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1.引言
20世紀80年代以來，隨著集成電路和單片機在汽車上的廣泛應(yīng)用， 汽車上電子控制單元越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動懸架等等。在這種情況下，如果仍采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開關(guān)相接，另一端與用電設(shè)備相通，將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加，使得電線的質(zhì)量占整車質(zhì)量的4％左右。另外，電控系統(tǒng)的增加雖然提高了轎車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性，但隨之增加的復(fù)雜電路也降低了車輛的可靠性，增加了維修的難度。為此，改革汽車電氣技術(shù)的呼聲日益高漲。因此，一種新的概念——車用控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN應(yīng)運而生。
2.CAN簡介
CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)的簡稱，它是由德國的Bosch公司及幾個半導(dǎo)體生產(chǎn)商開發(fā)出來的，CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實時性,簡單實用,網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。
3.CAN總線技術(shù)特點
CAN總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r控制，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，其主要特點是：
（1）CAN總線為多主站總線，各節(jié)點可在任意時刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通信靈活
（2）CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實時性要求
（3）CAN總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能
（4）CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，并有CRC及其他校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低
（5）CAN總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤時，可自動脫離總線，而總線上的其他操作不受影響
（6）CAN總線系統(tǒng)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴充容易，改型靈活
（7）CAN總線最大傳輸速率可達1Mb/s（此時通信距離最長為40m），直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）
（8）CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標準幀（11位報文標識符）可達110個，而在擴展幀（29位報文標識符）其個數(shù)幾乎不受限制。
4.CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢
CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢：
（1）信息共享
采用CAN總線技術(shù)可以實現(xiàn)各ECU之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如具有CAN總線接口的電噴發(fā)動機，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等，這樣一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表上，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。表1給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的情況。
汽車部分電控單元數(shù)據(jù)發(fā)送、接受情況
（2）減少線束
新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)對汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長度可達2000米，電氣節(jié)點達1500個，而且該數(shù)字大約每十年增長1倍。這種傳統(tǒng)布線方法不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車門-后視鏡、搖窗機、門鎖控制等的傳統(tǒng)布線需要20-30根，應(yīng)用總線CAN則只需要2根。
（3）關(guān)聯(lián)控制
在一定事故下，需要對各ECU進行關(guān)聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車控制方法難以完成的。CAN總線技術(shù)可以實現(xiàn)多ECU的實時關(guān)聯(lián)控制。在發(fā)生碰撞事故時，汽車上的多個氣囊可通過CAN協(xié)調(diào)工作，它們通過傳感器感受碰撞信號，通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。
20世紀80年代以來，隨著集成電路和單片機在汽車上的廣泛應(yīng)用， 汽車上電子控制單元越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動懸架等等。在這種情況下，如果仍采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開關(guān)相接，另一端與用電設(shè)備相通，將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加，使得電線的質(zhì)量占整車質(zhì)量的4％左右。另外，電控系統(tǒng)的增加雖然提高了轎車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性，但隨之增加的復(fù)雜電路也降低了車輛的可靠性，增加了維修的難度。為此，改革汽車電氣技術(shù)的呼聲日益高漲。因此，一種新的概念——車用控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN應(yīng)運而生。
2.CAN簡介
CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)的簡稱，它是由德國的Bosch公司及幾個半導(dǎo)體生產(chǎn)商開發(fā)出來的，CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實時性,簡單實用,網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。
3.CAN總線技術(shù)特點
CAN總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r控制，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，其主要特點是：
（1）CAN總線為多主站總線，各節(jié)點可在任意時刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通信靈活
（2）CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實時性要求
（3）CAN總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能
（4）CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，并有CRC及其他校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低
（5）CAN總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤時，可自動脫離總線，而總線上的其他操作不受影響
（6）CAN總線系統(tǒng)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴充容易，改型靈活
（7）CAN總線最大傳輸速率可達1Mb/s（此時通信距離最長為40m），直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）
（8）CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標準幀（11位報文標識符）可達110個，而在擴展幀（29位報文標識符）其個數(shù)幾乎不受限制。
4.CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢
CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢：
（1）信息共享
采用CAN總線技術(shù)可以實現(xiàn)各ECU之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如具有CAN總線接口的電噴發(fā)動機，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等，這樣一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表上，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。表1給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的情況。
汽車部分電控單元數(shù)據(jù)發(fā)送、接受情況
（2）減少線束
新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)對汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長度可達2000米，電氣節(jié)點達1500個，而且該數(shù)字大約每十年增長1倍。這種傳統(tǒng)布線方法不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車門-后視鏡、搖窗機、門鎖控制等的傳統(tǒng)布線需要20-30根，應(yīng)用總線CAN則只需要2根。
（3）關(guān)聯(lián)控制
在一定事故下，需要對各ECU進行關(guān)聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車控制方法難以完成的。CAN總線技術(shù)可以實現(xiàn)多ECU的實時關(guān)聯(lián)控制。在發(fā)生碰撞事故時，汽車上的多個氣囊可通過CAN協(xié)調(diào)工作，它們通過傳感器感受碰撞信號，通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。
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