電動(dòng)汽車(chē)CAN總線技術(shù)分析

張永新

摘? 要：隨著現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，CAN總線逐漸成為現(xiàn)代汽車(chē)中不可缺少的技術(shù)，并大大推動(dòng)了汽車(chē)技術(shù)的高速發(fā)展。近些年，隨著電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，車(chē)載CAN總線在電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用也越來(lái)越普及，它在自身逐步完善的同時(shí)又加快推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的變革。該文介紹了電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載CAN系統(tǒng)總線存在的意義及其定義、組成、特征，并對(duì)CAN總線技術(shù)的要點(diǎn)及其發(fā)展前景進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：CAN總線;車(chē)載網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

中圖分類(lèi)號(hào)：U46? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載CAN總線

隨著現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)電子系統(tǒng)的不斷增加，它的直接后果是導(dǎo)致車(chē)上的電路布線越來(lái)越復(fù)雜，從而使系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性大大降低，維修故障的難度不斷提升，并且隨著車(chē)載電控ECU的大量使用，為了能夠?qū)崿F(xiàn)更理想的控制品質(zhì)，必須有大量數(shù)據(jù)信息在不同的電控系統(tǒng)ECU單元間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享與交換，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)通信方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化需求。所以，我們選擇了車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題，隨著車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的不斷普及，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性、安全性能、操縱穩(wěn)定性、續(xù)航里程都會(huì)得到大幅提升。

由于現(xiàn)代汽車(chē)的技術(shù)水平大幅提高，要求能對(duì)更多的汽車(chē)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，因此汽車(chē)控制器的數(shù)量也在不斷地上升，從開(kāi)始的幾個(gè)發(fā)展到幾十個(gè)甚至于上百個(gè)控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增加，使它們互相之間的信息交換也越來(lái)越密集。為此德國(guó)BOSCH 公司（和Intel公司共同）開(kāi)發(fā)了CAN 數(shù)據(jù)總線，提供一種特殊的局域網(wǎng)為汽車(chē)的控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換提供平臺(tái)。

2 車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)的特征

由于電動(dòng)汽車(chē)對(duì)使用環(huán)境和使用要求非?？量蹋谛旭倳r(shí)可能遇到破爛路面、電磁干擾大及氣候環(huán)境惡劣的情況。所以車(chē)輛的車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該充分考慮到振動(dòng)的影響、溫度的劇烈變化、系統(tǒng)可靠性、化學(xué)腐蝕、電磁兼容性、制造成本等諸多方面因素，同時(shí)車(chē)輛及其零部件必須具有操作不能太復(fù)雜、使用方便安全、性能可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)，同時(shí)它們還會(huì)要求價(jià)格盡量低。除此之外，車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)考慮下列要求：

（1）總線與節(jié)點(diǎn)連接接頭的數(shù)量。

（2）網(wǎng)絡(luò)CAN系統(tǒng)性能檢測(cè)方法。

（3）維護(hù)和安裝中的布線。

（4）故障恢復(fù)和容錯(cuò)的問(wèn)題。

（5）CAN節(jié)點(diǎn)的軟硬件更新。

3 車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)的組成

車(chē)載網(wǎng)絡(luò)CAN的組成常常使用很多不同速率的總線分別連接不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)，它們之間采用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)整車(chē)的網(wǎng)絡(luò)管理與信息共享。這其中網(wǎng)關(guān)就成為車(chē)輛內(nèi)部實(shí)現(xiàn)通信的中心，通過(guò)它就可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)管理和故障診斷功能。

純電動(dòng)汽車(chē)最主要的控制系統(tǒng)核心部件是整車(chē)電腦VCU，其他還包括動(dòng)力電機(jī)控制電腦MCU、動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制電腦ECU、快充和慢充控制電腦ECU、故障診斷電腦ECU、行車(chē)記錄電腦ECU以及其他控制電腦ECU系統(tǒng)。各個(gè)ECU之間是通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及控制的。

純電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源和傳統(tǒng)汽油車(chē)有很大區(qū)別，純電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源主要是動(dòng)力電池，而動(dòng)力電池電量下降后就需要對(duì)它進(jìn)行充電，以補(bǔ)充電量，所以對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)的控制就顯得尤為重要?？斐浠蚵湎到y(tǒng)通過(guò)CAN總線把電壓、電流、頻率、充電時(shí)長(zhǎng)、電量等參數(shù)傳輸?shù)诫姵毓芾硐到y(tǒng)BMS和整車(chē)控制器VCU中。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS作用：它不僅要保證動(dòng)力電池能夠安全可靠地使用，而且要充分發(fā)揮動(dòng)力電池的能力并延長(zhǎng)其使用壽命，作為動(dòng)力電池、整車(chē)控制器以及駕駛者溝通的橋梁，通過(guò)控制接觸器控制動(dòng)力電池組的充放電，并向VCU上報(bào)動(dòng)力電池系統(tǒng)的基本參數(shù)及故障信息。其中BMS是數(shù)據(jù)分析中心，數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)CAN總線將采集到的電池?cái)?shù)據(jù)傳遞給VCU，VCU利用CAN總線對(duì)充放電系統(tǒng)和均衡器進(jìn)行控制，最后監(jiān)視器通過(guò)CAN總線獲取要顯示的數(shù)據(jù)和信息。

動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電腦MCU通過(guò)CAN總線與整車(chē)控制電腦VCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，一方面整車(chē)控制電腦VCU通過(guò)CAN總線接受動(dòng)力電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、電壓值、電流值、工作模式和水溫信號(hào)等參數(shù)，另一方面整車(chē)控制電腦通過(guò)CAN總線向動(dòng)力電機(jī)控制電腦MCU發(fā)出各種控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其的精準(zhǔn)控制。

純電動(dòng)汽車(chē)當(dāng)司機(jī)師傅松開(kāi)油門(mén)踏板或踩下制動(dòng)踏板時(shí)，純電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)從電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，將純電動(dòng)車(chē)的行車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能給動(dòng)力電池充電，這就叫“能量回饋”，正因?yàn)榫哂辛恕澳芰炕仞仭惫δ?，純電?dòng)汽車(chē)不僅提高了續(xù)航里程，而且還符合綠色環(huán)保的要求。

電動(dòng)汽車(chē)的故障診斷系統(tǒng)是負(fù)責(zé)檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)的各類(lèi)故障，通過(guò)CAN 總線將動(dòng)力電機(jī)損壞、絕緣破壞、充電故障等信息傳送給整車(chē)控制器VCU，然后整車(chē)控制器VCU根據(jù)收到的數(shù)據(jù)信息發(fā)出控制指令，從而保證電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性、安全性和舒適性。在一整套控制系統(tǒng)中不僅有CAN總線，還配有LIN總線。LIN總線主要特征是一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，基于應(yīng)用交互信號(hào)。對(duì)實(shí)時(shí)性與同步性要求稍低的控制單元采用LIN總線性?xún)r(jià)比高。因此通過(guò)LIN協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)燈光系統(tǒng)、電動(dòng)車(chē)窗、舒適系統(tǒng)、組合儀表等控制，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換與CAN總線進(jìn)行信號(hào)傳輸。

4 車(chē)載CAN系統(tǒng)實(shí)例分析

CAN通信速率最高傳輸速率為1 Mbit/s，高速CAN：大于125 Kbit/s，低速CAN：小于或等于125 Kbit/s，奇瑞車(chē)CAN通信速率：500 Kbit/s，位時(shí)間：一個(gè)位傳輸時(shí)占用的時(shí)間2 μs。

下面以艾瑞澤5EV CAN網(wǎng)絡(luò)故障排查為例，對(duì)各種CAN系統(tǒng)可能發(fā)生的故障類(lèi)型及其檢測(cè)排除方法，當(dāng)發(fā)生CAN網(wǎng)絡(luò)終端電阻異常，我們可以先切斷12 V蓄電池電源，然后使用萬(wàn)用表在OBD接口上讀取CAN總線終端電阻值，正常電阻值約為60 Ω左右，如果電阻出現(xiàn)大范圍異常，則需進(jìn)一步排查導(dǎo)致電阻值異常的原因。

當(dāng)發(fā)生控制器KL15電源異常，我們先將點(diǎn)火鑰匙打在ON檔，確認(rèn)電器盒內(nèi)ON檔繼電器是否工作，再確認(rèn)電器盒內(nèi)相關(guān)ON檔保險(xiǎn)絲是否通電或熔斷，如果確認(rèn)KL15電源異常，則需進(jìn)一步排查KL15電源異常原因。

當(dāng)發(fā)生CAN_H或CAN_L斷路故障，我們先切斷12V蓄電池電源，再根據(jù)線束走向，分別在各個(gè)CAN線束接口處使用萬(wàn)用表量導(dǎo)通，如果確認(rèn)某段線束CAN線不導(dǎo)通，則進(jìn)行進(jìn)一步排查斷路故障點(diǎn)。

當(dāng)發(fā)生CAN_H或CAN_L短路故障，我們先將點(diǎn)火鑰匙打在ON檔，再使用萬(wàn)用表在OBD接口量CAN線電壓，如果電壓值為2 V～3 V，則CAN線無(wú)短路故障，如果電壓值為其他值，則判斷CAN線出現(xiàn)短路故障，進(jìn)一步排查短路故障點(diǎn)，以確認(rèn)為線束短路還是控制器內(nèi)部短路。

當(dāng)發(fā)生CAN_H對(duì)CAN_L短路故障，我們先要切斷12V蓄電池電源，使用萬(wàn)用表在OBD接口測(cè)量2根CAN線是否導(dǎo)通，如果確認(rèn)CAN線相互短路，則進(jìn)一步排查短路故障點(diǎn)，以確認(rèn)為線束短路或控制器內(nèi)部短路。

綜上所述，CAN總線技術(shù)是一種新興的現(xiàn)代通信技術(shù)，它具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、性能價(jià)格比高等突出優(yōu)勢(shì)，特別適用于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載控制系統(tǒng)。所以說(shuō)以后的電動(dòng)汽車(chē)會(huì)更好地利用這一特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的又一次質(zhì)的飛躍，電動(dòng)汽車(chē)CAN總線技術(shù)的發(fā)展前景一片光明。

參考文獻(xiàn)

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