基于CAN總線在車輛中的應用

胡志云

(山西省電子工業(yè)科學研究所有限公司,山西 太原 030006)

因為現(xiàn)代汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，需要控制更多的車輛工作參數(shù)，所以汽車控制器的數(shù)量不斷增加，從剛開始的幾個控制單元到數(shù)十個，甚至數(shù)百個控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增多使它們之間的信息交換越發(fā)激烈。為此，德國BOSCH公司(與國內(nèi)公司協(xié)作)研發(fā)了一種優(yōu)秀的設計處理器——CAN數(shù)據(jù)總線，該總線供給了一個獨特的局域網(wǎng)用于車輛控制器之間的數(shù)據(jù)交流替換。這稱為控制單元的局域網(wǎng)。這是車輛控制單元的傳輸形式。

CAN控制器局域網(wǎng)屬于現(xiàn)場總線領(lǐng)域，是一種串行通信網(wǎng)絡。能夠有效支持分布式或?qū)崟r控制。使用方法簡潔方便，成本低。在計算機控制系統(tǒng)和條件不好的工作環(huán)境，強電磁輻射和企業(yè)工業(yè)振動中非常適用。因此，CAN總線在汽車中非常流行，已經(jīng)達到快速發(fā)展。

1 CAN總線技術(shù)的特性

CAN總線技術(shù)操作簡單，應用廣泛，其主要特點如下：

在主模式下，網(wǎng)絡中的全部節(jié)點都可以在任何時候處于活動狀態(tài)，向網(wǎng)絡中的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不管它們是否為主從模式。在網(wǎng)絡信息節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)可以小于134 ms之間傳送。1 Mbps通信速率下,通信距離可達40 m。CAN節(jié)點通過過濾消息的標識符來完成點對點，點對多點和全部廣播。CAN通訊介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，選擇種類多。當出現(xiàn)緊要偏差時，CAN節(jié)點可以自動關(guān)上輸出，從而不影響總線上其他節(jié)點的工作[1]。

2 CAN總線的運行原理

導線、控制器、收發(fā)器和終端電阻四個部分構(gòu)成了CAN總線。導線是兩根常見銅線的雙絞線?？刂破鞯淖饔檬寝D(zhuǎn)換接收和發(fā)送的信號。收發(fā)器負責接收和發(fā)送通過網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔?。電阻器用于防止CAN總線上的電壓變化。當電阻損壞時，則控制單元的信號不起作用。CAN總線采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式。它可以在40 m的電線上以1 Mbps的速度工作，也可以使用光纜進行傳送。此總線上的總線協(xié)議可以使用多個主控制器。

當CAN總線上的節(jié)點(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時，它可以以消息廣播的方式播給其他全部節(jié)點。不管是否將數(shù)據(jù)發(fā)送到本身的節(jié)點，每個節(jié)點都務必接收它。每個組由一個11個字符的消息開頭，該消息定義消息的優(yōu)先級，消息格式稱為內(nèi)容尋址模式。相同的系統(tǒng)標識符是唯一的，兩個工作站不能發(fā)送具有相同標識符的消息。當多個站點同時競爭總線時，這種設置非常重要。當一個數(shù)據(jù)站被發(fā)送到另一個數(shù)據(jù)站時，該數(shù)據(jù)站的CPU將發(fā)送的數(shù)據(jù)和它自己的標識符傳遞給該數(shù)據(jù)站的CAN芯片。當它收到總線分配狀態(tài)時發(fā)送消息。芯片將數(shù)據(jù)組織成某種消息格式，以便根據(jù)協(xié)議進行傳輸，此時，網(wǎng)絡上的其他站點處于接收狀態(tài)。每個接收到的消息都處于接收站檢測狀態(tài)，確定是否將消息發(fā)送給自身，并確定是否已接收到它[2]。

圖1 CAN-bus節(jié)點網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

3 CAN總線在汽車中的應用

3.1 汽車CAN總線節(jié)點ECU的設計

通過對車輛CAN總線的開發(fā)和研究為ECU設計提供CAN接口。在ECU中，CAN控制器和CAN收發(fā)器構(gòu)成一個CAN總線模塊?？刂破魍瓿梢粋€CAN協(xié)議和工具的通信功能，包括消息存儲緩沖和過濾收入。CAN發(fā)送器充當控制器和物理總線之間的接口，并在CAN控制器和總線之間實現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換。

3.2 CAN總線在進口汽車中的應用

沃爾沃(Volvo)，林肯(Lincoln)，奧迪(Audi)，寶馬(BMW)等最著名的外國汽車都使用CAN總線技術(shù)?？偩€通過傳感器傳輸?shù)綆в小皵?shù)據(jù)總線”的車輛。在信息共享平臺中，接收器需要從所需的“總線”信息中讀取數(shù)據(jù)，以便每個車輛系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)和共享信息,確保車輛的安全性，舒適性和可靠性。一般來說，配備CAN-BUS的高端汽車越多，價格就越高。諸如，Touran和Passat之類的車型有很多CAN總線。

3.3 CAN總線在國產(chǎn)汽車中的應用

受成本和實力等因素的約束，CAN總線技術(shù)一般只在外國豪車中使用。在A級和A級以下的車型中，大多數(shù)技術(shù)在合資品牌中，例如POLO，Bora等。在自己的品牌中，很少使用CAN總線技術(shù)，而風云2車是代表之一。CAN總線技術(shù)可以實現(xiàn)發(fā)動機、變速箱、ABS、車身、儀表等通信控制器，以便它們可以隨時共享車輛信息。在奇瑞風云2的顯示儀表中，可以讀出行駛公里，準確讀出車門和安全帶提醒等多種信息。與同級別產(chǎn)品相比，其安全性提高了一倍。

3.4 CAN總線在汽車維修方面的應用

CAN總線技術(shù)借助內(nèi)部傳感器共享信息，控制接口和車身線束的數(shù)量已大大減少，避免了相互干擾和線束過度磨損的危險，并減少了車輛電氣系統(tǒng)的故障。打開汽車前蓋時，布局簡潔明了。使用CAN總線技術(shù)使故障排除特別方便。智能管家總線符合歐洲和美國的標準和法規(guī)，并完成在線OBDII診斷功能。一旦發(fā)現(xiàn)車輛有故障，控制單元就會通過CAN總線智能管理系統(tǒng)存儲的錯誤代碼。專家使用診斷工具診斷車輛的狀況，并快速準確地確定故障點。使用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)信息傳輸系統(tǒng)的集成，不僅可以提高模塊響應速度，減少組件損壞，并相應地降低維修成本。此外，使用先進的集成技術(shù)還可以提高我們自身的科學性和可靠性，技術(shù)含量和競爭力[3]。

圖2 車載CAN總線

4 結(jié)論

作為可靠的汽車網(wǎng)絡總線，CAN總線已用于許多豪華車。汽車電腦控制單元通過一個總線可以共享所有信息和資源,簡化了布線,減少了傳感器的數(shù)量,避免職能重復的控制,提高系統(tǒng)的可靠性,降低了成本,提高了各種控制系統(tǒng)的兼容性和協(xié)調(diào)。此外，由于所有的智能傳感器網(wǎng)絡都被選為全數(shù)字通信，因此，總線也有良好的抗干擾能力。CAN由于其卓越的質(zhì)量而具有明顯的優(yōu)勢，并日益受到業(yè)界的歡迎[4]。