CAN總線系統(tǒng)的應(yīng)用

唐軍松

（浙江交通技師學(xué)院，浙江 金華 321015）

1 CAN總線的發(fā)展背景

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車電子化程度越來越高，特別是微控制器進(jìn)入汽車控制領(lǐng)域后，給汽車發(fā)展帶來了劃時(shí)代的變化，汽車的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性都得到了大幅提升。電子技術(shù)的廣泛采用在改善汽車性能的同時(shí)，也帶來了二個(gè)方面的問題：

（1）傳統(tǒng)的電氣線路都采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。電子技術(shù)的廣泛采用，車上計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行器也成倍增加，這樣勢必構(gòu)成龐大的布線系統(tǒng)。汽車上有限的可用空間給日益加粗的線束布置造成障礙。

（2）現(xiàn)代汽車的多個(gè)電控單元需要同一傳感器的信號(hào)（如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速等），同時(shí)單個(gè)執(zhí)行器也可能受多個(gè)電控單元的控制。這就需要各個(gè)電控單元、控制器之間必須對(duì)公共數(shù)據(jù)實(shí)行共享和進(jìn)行信息相互交換，這樣既會(huì)使線束進(jìn)一步加粗，又會(huì)影響控制單元數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性。

上述問題，采用數(shù)據(jù)總線技術(shù)后，都得到了很好解決。現(xiàn)在汽車上采用的數(shù)據(jù)總線多為CAN總線。

2 CAN總線的定義、組成及相關(guān)概念

2.1 CAN總線的定義

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、ABS、ASR及巡航系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置（如圖1）。

圖1 汽車CAN總線系統(tǒng)架構(gòu)

一個(gè)由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。例如，當(dāng)使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時(shí)，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。

2.2 CAN-BUS數(shù)據(jù)總線的組成與結(jié)構(gòu)

CAN-BUS系統(tǒng)主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發(fā)器、CAN-BUS數(shù)據(jù)傳輸線和CAN-BUS終端電阻（圖2）。

3 汽車CAN總線特點(diǎn)

CAN總線屬于串行傳輸總線通訊網(wǎng)絡(luò)，由于其采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與一般的通訊總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可以概括如下：

圖2 CAN總線的結(jié)構(gòu)

（1）根據(jù)各數(shù)據(jù)更新速率、控制周期、傳輸速率不同，對(duì)各控制單元、控制器、傳感器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分（圖2）。高速總線的最大位速率可達(dá)中1Mbps，滿足主要電控單元或系統(tǒng)間大量數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)交換需要，使汽車各方面性能趨于最佳狀態(tài)。中速總線面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享，以減少傳感器和其它電子部件。低速總線一般不單獨(dú)使用，而是和中速總線結(jié)合使用，成為CAN總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣無須在各傳感器、執(zhí)行器部件間安裝CAN控制器就使得信號(hào)在CAN總線上傳輸。

（2）網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。如節(jié)氣門位置傳感（TPS），既可以向電控燃油噴射系統(tǒng)（EFI）發(fā)送信息，也可以向電控自動(dòng)變速箱（ECT）發(fā)送信息。故CAN為多主工作方式。

（3）CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求。CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息量非常大，有快速變化信號(hào)，有漸變信號(hào)。為保證總線上交通暢通，重要信息在發(fā)生總線訪問沖突時(shí)需優(yōu)先發(fā)送。合理地安排數(shù)據(jù)信息總線訪問優(yōu)先級(jí)顯得尤為重要。各電子控制單元正常工作所能容許的最大時(shí)間延遲是決定數(shù)據(jù)訪問總線優(yōu)先級(jí)的主要因素。對(duì)轉(zhuǎn)矩、車速及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等快速變化的信號(hào)必須進(jìn)行高速運(yùn)算。

4 CAN總線在轎車上的實(shí)際應(yīng)用

由于CAN總線系統(tǒng)在我們國家發(fā)展的比較滯后,所以技術(shù)的提高很慢我們國家最具有代表性的車系就是大眾,其車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在很多車上基本都得到了應(yīng)用如:帕薩特領(lǐng)馭、寶來、速騰等。

5 結(jié)語

隨著電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制芯片性能逐步提高，體積逐步減小，價(jià)格進(jìn)一步降低，為汽車局域網(wǎng)的普及推廣創(chuàng)造了良好的條件。CAN總線在汽車上的廣泛應(yīng)用將使汽車的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性都上升到新的高度，給汽車技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。CAN總線是控制策略驅(qū)動(dòng)的總線，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛本身的控制，而IDB總線則以信息交互、共享為目的。按汽車局域網(wǎng)發(fā)展趨勢，新型總線替代現(xiàn)CAN總線也是完全可能的。

[1]鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[2]胡鵬飛，葛天德.汽車數(shù)據(jù)總線技術(shù)及應(yīng)用[J].金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，（4）.

[3]龔進(jìn)峰.淺析汽車總線技術(shù)[J].智能交通研究，2003，（7）：1-4.