CAN總線技術在汽車上的應用

CAN總線技術

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)絡控制器，它將各個單一的控制單元以某種形式(多為星形)連接起來，形成一個完整的系統(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)交換而開發(fā)的一種串行通訊協(xié)議。

在工程實際中CAN總線是對汽車中標準的串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的習慣叫法。隨著車用電氣設備越來越多，從發(fā)動機控制到傳動系統(tǒng)控制，從行駛、制動、轉向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，使汽車電子系統(tǒng)形成一個復雜的大系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制。另外，隨著近年來智能運輸系統(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計的。

CAN總線主要有四部分組成：導線、控制器、收發(fā)器和終端電阻。其中導線為由兩根普通銅導線絞在一起的雙絞線。控制器的作用是對收到和發(fā)送的信號進行翻譯。收發(fā)器負責接受和發(fā)送網(wǎng)絡上共享的信息。電阻是阻止CAN總線信號產(chǎn)生變化電壓的反射，當電阻出現(xiàn)故障，控制單元的信號無效。

CAN總線技術的特點及優(yōu)點

CAN總線技術的特點。CAN作為一種多主總線，支持分布式實時控制的通訊網(wǎng)絡，采用了許多新技術及獨特的設計，具有可靠性、實時性和靈活性。其特點如下：

CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通訊方式靈活；

CAN網(wǎng)絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸；

CAN只需通過幀濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無需專門“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)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點的操作不受影響。

CAN總線技術的優(yōu)點。

硬件方案的軟件化實現(xiàn)，簡化了設計，降低了成本，且在數(shù)據(jù)更新增加新信息時，只需軟件升級即可，擴充性強；

控制單元對所傳輸?shù)男畔⑦M行實時檢測，具有錯誤診斷能力和自動恢復能力，節(jié)省生產(chǎn)維護成本；

CAN總線符合國際標準，因此可應用不同型號控制單元間的數(shù)據(jù)傳輸；

數(shù)據(jù)共享減少了數(shù)據(jù)的重復處理，節(jié)省成本。如對于具有CAN總線接口的電噴發(fā)動機，其它電器可共享其提供的轉速、水溫、機油壓力溫度等，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立的電子控制器進行控制，為了將整個電動汽車內(nèi)各系統(tǒng)統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和相互之間協(xié)同工作，利用CAN總線進行數(shù)據(jù)傳遞是一個必然的趨勢。

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

驅(qū)動系統(tǒng)CAN(CAN-High，也稱動力主線)主要連接對象是發(fā)動機控制器(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、空調(diào)、刮水電機、中央門鎖與防盜控制開關、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，即信息娛樂總線，主要用于衛(wèi)星導航及智能通訊系統(tǒng)。

當兩條CAN總線(CAN-High和CAN-Low)其中一條線斷路時，整個動力系統(tǒng)將無法正常工作，即不能進行單線傳輸，只有CAN-Low線出現(xiàn)對地斷路時還能正常工作。而由于舒適和信息娛樂總線都設有位于系統(tǒng)內(nèi)各個控制單元中不同阻值的終端電阻，因此可實現(xiàn)單線傳輸。其整車管理系統(tǒng)的總體結構示意圖如圖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、電動車窗、中央集控鎖等；研究汽車的主要控制系統(tǒng)(也稱動力主線)，如電噴ECU控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、自動變速器等；研究汽車各電子控制系統(tǒng)之間的綜合、實時控制和信息反饋。

利用CAN總線構建一個車內(nèi)網(wǎng)絡，需要解決的關鍵技術包括：總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等技術問題；高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸；確定最大傳輸時的延時大小；網(wǎng)絡的容錯技術；網(wǎng)絡的監(jiān)控和故障診斷功能。

車用CAN未來發(fā)展趨勢

技術的先進性是CAN總線在汽車上應用的最大動力，也是汽車生產(chǎn)商競相應用CAN總線的主要原因。在現(xiàn)代轎車的設計中，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)相關報道，中國首輛CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)混合動力轎車已在奇瑞公司裝配成功，并進行運行。上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引用了CAN總線技術。CAN總線控制技術是提高汽車性能的一條很好途徑。但總的來說，目前CAN總線技術在我國汽車工業(yè)總的應用尚處于試驗和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線的設計，因而存在著不少弊端。

就像汽車電子技術在20世紀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總線技術的引入也將是汽車電子技術發(fā)展的一個里程碑。