淺析總線技術(shù)在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐曉宇 劉秋生 吳金華

摘要：隨著人們生活水平的提高，汽車也從最初的奢侈品逐步走進(jìn)千家萬(wàn)戶，給人們的出行帶來(lái)了極大的方便。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上的電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。在當(dāng)前的汽車總線網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)上，占據(jù)主導(dǎo)地位的是CAN總線技術(shù)。本文主要分析了CAN總線技術(shù)、VAN總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及在汽車上的應(yīng)用，并探討了其在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：CAN總線技術(shù)；電子系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

一、汽車電子系統(tǒng)日漸復(fù)雜

21世紀(jì)以來(lái)，汽車上的部件越來(lái)越多地由電子控制單元（ECU）控制，如電子燃油噴射裝置、防抱制動(dòng)裝置、安全氣囊裝置、電子防盜系統(tǒng)等，車上的ECU數(shù)量也隨之增多。若采用傳統(tǒng)布線方式，將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加。隨之增加的復(fù)雜電路會(huì)降低車輛的可靠性，使其質(zhì)量與消耗成本成倍增加，電磁干擾性較為嚴(yán)重。為了克服這些缺陷，汽車電子系統(tǒng)就必須利用總線技術(shù) [1]。

二、CAN總線技術(shù)概述

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）由德國(guó)汽車公司博世（BOSCH）研發(fā)，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也是國(guó)際上應(yīng)用最廣的總線技術(shù)。CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，且網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信速率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。此外，CAN總線的通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，這一特點(diǎn)很大程度上方便了使用者[2]。

1. CAN總線技術(shù)的基本特點(diǎn)

通信信息可直接編輯。CAN一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，這在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。

能確定傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。一般來(lái)說(shuō)，CAN從結(jié)構(gòu)上分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層又包括邏輯鏈路層控制子層和介質(zhì)訪問(wèn)控制子層。其中，CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層的通信介質(zhì)訪問(wèn)控制方式為事件觸發(fā)，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送產(chǎn)生沖突時(shí)，采用非破壞性位仲裁機(jī)制，低優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送，高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)不受影響繼續(xù)發(fā)送，從而避免總線沖突，避免信息和時(shí)間損失。

完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理。CAN可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)等工作。其摒棄了長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?zhí)行率，提高了抗干擾的能力，即使在外界干擾程度強(qiáng)的環(huán)境里也能確保數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的平穩(wěn)有效。當(dāng)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較嚴(yán)重的錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)執(zhí)行自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，斷絕其與總線之間的聯(lián)系，讓總線上其他操作不出現(xiàn)問(wèn)題。此外，還可以一對(duì)一、一對(duì)多點(diǎn)的以及廣播集中模式的傳輸且接收數(shù)據(jù)。

2.CAN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，CAN總線技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代汽車上不可缺少的技術(shù)。汽車應(yīng)用CAN總線可減少車身布線，進(jìn)一步節(jié)省成本。因?yàn)檫\(yùn)用總線技術(shù)，信號(hào)在模塊之間的傳送只需兩條信號(hào)線。將布線極大的局部化，車中除總線之外就無(wú)須其他的線路來(lái)貫穿。

目前，汽車上的CAN總線連接方式主要有兩種，一種是用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN總線，速率可達(dá)到500kb/s，另一種是用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為100kb/s。國(guó)外知名汽車公司基本已經(jīng)采用了CAN總線技術(shù)，例如林肯、奧迪、寶馬等，而國(guó)內(nèi)如奇瑞等公司也已經(jīng)有幾款車型應(yīng)用了總線技術(shù)。

三、與VAN總線技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

1.VAN總線技術(shù)

VAN （Vehicle Area Network，車輛局域網(wǎng)）是由法國(guó)標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)以及雷諾公司在1985年創(chuàng)造出的車載多路傳輸通信協(xié)議，最先用在雪鐵龍Xm上。神龍公司合資推出的愛(ài)麗舍、畢加索（1.6 L、2.0 L）以及賽納轎車用的也是VAN多路傳輸系統(tǒng)。與CAN總線相比，VAN總線傳輸速率較低，處理信息的速度也比較慢，適合用在連接防盜報(bào)警裝置、舒適設(shè)備，以此來(lái)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，VAN總線目前主要用來(lái)調(diào)整駕駛者的的舒適度。

2.CAN總線技術(shù)與VAN總線技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

不難看出，CAN總線技術(shù)與VAN總線技術(shù)區(qū)別比較大，汽車制造商一般會(huì)根據(jù)公司所生產(chǎn)車輛的具體要求選用不同的總線類型。但隨著科技的飛速發(fā)展，兩種總線技術(shù)已可以應(yīng)用于同一種車型。比如東風(fēng)標(biāo)致307，就是采用了這兩種總線技術(shù)，CAN總線技術(shù)在車內(nèi)主管制動(dòng)、能源、動(dòng)力與所需的高速傳輸數(shù)據(jù)，VAN總線技術(shù)則是掌控車內(nèi)總線、安全總線與舒適總線。

四、結(jié)語(yǔ)

電子控制、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)的迅猛發(fā)展，使汽車電子技術(shù)的開(kāi)發(fā)日新月異。實(shí)踐證明，基于CAN總線技術(shù)的汽車控制系統(tǒng)通信傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)、能確保汽車各大系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張欣，徐田偉.汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究[J].中國(guó)科技投資，2016（10）：204.

[2] 彭玲.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（12）：117.