汽車電子中CAN總線應(yīng)用分析

李佳良

【摘 ?要】隨著汽車總線技術(shù)的不斷發(fā)展和信息化水平的不斷提升，傳統(tǒng)的點對點通信模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前汽車電器設(shè)備的通信需求，為了進一步降低整車布線難度，提高布線效率，宜采用CAN總線技術(shù)作為汽車電子控制系統(tǒng)信息傳輸方式。

【關(guān)鍵詞】CAN總線;汽車;檢測;維修

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)在汽車制造中的應(yīng)用也越來越廣泛，如ABS防抱死系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、汽車底盤電控系統(tǒng)等等，另外，隨著ITS技術(shù)的發(fā)展，對汽車的布線工作和信息共享提出了更高要求，增加了布線難度。CAN總線技術(shù)的運用，提高了汽車各單元的可靠性，降低了整車布線的成本，實現(xiàn)了電子裝備間的資源共享，使各個單元之間的控制更加方便、協(xié)調(diào)。

1CAN總線的產(chǎn)生及其特點

隨著汽車動力、控制、排放、節(jié)能、安全和舒適性等使用性能和要求的不斷提高，對于汽車電子控制程度的要求也越來越高。汽車電子控制裝置的增多，使得連接汽車電子控制裝置之間導(dǎo)線也變得更為復(fù)雜。如果采用傳統(tǒng)的點到點的布線方法，勢必導(dǎo)致車身布線越來越長，越來越復(fù)雜，運行可靠性低、故障維修難度大。因此，為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制裝置和電子儀表間數(shù)據(jù)交換問題，車載電子裝置問的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要，于是電子控制系統(tǒng)在車身上的大量應(yīng)用和通訊的要求，產(chǎn)生了車載網(wǎng)絡(luò)。CAN總線是一種現(xiàn)場總線，通訊線可以是一根雙絞線或是同軸電纜或光導(dǎo)纖維，將各種汽車電子裝置連接成為一個網(wǎng)絡(luò)。它可以有效地支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，在這個系統(tǒng)中，各控制裝置獨立運行，控制和改善汽車某一方面的性能，同時可為其它控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。由于CAN總線具有通信速率高、可靠性好、連接方便、多主站點、通訊協(xié)議簡單和性能價格比高等突出的優(yōu)點，適用于汽車環(huán)境的汽車局域網(wǎng)，如今CAN總線在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2汽車CAN總線控制結(jié)構(gòu)

CAN的全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，它是將汽車上各個控制單元通過中央控制器進行連接，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣就可以加強對各個控制單元的管理，使各個單元之間的工作更加協(xié)調(diào)。不管整車有多少個電控單元，只需要用兩根導(dǎo)線將其于總控進行連接。CAN總線上的每個節(jié)點都有固定的地址，數(shù)據(jù)由控制單元發(fā)出，經(jīng)總線傳輸至CAN控制器上，控制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號，再將電信號傳輸至控制單元，控制單元對接收到的信號進行檢測，看是否符合該單元需要，如果需要就將其接收，如果不需要就將其忽略。

網(wǎng)關(guān)與各節(jié)點之間的通信主要由以下幾點內(nèi)容：（一）車輛啟動時的自檢。當(dāng)車輛啟動時，網(wǎng)管負責(zé)向各個電控單元發(fā)送自檢信號，并將電控單元返回的數(shù)據(jù)進行收集進行分析處理，及時發(fā)現(xiàn)電控單元是否存在問題，為更順利解決汽車故障提供基本信息。（二）車輛運行過程中監(jiān)控。在車輛行駛過程中，監(jiān)控單元負責(zé)檢測各條線路上數(shù)據(jù)的收發(fā)情況，觀察數(shù)據(jù)傳輸是否出現(xiàn)異常，當(dāng)出現(xiàn)異常時要啟動緊急處理程序并向駕駛員報警，確保行車過程中車輛和人身安全。同時CAN控制系統(tǒng)還可以對駕駛員的一系列操作動作進行檢測，根據(jù)駕駛員駕駛動作的變換在不同控制系統(tǒng)之間進行相應(yīng)的切換，同時對車輛的各項參數(shù)進行監(jiān)測，確保車輛始終在正常狀態(tài)下行駛。（三）周期性數(shù)據(jù)刷新通信。發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、變速箱數(shù)據(jù)等電控單元的信息要定時傳輸至控制單元，控制單元對這些數(shù)據(jù)進行對比分析，判斷其是否處于正常的工作狀態(tài)。

3CAN總線硬件系統(tǒng)組成和傳輸原理

3.1車載CAN總線系統(tǒng)的基本組成

CAN總線傳輸系統(tǒng)中主要由CAN控制器、CAN收發(fā)器、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)傳遞終端電阻等組成。SJA1000和 PCA2C250組成的CAN控制器和CAN收發(fā)器是CAN總線中的典型組合通訊模塊。

3.1.1CAN控制器。

CAN控制器時一塊可編程芯片上通過邏輯電路的組合實現(xiàn)這些功能的組合實現(xiàn)這些功能的，對外提供了與微處理器物理連接的線路接口。通過對它的編程，CPU可以設(shè)置它的工作方式，控制它的工作狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。CAN控制器可以是獨立的芯片，也可以是和微處理器封裝在一起的。它的作用是接收電控單元中微處理器發(fā)出的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行處理，并傳送給CAN收發(fā)器。CAN控制器也接收CAN收發(fā)器的數(shù)據(jù)，在處理后傳給微處理器。

3.1.2CAN收發(fā)器

它是一個發(fā)送器和接收器的組合，將CAN控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號并通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送出去，同時，它也接收從總線來的數(shù)據(jù)，并傳送到CAN控制器。

3.1.3終端電阻

在CAN總線的兩端連接有兩個終端電阻，用來防止數(shù)據(jù)在終端被反射并以回聲的形式返回，數(shù)據(jù)在終端的反射會影響數(shù)據(jù)的傳輸。

3.2車載CAN總線傳輸原理

3.2.1CAN總線參考型介紹

CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括兩大部分：一是通信部分，二是網(wǎng)絡(luò)管理部分。通信部分相當(dāng)于OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)管理部分的功能是為獲得操作的安全性和可靠性，它是各種功能和實體的合集，能對網(wǎng)絡(luò)配置進行檢測，對實效進行校正，并支持網(wǎng)絡(luò)診斷功能等。CAN數(shù)據(jù)鏈路層包括邏輯鏈路控制子層和媒體訪問控制子層。CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的電路實現(xiàn)。ECU總線將受限于總線上的電器負載。

3.2.2CAN總線的傳輸過程

CAN總線所傳輸?shù)男畔袛?shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀四種類型。

每條數(shù)據(jù)的傳遞包括五個過程：提供數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、檢查數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)。

汽車發(fā)動機電控單元ECU向ECU的CAN收發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)，該CAN收發(fā)器接收到數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)換信號并發(fā)給本ECU的控制器。CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的其他ECU收發(fā)器均接收到此數(shù)據(jù)，檢驗判斷是否需要接收的數(shù)據(jù)，是的話接收，不是的話忽略。

4CAN總線在汽車控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

車載局域網(wǎng)在汽車上的應(yīng)用非常的廣泛，按照應(yīng)用功能來劃分的話分為車身系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、和信息系統(tǒng)4個部分。按車身上通訊速度來分的話，分為高速CAN總線和低速CAN總線兩部分。高速CAN總線部分連接著動力系統(tǒng)，安全系統(tǒng);低速CAN總線連接著車燈開關(guān)、車門控制、座位調(diào)節(jié)等簡單事件對信息傳輸延遲的要求不高的功能簡單的控制和調(diào)節(jié)器件。

動力傳動系統(tǒng)內(nèi)利用網(wǎng)絡(luò)將發(fā)動機艙內(nèi)的電控單元連接起來，這些電控單元分別是發(fā)動機電控單元、防抱死剎車系統(tǒng)電控單元和自動變速器電控單元。在這個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞要求快速、高效，通信實時性高。

車身系統(tǒng)內(nèi)模塊、節(jié)點數(shù)量多，連接線索較長，為了防止電磁干擾，降低通信速度，采用直接總線和輔助總線。車身系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線也稱舒適CAN總線，連接5塊電控單元，中央電控單元和4個車門的電控單元。

安全系統(tǒng)是根據(jù)多個傳感器的信息使安全氣囊啟動的系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中連接著加速度計、安全傳感器等裝置[3]，因此對這個系統(tǒng)總線的要求是：成本低、速度快、通信可靠性高。

信息系統(tǒng)的通信總線的要求是：容量大、通信速度高，保證帶寬。

5CAN總線發(fā)展趨勢

從1986年Robert Bosch在美國汽車工程師協(xié)會SAE的大會上介紹CAN，到SAE通過了CAN標準，轉(zhuǎn)向CAN協(xié)議后，CAN總線目前是汽車工業(yè)上應(yīng)用最廣泛和普遍的總線，其技術(shù)規(guī)范已經(jīng)從CAN1.2發(fā)展到了CAN2.0A和CAN2.0B。目前我國的國產(chǎn)轎車和合資轎車大都采用CAN總線作為汽車控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)總線。雖然在目前情況下，CAN在汽車控制上的應(yīng)用與其他技術(shù)標準的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還會共存很長的時間，但早期的一些不符合汽車網(wǎng)絡(luò)控制與通訊的標準和協(xié)議正在退出汽車控制的歷史舞臺，而CAN總線依然是目前不可替代的汽車網(wǎng)絡(luò)解決方案。目前的汽車廠商正在擴展CAN網(wǎng)與無線通訊的連接，比如藍牙技術(shù)等，這將為未來的汽車控制和通訊創(chuàng)建一個更加便捷的渠道。

6結(jié)語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，汽車CAN總線技術(shù)還會越來越多地應(yīng)用在汽車控制系統(tǒng)上，降低汽車布線難度，實現(xiàn)信息資源共享，提升汽車行駛安全性和操作穩(wěn)定性。技術(shù)人員必須不斷提升自身的技術(shù)水平，熟練操作CAN系統(tǒng)，為汽車故障的排除和汽車生產(chǎn)做出貢獻。

參考文獻：

[1]譚本忠.汽車車載網(wǎng)絡(luò)維修教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008，2（1）.

[2]饒運濤.現(xiàn)場總線C AN原理與應(yīng)用設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[3]于萬海.車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與檢修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008，7（1）.

（作者單位：吉利汽車研究院（寧波）有限公司）