現(xiàn)代汽車中CAN總線技術(shù)的應(yīng)用

張樹貴，衛(wèi)強(qiáng)，李君峰，梁靖汶，趙玉波

（河南天海電器有限公司線束系統(tǒng)研發(fā)中心，河南 鶴壁 458030）

現(xiàn)代汽車中CAN總線技術(shù)的應(yīng)用

張樹貴，衛(wèi)強(qiáng)，李君峰，梁靖汶，趙玉波

（河南天海電器有限公司線束系統(tǒng)研發(fā)中心，河南 鶴壁 458030）

分析整車CAN總線技術(shù)傳輸線設(shè)計(jì)的要求。

CAN總線；汽車；傳輸線設(shè)計(jì)

近年來，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅速，汽車中使用的電子控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)也越來越多，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)變速器系統(tǒng)、電子防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、制動(dòng)力分配系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、通信與導(dǎo)航協(xié)調(diào)系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)、聲音合成與識(shí)別系統(tǒng)、駕駛體驗(yàn)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)均由各個(gè)電子控制系統(tǒng)相互連接而成，同時(shí)各個(gè)系統(tǒng)之間也要互相連接通信，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的交換。這些系統(tǒng)都有相應(yīng)的電子控制系統(tǒng)，每輛汽車上裝配多個(gè)電子控制系統(tǒng)是很普遍的事情。隨著電子控制系統(tǒng)及其附帶的通信設(shè)備的不斷增加，導(dǎo)致整車的電路也越來越繁瑣復(fù)雜。汽車面臨著線束越來越多，線束質(zhì)量不斷增大，線束成本也是越來越高，售后維修相比以前也更加困難。為了解決汽車線束面臨的問題，BOSCH公司的工程師在20世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)了一種能夠滿足高速多路的復(fù)用通信系統(tǒng)，以共享方式傳送多種控制信息，汽車CAN總線的概念因此而誕生。

1 CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及在汽車中的應(yīng)用

CAN總線節(jié)點(diǎn)一般由微處理器ECU、CAN控制器、CAN收發(fā)器3部分組成。CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)見圖1，在一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)上至少需要有2個(gè)CAN總線節(jié)點(diǎn)存在。在CAN總線的2個(gè)終端，各需要安裝1個(gè)120Ω的終端電阻；如果CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于2個(gè)，中間節(jié)點(diǎn)就不需要再安裝120Ω終端電阻了。終端電阻的規(guī)格120Ω并非固定不變的，這和CAN總線網(wǎng)絡(luò)使用的導(dǎo)線長(zhǎng)度有關(guān)系。見表1。

圖1 CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

表1 CAN總線傳輸電纜長(zhǎng)度、導(dǎo)線截面積和通信波特率的關(guān)系

1）電纜交流參數(shù)推薦值：120Ω特征電阻，5ns／m延時(shí)。

2）為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最低，使用較大的電阻有助于增加總線長(zhǎng)度。在ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)中，提供的參考值為118 Ω＜RT＜130 Ω的范圍，所以一般情況下汽車上都會(huì)選用120Ω的電阻。

3）汽車上常用的CAN總線網(wǎng)絡(luò)連接方式：①對(duì)于配置不高的車型，可以采用通信速率為500kB／s的1條混合CAN總線（圖2），該CAN總線通信主要具有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS、變速器控制器TCU、車身控制模塊BCM、防抱死系統(tǒng)ABS、電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、安全氣囊控制單元ACU、多媒體交互系統(tǒng)MMI、組合儀表控制單元IPK等功能。②對(duì)于配置高的車型，往往會(huì)采用多條CAN總線，并加上LIN線來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。一般要求CAN總線的通信速率達(dá)500kB／s，LIN線的通信速率達(dá)19.2kB／s。

圖2 混合CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖3 多條CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

CAN總線大多分為動(dòng)力CAN、舒適CAN、信息娛樂CAN等。動(dòng)力CAN連接的對(duì)象主要有發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS、變速器控制器TCU、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC、電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、安全氣囊控制單元ACU、多媒體交互系統(tǒng)MMI、儀表IP等；舒適CAN連接的對(duì)象主要有車身控制系統(tǒng)BCM、空調(diào)系統(tǒng)AC、無鑰匙進(jìn)入一鍵起動(dòng)系統(tǒng)PEPS、駕駛員座椅控制系統(tǒng)DSCU、電子轉(zhuǎn)向柱控制系統(tǒng)ESCL、智能前照燈隨動(dòng)系統(tǒng)AFS、天窗電機(jī)控制器Sunroof、天窗遮陽板控制器Roll、雨量光線傳感器RLS等；信息娛樂CAN連接的對(duì)象主要有組合儀表控制單元IPK、多媒體交互系統(tǒng)MMI、360度全景式監(jiān)控影像系統(tǒng)AVM、平視顯示系統(tǒng)HUD、車載音響功放系統(tǒng)AMP、后攝像頭模塊RCM、車載診斷系統(tǒng)OBD等。

2 整車CAN總線傳輸線的設(shè)計(jì)要求

1）CAN總線T型接法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖見圖4。①其中ECU1、ECU2是帶終端電阻的節(jié)點(diǎn)，其余的ECU不帶終端電阻；終端電阻的位置應(yīng)該布置在2個(gè)距離最遠(yuǎn)的ECU上，很多車采用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和組合儀表ECU的2個(gè)節(jié)點(diǎn)作為終端電阻。②主干線及所有分支電纜長(zhǎng)度的總和不得超過40m，高速CAN要求不超過25 m。③ECU分支長(zhǎng)度（L1、L2、L3）不得超過1 m，且L1、L2、L3的長(zhǎng)度不得一樣長(zhǎng)。④車載診斷系統(tǒng)（OBD）分支L4最長(zhǎng)不得超過1.5m。⑤線束制作時(shí)，節(jié)點(diǎn)的電纜可以拆開，以便于節(jié)點(diǎn)的壓接，但是拆開的長(zhǎng)度不得大于50mm。⑥節(jié)點(diǎn)（D1、D2、D3）與節(jié)點(diǎn)間的距離最少間隔100mm，且間隔距離不得一樣。⑦電纜類型：雙絞線，絞距要求45～60絞／m，電阻要求＜60mΩ／m，傳輸延遲要求＜5.5ns／m。

圖4 CAN總線T型接法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

2）CAN總線星形接法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意見圖5。一般，星形接法的節(jié)點(diǎn)會(huì)放到汽車左邊A柱和右邊A柱的附近，相對(duì)于T型的接法，更加便于維修，查詢故障，但成本比T型的要高；在制作時(shí)，雙絞線拆開的長(zhǎng)度L＜100 mm（圖6），節(jié)點(diǎn)即可以使用端子集中壓接方式連接，也可以采用斷路器方式連接。

3）CAN總線設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率一般不能超過36%；高速CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量一般不超過7個(gè)，低速CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量一般不超過16個(gè)。

4）線束制作CAN總線時(shí)，應(yīng)注意CAN總線采用T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，壓接合點(diǎn)時(shí)應(yīng)與拓?fù)鋱D一致。

CAN總線技術(shù)在現(xiàn)代汽車中迅速發(fā)展，將會(huì)使汽車在未來更加安全、舒適。在未來汽車發(fā)展中，CAN總線技術(shù)也將會(huì)越來越重要。

圖5 CAN總線星形接法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

圖6 星形接法節(jié)點(diǎn)連接方式示意圖

［1］饒運(yùn)濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：11.

［2］王箴.CAN總線在汽車中應(yīng)用［N］.中國(guó)汽車報(bào)，2004-09-20（28）.

（編輯 凌波）

Application of CAN Bus Technology in Modern Vehicle

ZAHNG Shu-gui，WEI Qiang，LI Jun-feng，LIANG Jing-wen，ZHAO Yu-bo

（Wiring Harness R&D Center，Henan THB Electric Co.，Ltd.，Hebi 458030，China）

The article analyzes the transmission line design of Controller Area Network（CAN）bus technology.

CAN；vehicle；transmission line

U463.6

B

1003－8639（2017）02－0067－02

2016-06-01；

2016-06-02

張樹貴（1978-），男，工程師，主要研究方向是汽車用電線束的研發(fā)。