基于CAN總線技術(shù)的智能汽車系統(tǒng)的設(shè)計

崔巍

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528000）

隨著汽車功能的增加與電子控制技術(shù)的普遍應(yīng)用，汽車電氣件越來越多，電線也會越來越多，汽車上的電路數(shù)量與用電量顯著增加，線束也就變得越粗越重。

如何使大量線束在有限的汽車空間中，更有效合理地布置，使汽車線束發(fā)揮更大的功能，已成為汽車制造業(yè)面臨的問題。CAN總線技術(shù)的開發(fā)，對于汽車電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用無疑是一個突破，并將得到更大的發(fā)展。

1 CAN總線概述

CAN（Controller Area Network的縮寫），即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。CAN總線是由德國BOSCH公司于1986年進行開發(fā)，并隨后通過國標ISO11898及ISO11519，如今已經(jīng)成為國際上被最為廣泛應(yīng)用的工業(yè)現(xiàn)場總線之一。尤其在歐洲和北美地區(qū)，CAN協(xié)議已經(jīng)是汽車網(wǎng)絡(luò)的標準協(xié)議，成為汽車計算機控制系統(tǒng)和控制局域網(wǎng)的標準總線。

在目前的汽車產(chǎn)業(yè)中，為了滿足對于汽車安全性、便捷性、舒適度、低成本等多種要求，各種不同的電子控制系統(tǒng)不斷被開發(fā)，并應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)中。但是由于這些電子系統(tǒng)之間通信時所需要的數(shù)據(jù)類型及要求有不同之處，所以，就要由很多條總線構(gòu)成，并且不同的地方越多，電氣件也越多，電線也就越多，線束也就變得越粗越重。

而與一般的總線相較，CAN總線在數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用中，擁有十分突出的實時性、可靠性和靈活性等優(yōu)勢，其性能良好、設(shè)計獨特，與傳統(tǒng)線束比較，多路傳輸裝置大大減少了導(dǎo)線及聯(lián)插件數(shù)目，使布線更為簡易，因此，越來越受到人們的重視和青睞，并且被廣泛應(yīng)用在汽車領(lǐng)域。

因此，為了適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”等要求，先進的汽車就引入了CAN總線配置，采用多路傳輸系統(tǒng)。如世界上著名的汽車制造商BMW（寶馬）、BENZ（奔馳）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯）等等都采用了CAN總線，作為控制總線，用來實現(xiàn)汽車內(nèi)部的系統(tǒng)控制和檢測執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。

2 智能汽車和智能汽車系統(tǒng)

智能汽車具有自動駕駛的功能，并且集計算機、信息處理和控制、通訊和傳感器等多種高端技術(shù)于一身。而智能汽車的主要用途，是體現(xiàn)在野外環(huán)境中的，其能夠依照事先設(shè)定的指令，并根據(jù)地圖信息進行全局路徑的規(guī)劃，還能在行進過程中對周圍的環(huán)境信息有著極為敏感和及時的感知能力，從而自行做出相應(yīng)的決策，來引導(dǎo)其自身安全地進行行駛，并完成先前制定的規(guī)劃和任務(wù)。

智能汽車除了擁有普通汽車具備的各種功能外，還增加了多種特有的功能。例如，其可以測算車身的位置，能夠精準測出車頭方向，還能控制汽車自帶有向天線方向使其與基地之間進行無線通信等功能。

如此眾多的信息，如果采用一般的總線進行內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，是比較困難的，但是使用CAN總線技術(shù)，可以保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換過程中的高速率和安全可靠的性能，因而采用CAN總線，作為智能汽車的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是必然的。

3 CAN總線技術(shù)在智能汽車中應(yīng)用的優(yōu)勢

CAN總線技術(shù)在智能汽車中的應(yīng)用，具有以下優(yōu)勢：

（1）實現(xiàn)信息的共享。采用CAN總線技術(shù)，可以實現(xiàn)各個ECU（Electronic ControlUnit的縮寫，即電子控制單元，又稱“行車電腦”?！败囕d電腦”等，從用途上講是汽車專用微機控制器，也叫汽車專用單片機）之間的信息共享，從而避免增加很多不必要的線束，操作起來更為簡易。

假設(shè)某輛汽車的電噴發(fā)動機使用的是CAN總線技術(shù)，那么發(fā)動機提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力等等，也可以被其他電器共享。這樣，一方面可以不用再額外設(shè)置水溫、機油壓力等；另一方面可以將這些數(shù)據(jù)全部顯示在儀表盤上，便于司機及時能夠查看發(fā)動機運行狀況，也利于發(fā)動機的及時保養(yǎng)維護。

（2）大量減少線束。汽車線束作為汽車內(nèi)部電路的網(wǎng)絡(luò)主體結(jié)構(gòu)，用于連接汽車的電氣部件并使之發(fā)揮功能，可以說沒有線束，就不存在汽車電路。

在現(xiàn)代汽車上，汽車線束特別多，電子控制系統(tǒng)與線束有著密切關(guān)系。隨著各種新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)，對于汽車布線的問題上，也有了越來越高的要求。而傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)的通信方式，大多是點對點的單一形式，相互間的共享難以達到。隨著電氣件越來越多，電線也會越來越多，汽車上的電路數(shù)量與用電量隨之顯著增加，線束也就變得越粗越重，這樣形成的龐大的布線系統(tǒng)，已經(jīng)不能順應(yīng)時代的要求。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如果一輛高檔汽車采用傳統(tǒng)布線方法，其導(dǎo)線的總長度可以達到2 000m，電氣節(jié)點約有1 500個，并且大約每10年就會增長1倍。

而CAN總線技術(shù)的采用，則可以實現(xiàn)有效合理的布置線束，節(jié)省空間。假如某汽車的門鎖控制、搖窗機等需要的傳統(tǒng)布線需要20到30根左右，但CAN總線卻只需要2根，這之間的差距可想而知。

（3）進行關(guān)聯(lián)控制。在出現(xiàn)某些事故的時候，會需要對各個ECU進行關(guān)聯(lián)控制，但是這種要求，傳統(tǒng)控制方法是難以達到的，可CAN總線卻可以加以實現(xiàn)。

假如發(fā)生了碰撞事故，汽車上的多個氣囊會打開，并通過CAN總線進行協(xié)調(diào)工作，可以通過傳感器感受到碰撞信號，并通過CAN總線系統(tǒng)將傳感器信號傳輸?shù)揭粋€中央處理器內(nèi)，以控制各安全氣囊的啟動彈出動作。

（4）實現(xiàn)突出的可靠性能。如果汽車在使用中，出現(xiàn)交換錯誤的現(xiàn)象，汽車的安全就會出現(xiàn)問題，會大大提高對司機形成危險的概率。因此，汽車的安全系統(tǒng)必須要求有較高安全性的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。換而言之，如果數(shù)據(jù)傳輸具有足夠高的可靠性，或者殘留下來的數(shù)據(jù)錯誤非常低的話，實現(xiàn)高度安全這一目標將不再是難事。

4 CAN總線技術(shù)應(yīng)用舉例

世界上很多著名的汽車制造商，都已經(jīng)開始采用CAN總線技術(shù)，進一步實現(xiàn)監(jiān)測和執(zhí)行之間的數(shù)據(jù)通信功能。如我們熟知的BMW（寶馬）、BENZ（奔馳）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯），還有很多國產(chǎn)的汽車上，也開始引入CAN總線技術(shù)，例如帕薩特、大眾途觀等。

CAN總線一般分為低速和高速。低速的總線速度，為10～125 kbps，主要應(yīng)用在車身控制模塊領(lǐng)域；高速為250 kbps～1Mbps，主要應(yīng)用在發(fā)動機、變速箱、ABS等對于實時性要求比較高的控制模塊。

當然，根據(jù)車型的不同，會根據(jù)具體情況選擇適用于自身的總線結(jié)構(gòu)。例如，通過下位機傳送給上位機的數(shù)據(jù)包括：汽車車頭當前的方向、GPS坐標以及有向天線相對車頭的角度方向；而上位機傳送給下位機的數(shù)據(jù)包括：電極旋轉(zhuǎn)的方向角度以及基地的GPS坐標。那么，這些需要上位機和下位機相互傳送的數(shù)據(jù)通信，就能都由CAN模塊和CAN總線技術(shù)來完成。

按照汽車的檔次來設(shè)計，基本上可以歸納為兩個方案：

（1）作為一個完整的汽車電子系統(tǒng)，采用的是多CAN子網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用CAN總線技術(shù)將信息交換較為密切的系統(tǒng)，放在一個子網(wǎng)當中，從而使得整個系統(tǒng)具有極高的實時性，不同的子網(wǎng)之間，采用不同的接口和通信速率，從而優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這樣一來，簡化了各個CAN子網(wǎng)的設(shè)計難度，但是硬件上對于網(wǎng)絡(luò)的要求比較高，系統(tǒng)成本就偏高，因此適合于中高檔汽車使用。

（2）第二種方案的系統(tǒng)，具有極高的性價比，將車身控制模塊在區(qū)分高速和低速總線的接觸上加以簡化，保留中央控制模塊和4個門模塊作為車身控制總線的方案，由于成本較低，主要適用于希望采用CAN總線的中低檔轎車。

5 應(yīng)用的注意事項

CAN總線技術(shù)應(yīng)用在汽車中的實質(zhì)，其實就是在汽車中搭建一個車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，有若干需要注意的技術(shù)問題：

（1）在高電磁環(huán)境下被干擾的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

（2）CAN總線傳輸信息時的容量、速率、節(jié)點容量等技術(shù)；

（3）CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)的時間特性；

（4）容錯技術(shù)功能；

（5）CAN總線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控功能；

（6）CAN總線網(wǎng)絡(luò)對于故障的診斷功能。

6 結(jié)束語

智能汽車系統(tǒng)，是在普通汽車系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進行了功能的擴展，加入了人工智能領(lǐng)域中的一些技術(shù)。傳統(tǒng)布線過于厚重和繁瑣，在數(shù)據(jù)傳輸過程中容易出現(xiàn)錯誤。而CAN總線技術(shù)可靠性強、擴展性強，還具有靈敏的自我診斷和監(jiān)控功能，不僅提高了通信的品質(zhì)，還方便了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。

因此，CAN總線作為一種可靠的計算機網(wǎng)絡(luò)總線，已經(jīng)開始在先進的汽車上得到使用，達到了簡化汽車布線、有效降低成本和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)等一系列的效果。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，這種具有實時性、可靠性、擴展性的CAN總線通信技術(shù)，必將在汽車電子控制系統(tǒng)中，得到更為廣泛的應(yīng)用。

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