對(duì)所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，具有錯(cuò)誤診斷能力和自動(dòng)恢復(fù)能力，節(jié)省生產(chǎn)維護(hù)成本；

CAN總線符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此可應(yīng)用不同型號(hào)控制單元間的數(shù)據(jù)傳輸；

數(shù)據(jù)共享減少了數(shù)據(jù)的重復(fù)處理，節(jié)省成本。如對(duì)于具有CAN總線接口的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力溫度等，可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器。

汽車上的CAN總線

由于汽車的很多部分都由獨(dú)立的電子控制器進(jìn)行控制，為了將整個(gè)電動(dòng)汽車內(nèi)各系統(tǒng)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和相互之間協(xié)同工作，利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞是一個(gè)必然的趨勢(shì)。

目前汽車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN，一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN，速率一般可達(dá)到500kb/s，最高可達(dá)1000kb/s；另一條用于車身系統(tǒng)低速CAN，速率是100kb/s。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN(CAN-High，也稱動(dòng)力主線)主要連接對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(ECU)、ABS控制器、安全氣囊控制器等，它們的基本特征都是控制與汽車行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。

車身系統(tǒng)CAN(CAN-Low，也稱舒適總線)主要連接和控制汽車內(nèi)外部照明、燈光信號(hào)、空調(diào)、刮水電機(jī)、中央門(mén)鎖與防盜控制開(kāi)關(guān)、故障診斷系統(tǒng)、組合儀表及其它輔助電器等。

有些高檔車輛還有第3條CAN總線，即信息娛樂(lè)總線，主要用于衛(wèi)星導(dǎo)航及智能通訊系統(tǒng)。

當(dāng)兩條CAN總線(CAN-High和CAN-Low)其中一條線斷路時(shí)，整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)將無(wú)法正常工作，即不能進(jìn)行單線傳輸，只有CAN-Low線出現(xiàn)對(duì)地?cái)嗦窌r(shí)還能正常工作。而由于舒適和信息娛樂(lè)總線都設(shè)有位于系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)控制單元中不同阻值的終端電阻，因此可實(shí)現(xiàn)單線傳輸。其整車管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

汽車總線系統(tǒng)的研究與發(fā)展可以分為三個(gè)階段：研究汽車的基本控制系統(tǒng)(也稱舒適總線)，如照明、電動(dòng)車窗、中央集控鎖等；研究汽車的主要控制系統(tǒng)(也稱動(dòng)力主線)，如電噴ECU控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、自動(dòng)變速器等；研究汽車各電子控制系統(tǒng)之間的綜合、實(shí)時(shí)控制和信息反饋。

利用CAN總線構(gòu)建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)包括：總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)題；高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大??；網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能。

車用CAN未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

技術(shù)的先進(jìn)性是CAN總線在汽車上應(yīng)用的最大動(dòng)力，也是汽車生產(chǎn)商競(jìng)相應(yīng)用CAN總線的主要原因。在現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)相關(guān)報(bào)道，中國(guó)首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車已在奇瑞公司裝配成功，并進(jìn)行運(yùn)行。上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開(kāi)始引用了CAN總線技術(shù)。CAN總線控制技術(shù)是提高汽車性能的一條很好途徑。但總的來(lái)說(shuō)，目前CAN總線技術(shù)在我國(guó)汽車工業(yè)總的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段，絕大部分的汽車還沒(méi)有采用汽車總線的設(shè)計(jì)，因而存在著不少弊端。

就像汽車電子技術(shù)在20世紀(jì)70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，現(xiàn)在數(shù)據(jù)CAN總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。