CAN總線系統的應用

唐軍松

（浙江交通技師學院，浙江 金華 321015）

1 CAN總線的發展背景

隨著電子技術的迅速發展和在汽車上的廣泛應用，汽車電子化程度越來越高，特別是微控制器進入汽車控制領域后，給汽車發展帶來了劃時代的變化，汽車的動力性、操作穩定性、安全性、燃油經濟性、環保性都得到了大幅提升。電子技術的廣泛采用在改善汽車性能的同時，也帶來了二個方面的問題：

（1）傳統的電氣線路都采用點對點的通信方式。電子技術的廣泛采用，車上計算機、傳感器、執行器也成倍增加，這樣勢必構成龐大的布線系統。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）現代汽車的多個電控單元需要同一傳感器的信號（如發動機轉速、節氣門開度、車速等），同時單個執行器也可能受多個電控單元的控制。這就需要各個電控單元、控制器之間必須對公共數據實行共享和進行信息相互交換，這樣既會使線束進一步加粗，又會影響控制單元數據實時性。

上述問題，采用數據總線技術后，都得到了很好解決。現在汽車上采用的數據總線多為CAN總線。

2 CAN總線的定義、組成及相關概念

2.1 CAN總線的定義

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環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絡。比如：發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、ABS、ASR及巡航系統中，均嵌入CAN控制裝置（如圖1）。

圖1 汽車CAN總線系統架構

一個由CAN總線構成的單一網絡中，理論上可以掛接無數個節點。實際應用中，節點數目受網絡硬件的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250作為CAN收發器時，同一網絡中允許掛接110個節點。CAN可提供高達1Mbit/s的數據傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。

2.2 CAN-BUS數據總線的組成與結構

CAN-BUS系統主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發器、CAN-BUS數據傳輸線和CAN-BUS終端電阻（圖2）。

3 汽車CAN總線特點

CAN總線屬于串行傳輸總線通訊網絡，由于其采用了許多新技術及獨特的設計，與一般的通訊總線相比，CAN總線的數據通訊具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其特點可以概括如下：

圖2 CAN總線的結構

（1）根據各數據更新速率、控制周期、傳輸速率不同，對各控制單元、控制器、傳感器進行網絡劃分（圖2）。高速總線的最大位速率可達中1Mbps，滿足主要電控單元或系統間大量數據信息實時交換需要，使汽車各方面性能趨于最佳狀態。中速總線面向獨立模塊間數據共享，以減少傳感器和其它電子部件。低速總線一般不單獨使用，而是和中速總線結合使用，成為CAN總線的一個節點，這樣無須在各傳感器、執行器部件間安裝CAN控制器就使得信號在CAN總線上傳輸。

（2）網絡上任一節點均可在任意時刻主動向網絡上其它節點發送信息。如節氣門位置傳感（TPS），既可以向電控燃油噴射系統（EFI）發送信息，也可以向電控自動變速箱（ECT）發送信息。故CAN為多主工作方式。

（3）CAN網絡上的節點信息分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求。CAN網絡系統中數據信息量非常大，有快速變化信號，有漸變信號。為保證總線上交通暢通，重要信息在發生總線訪問沖突時需優先發送。合理地安排數據信息總線訪問優先級顯得尤為重要。各電子控制單元正常工作所能容許的最大時間延遲是決定數據訪問總線優先級的主要因素。對轉矩、車速及發動機轉速等快速變化的信號必須進行高速運算。

4 CAN總線在轎車上的實際應用

由于CAN總線系統在我們國家發展的比較滯后,所以技術的提高很慢我們國家最具有代表性的車系就是大眾,其車載網絡系統在很多車上基本都得到了應用如:帕薩特領馭、寶來、速騰等。

5 結語

隨著電子技術和大規模集成電路的迅速發展，網絡控制芯片性能逐步提高，體積逐步減小，價格進一步降低，為汽車局域網的普及推廣創造了良好的條件。CAN總線在汽車上的廣泛應用將使汽車的動力性、操作穩定性、安全性、燃油經濟性都上升到新的高度，給汽車技術的發展注入新的活力。CAN總線是控制策略驅動的總線，主要實現對車輛本身的控制，而IDB總線則以信息交互、共享為目的。按汽車局域網發展趨勢，新型總線替代現CAN總線也是完全可能的。

[1]鄔寬明.CAN總線原理和應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

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