新能源汽車整車CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究

白琳　霍強(qiáng)強(qiáng)　何孟錫

摘 要：新能源汽車CAN技術(shù)對于提高汽車整體運行性能極為重要，通過分析整車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)，在設(shè)計時根據(jù)需要新能源汽車的整車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后需要參考分層結(jié)構(gòu)，結(jié)合獨立控制器和集成控制器，對硬件層、數(shù)據(jù)層、傳輸層進(jìn)行了設(shè)計。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;CAN網(wǎng)絡(luò)基數(shù);研究

1 整車CAN技術(shù)概述

CAN（Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)絡(luò)。CAN網(wǎng)絡(luò)在早期的整車應(yīng)用中以BCM（車身控制器）為控制中心，主要是車身零部件（雨刮/大燈/車窗…），智能硬件較少，所以早期的正常CAN網(wǎng)絡(luò)把所有其他的ECU全部放在Other ECU里邊。ECU（Electronic ControlUnit）電子控制單元，是汽車專用微機(jī)控制器，一個ECU一般負(fù)責(zé)1個或多個智能硬件設(shè)備。每條CAN總線一般都是由2根線組成的雙絞線構(gòu)成，一根can_high，一根can_low，分別代表高電平和低電平，一般燃油車的CAN網(wǎng)絡(luò)可以分成5條CAN總線：PT CAN （PowerTrain CAN）動力總成CAN總線，PT CAN負(fù)責(zé)車輛動力，是整車CAN網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)先級及信號傳輸速率最高的一條CAN總線;CH CAN （Chassis CAN） 底盤控制CAN總線，CH CAN負(fù)責(zé)汽車底盤及4個輪子的制動/穩(wěn)定/轉(zhuǎn)向，由于涉及整車制動/助力轉(zhuǎn)向等，所以其網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)先級也是較高的;Body CAN車身控制總線，Body CAN負(fù)責(zé)車身上的一些提高舒適性/安全性的智能硬件的管理與控制，其網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)先級較低，因為以上設(shè)備都是輔助設(shè)備;Info CAN （Infomercial CAN） 娛樂系統(tǒng)總線，Info CAN是輔助可選設(shè)備，所以優(yōu)先級也是較低的，主要負(fù)責(zé)車身上的一些提高娛樂性的智能硬件的管理與控制;DiagCAN（Diagnose CAN）診斷控制總線，電動汽車的CAN網(wǎng)絡(luò)模型也類似，只是其控制單元主要以VCM（Vehicle Control Module）整車控制模塊為控制中心。

2 整車總線協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 整車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵杠囕v通信網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備節(jié)點相互連接的形式和方法。按照結(jié)構(gòu)分類，主要包括：星形結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)。星形拓?fù)涫且环N以集線器（以中心為中心，采用集中控制模式，并且多個外圍節(jié)點以放射狀方式連接到中心節(jié)點）的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是安裝簡單、易于管理;缺點是中心節(jié)點的負(fù)載較重，可擴(kuò)展性受到中心節(jié)點的限制，這將增加車輛網(wǎng)絡(luò)的電纜使用量，如圖所示。總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是該結(jié)構(gòu)以總線作為公共數(shù)據(jù)通道，每個節(jié)點都連接到同一總線，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是安裝簡單、易于擴(kuò)展，每個節(jié)點的狀態(tài)相同，總線上共享數(shù)據(jù);缺點是由于通道共享，任何時候都只允許一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，并且總線上的節(jié)點數(shù)是有限的，這種結(jié)構(gòu)通常用于汽車通信網(wǎng)絡(luò)中，尤其是在設(shè)備有限的子網(wǎng)中。環(huán)拓?fù)涫瞧渲忻總€節(jié)點首尾相連以形成閉合環(huán)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于聯(lián)網(wǎng);缺點是網(wǎng)絡(luò)中信息的單向傳輸，節(jié)點數(shù)不宜過多，單個節(jié)點故障將使整個網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。汽車通信網(wǎng)絡(luò)具有較高的實時性和可靠性，因此在應(yīng)用于汽車時需要增加冗余通道以提高可靠性。樹形拓?fù)涫强偩€拓?fù)浜头謱咏Y(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，分層結(jié)構(gòu)由以分支形式的唯一“根”節(jié)點組成。優(yōu)點是一個分支的故障不影響其他分支的正常運行，節(jié)點易于擴(kuò)展，并且故障易于分離;缺點是整個網(wǎng)絡(luò)的正常運行取決于根節(jié)點，如果根節(jié)點發(fā)生故障，整個網(wǎng)絡(luò)將無法正常工作。

2.2 CAN分層結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)參考模型，信息交換模型分為兩層。從該層到該層是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。Can控制器主要實現(xiàn)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議。物理層完成串行通信的位編碼，位時間和同步，并以差分電平的方式實現(xiàn)位數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)邏輯鏈路控制子層（完成消息的接收過濾，通知接收者過載通知，重新發(fā)送仲裁和發(fā)送失敗消息;實現(xiàn)媒體訪問控制子層（完成封裝，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的反匯編和錯誤檢測）控制器中未集成上位通信協(xié)議，根據(jù)項目的實際需要，傳輸層和應(yīng)用層協(xié)議為參考協(xié)議，由軟件編譯實現(xiàn)。

2.3 CAN通信硬件電路

通信硬件結(jié)構(gòu)的原理是實現(xiàn)通信。在硬件方面，需要控制器、收發(fā)器、傳輸介質(zhì)和終端電阻。硬件結(jié)構(gòu)的原理如圖1所示。收發(fā)器安裝在控制器與傳輸介質(zhì)之間，該收發(fā)器將來自控制器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號并將其傳輸?shù)絺鬏斀橘|(zhì)，同時在接收器上接收信號。傳輸介質(zhì)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給控制器。

2.4 數(shù)據(jù)鏈路層

接口驅(qū)動器結(jié)構(gòu)獨立的控制器與微處理器通信采用接口。微處理器的內(nèi)部集成接口可以通過使用接口驅(qū)動程序來實現(xiàn)對微處理器的控制，然后使用驅(qū)動程序來實現(xiàn)控制器的初始化、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送和錯誤處理。內(nèi)部集成控制器可以直接控制微控制器。驅(qū)動程序可以實現(xiàn)控制器的初始化、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)發(fā)送和錯誤處理。為了提高代碼的可移植性，控制器的驅(qū)動程序被硬件層驅(qū)動程序封裝，數(shù)據(jù)鏈路層使用該驅(qū)動程序來實現(xiàn)硬件和軟件之間的隔離。

2.5 傳輸層

傳輸層的功能是在應(yīng)用程序?qū)雍蛿?shù)據(jù)鏈路層之間傳輸消息時實現(xiàn)消息的封裝和分解。層之間的消息傳輸過程可以描述為：在接收部分，數(shù)據(jù)由控制器通過硬件層處理后發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層;在消息部分，數(shù)據(jù)由應(yīng)用層通過傳輸層處理，然后發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層，接收和發(fā)送的過程：在周期性服務(wù)功能部分，服務(wù)功能從數(shù)據(jù)鏈路中提取接收到的數(shù)據(jù)層，然后在傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將其發(fā)送到應(yīng)用程序?qū)右苑治鰯?shù)據(jù);數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)鏈路層提取出來，并在經(jīng)過硬件層處理后發(fā)送到控制器到總線。

3 結(jié)束語

新能源汽車CAN技術(shù)對于提高汽車整體運行性能極為重要，通過分析整車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)，在設(shè)計時根據(jù)需要新能源汽車的整車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后需要參考分層結(jié)構(gòu)，結(jié)合獨立控制器和集成控制器，對硬件層、數(shù)據(jù)層、傳輸層進(jìn)行了設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

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