高速CAN總線在車身CAN上的應(yīng)用

王瑋，余超（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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高速CAN總線在車身CAN上的應(yīng)用

王瑋，余超
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車CAN總線主要有兩種類型的總線，即高速CAN總線與容錯(cuò)CAN總線。兩者分別在動(dòng)力CAN系統(tǒng)和車身CAN系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用，各有各的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，不斷出現(xiàn)以高速CAN取代容錯(cuò)CAN而應(yīng)用在車身CAN上的案例，文章就高速CAN總線在車身CAN上的應(yīng)用做出分析和論述。

CAN總線；高速CAN；容錯(cuò)CAN

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.058

CLC NO.: U463.67Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-182-03

前言

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，由于具有高性能、高可靠性以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線越來(lái)越受到人們的重視。CAN已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

目前CAN總線標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898中描述了兩種類型的總線：ISO 11898-2高速CAN總線和ISO 11898-3容錯(cuò)CAN總線。在實(shí)際應(yīng)用中，前者由于傳輸速度快主要用于動(dòng)力、安全等系統(tǒng)，后者因芯片成本低廉并具備一定的容錯(cuò)能力而廣泛用于對(duì)時(shí)效性要求不高的車身舒適系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，高速 CAN芯片的大量應(yīng)用使得其成本大大降低，甚至低于容錯(cuò)CAN芯片，另一方面，高速CAN芯片也具備一定的容錯(cuò)能力。因此高速CAN在車身總線系統(tǒng)上的應(yīng)用越來(lái)越多。

本文就高速CAN與容錯(cuò)CAN的區(qū)別以及高速CAN在車身CAN系統(tǒng)上的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1、高速CAN與容錯(cuò)CAN區(qū)別

1.1信號(hào)特性

高速CAN與容錯(cuò)CAN在信號(hào)上都采用了差分傳輸，見(jiàn)下圖。

兩者均由CAN_H和CAN_L的差分來(lái)表達(dá)隱性和顯性狀態(tài)，但在電平特性上卻有很大區(qū)別。

在傳輸速率上，高速CAN最高可達(dá)到1Mbits/s，而容錯(cuò)CAN只能達(dá)到125kbits/s。

1.2容錯(cuò)能力

容錯(cuò)CAN，顧名思義，在總線通訊上有著高速CAN所部具備的容錯(cuò)能力，在一些故障情形發(fā)生時(shí)，容錯(cuò) CAN總線能進(jìn)入單線通信模式，這些故障有：CAN_H 與 CAN_L短路，CAN_H 與地短路，CAN_H 與VCC短路，CAN_H 與蓄電池電壓短路，CAN_L 與地短路，CAN_L 與VCC短路，CAN_L 與蓄電池電壓短路，CAN_H 線斷路，CAN_L 線斷路。

而高速 CAN本身可以不具備容錯(cuò)能力，近年來(lái)，一些新款的高速 CAN收發(fā)器芯片也具備了一定的容錯(cuò)能力，如在 CAN_H 與蓄電池電壓短路和 CAN_L 與地短路的情形下，同樣可以正常通訊。

1.3硬件

高速CAN與容錯(cuò)CAN采用不同的收發(fā)器，在硬件電路上也由許多不同。

高速 CAN總線系統(tǒng)中存在兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，在收發(fā)器端CAN_H和CAN_L之間接有一個(gè)等效為120Ω的電阻，見(jiàn)圖的兩個(gè)R60，其他節(jié)點(diǎn)均為高阻抗，則整個(gè)總線系統(tǒng)中存在等效為60Ω的電阻，用于吸收反射波。而容錯(cuò)CAN系統(tǒng)中每個(gè)收發(fā)器均接有終端電阻，見(jiàn)圖的RRTH和RRTL，并要求整個(gè)總線系統(tǒng)的等效電阻接近100Ω。

2、應(yīng)用分析

通過(guò)對(duì)高速CAN與容錯(cuò)CAN的比較可以發(fā)現(xiàn)，主要的影響在于對(duì)容錯(cuò)能力的要求上。隨著汽車制造技術(shù)水平的提升，線束的可靠性也有了很大提高，在可以充分保障總線線路的穩(wěn)定可靠的前提下，用高速 CAN總線可以替代容錯(cuò)CAN總線；另一方面，車身總線系統(tǒng)上的模塊多為舒適系統(tǒng)，在安全性方面要求并不高，可以降低對(duì)容錯(cuò)能力的需求。因此，用高速CAN總線取代容錯(cuò)CAN的車身總線是完全可行的。而在實(shí)際應(yīng)用中，也確實(shí)有越來(lái)越多的整車廠采用這種方法。

下面以某汽車采用的兩路高速CAN總線結(jié)構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明，下圖為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：

該網(wǎng)絡(luò)采用儀表為集成網(wǎng)關(guān)，連接兩路總線，左端為高速CAN總線系統(tǒng)，連接有發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS等與動(dòng)力安全相關(guān)的模塊，右端為低速CAN總線系統(tǒng)，連接有車身控制、空調(diào)等舒適相關(guān)模塊。與采用容錯(cuò)CAN的方案相比，優(yōu)點(diǎn)有如下幾個(gè)方面：

1）靈活的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)中兩路總線是對(duì)等的，即兩路總線的模塊具有高度的可互換性。（注：高速CAN與容錯(cuò)CAN模塊無(wú)法在同一條總線上兼容）例如需將空調(diào)模塊從低速CAN放入高速CAN總線系統(tǒng)時(shí)，只需設(shè)定其傳輸速率到500kbps，將收發(fā)的信號(hào)做調(diào)整即可，無(wú)需進(jìn)行硬件的變動(dòng)而造成大量的開(kāi)發(fā)成本。變動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示：

由此可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)和調(diào)整時(shí)，具有很大的靈活性，不用受到總線類型不兼容而無(wú)法調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)的限制。

2）簡(jiǎn)便的物理層設(shè)計(jì)

由于汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，往往具備多種配置，尤其在車身總線系統(tǒng)，可能存在多種可選的總線模塊，在物理層設(shè)計(jì)時(shí)，若采用容錯(cuò) CAN方案，受終端電阻匹配的問(wèn)題的影響，可能存在各模塊電阻設(shè)定多樣化的問(wèn)題，難以在硬件上通用。而高速CAN總線僅需要選擇兩個(gè)節(jié)點(diǎn)作為終端即可。

3）更好的可擴(kuò)展性

傳統(tǒng)車身容錯(cuò)CAN總線最高速率是125kbps，但是隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，配置不斷增加，總線模塊也越來(lái)越多，容錯(cuò)CAN可能無(wú)法滿足未來(lái)的需求，而采用高速CAN總線的車身總線系統(tǒng)則最高可以達(dá)到1Mbps的速率，具有很大的可擴(kuò)展空間。

4）降低成本

近年來(lái)，隨著高速CAN收發(fā)器芯片的大量應(yīng)用，更多性能優(yōu)越且成本更低的高速CAN芯片被開(kāi)發(fā)出來(lái)，甚至低于容錯(cuò)CAN的成本，應(yīng)用高速CAN在零部件成本上更有優(yōu)勢(shì)在測(cè)試應(yīng)用中，由于傳輸?shù)亩际荂AN信號(hào)，通過(guò)測(cè)試工具在應(yīng)用了高速 CAN的車身總線上測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)看，與采用容錯(cuò)CAN沒(méi)有任何區(qū)別，也同樣可以具備網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

3、總結(jié)

高速CAN總線與容錯(cuò)CAN總線各有特點(diǎn)，并在汽車各模塊通訊中得到了廣泛的應(yīng)用。綜合本文的分析，高速CAN總線取代容錯(cuò) CAN總線在車身總線系統(tǒng)中應(yīng)用是完全可行的，從成本、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)靈活性、可擴(kuò)展性等方面帶來(lái)了諸多便利，并越來(lái)越多的被應(yīng)用在在汽車總線系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中。

[1]史久根.CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].第1版,北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004.21～22.

[2]ISO11898-2,Roadvehicles—Controllerareanetwork(CAN)—Part2: H igh- speedmediumaccessunit[S].

[2]ISO11898-3,Roadvehicles—Controllerareanetwork(CAN)— Part3:L ow-speed,fault-tolerant,medium-dependentinterface[S].

Topology Design Of The Vehicle CAN Bus

Wang Wei,Yu Chao
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

There are two types of Vehicle CAN bus,high speed CAN and fault tolerant CAN.They are widely used in powertrain and body CAN respectively.They have respective specialty and advantage.These years,there are some examples that high speed CAN replaced fault tolerant CAN which used in body CAN.This text will specify the application of high speed CAN in body CAN.

CAN Bus; High Speed CAN; Fault Tolerant CAN

U463.67

A

1671-7988（2016）08-182-03

王瑋（1985-），男，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。