基于CAN總線技術的智能汽車系統的設計

崔巍

（佛山職業技術學院，廣東 佛山 528000）

隨著汽車功能的增加與電子控制技術的普遍應用，汽車電氣件越來越多，電線也會越來越多，汽車上的電路數量與用電量顯著增加，線束也就變得越粗越重。

如何使大量線束在有限的汽車空間中，更有效合理地布置，使汽車線束發揮更大的功能，已成為汽車制造業面臨的問題。CAN總線技術的開發，對于汽車電子控制系統的應用無疑是一個突破，并將得到更大的發展。

1 CAN總線概述

CAN（Controller Area Network的縮寫），即控制器局域網絡。CAN總線是由德國BOSCH公司于1986年進行開發，并隨后通過國標ISO11898及ISO11519，如今已經成為國際上被最為廣泛應用的工業現場總線之一。尤其在歐洲和北美地區，CAN協議已經是汽車網絡的標準協議，成為汽車計算機控制系統和控制局域網的標準總線。

在目前的汽車產業中，為了滿足對于汽車安全性、便捷性、舒適度、低成本等多種要求，各種不同的電子控制系統不斷被開發，并應用于汽車產業中。但是由于這些電子系統之間通信時所需要的數據類型及要求有不同之處，所以，就要由很多條總線構成，并且不同的地方越多，電氣件也越多，電線也就越多，線束也就變得越粗越重。

而與一般的總線相較，CAN總線在數據通信的應用中，擁有十分突出的實時性、可靠性和靈活性等優勢，其性能良好、設計獨特，與傳統線束比較，多路傳輸裝置大大減少了導線及聯插件數目，使布線更為簡易，因此，越來越受到人們的重視和青睞，并且被廣泛應用在汽車領域。

因此，為了適應“減少線束的數量”等要求，先進的汽車就引入了CAN總線配置，采用多路傳輸系統。如世界上著名的汽車制造商BMW（寶馬）、BENZ（奔馳）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯）等等都采用了CAN總線，作為控制總線，用來實現汽車內部的系統控制和檢測執行機構之間的數據通信。

2 智能汽車和智能汽車系統

智能汽車具有自動駕駛的功能，并且集計算機、信息處理和控制、通訊和傳感器等多種高端技術于一身。而智能汽車的主要用途，是體現在野外環境中的，其能夠依照事先設定的指令，并根據地圖信息進行全局路徑的規劃，還能在行進過程中對周圍的環境信息有著極為敏感和及時的感知能力，從而自行做出相應的決策，來引導其自身安全地進行行駛，并完成先前制定的規劃和任務。

智能汽車除了擁有普通汽車具備的各種功能外，還增加了多種特有的功能。例如，其可以測算車身的位置，能夠精準測出車頭方向，還能控制汽車自帶有向天線方向使其與基地之間進行無線通信等功能。

如此眾多的信息，如果采用一般的總線進行內部的數據交換，是比較困難的，但是使用CAN總線技術，可以保證系統內數據交換過程中的高速率和安全可靠的性能，因而采用CAN總線，作為智能汽車的內部數據傳輸技術是必然的。

3 CAN總線技術在智能汽車中應用的優勢

CAN總線技術在智能汽車中的應用，具有以下優勢：

（1）實現信息的共享。采用CAN總線技術，可以實現各個ECU（Electronic ControlUnit的縮寫，即電子控制單元，又稱“行車電腦”。“車載電腦”等，從用途上講是汽車專用微機控制器，也叫汽車專用單片機）之間的信息共享，從而避免增加很多不必要的線束，操作起來更為簡易。

假設某輛汽車的電噴發動機使用的是CAN總線技術，那么發動機提供的轉速、水溫、機油壓力等等，也可以被其他電器共享。這樣，一方面可以不用再額外設置水溫、機油壓力等；另一方面可以將這些數據全部顯示在儀表盤上，便于司機及時能夠查看發動機運行狀況，也利于發動機的及時保養維護。

（2）大量減少線束。汽車線束作為汽車內部電路的網絡主體結構，用于連接汽車的電氣部件并使之發揮功能，可以說沒有線束，就不存在汽車電路。

在現代汽車上，汽車線束特別多，電子控制系統與線束有著密切關系。隨著各種新型電子通訊產品的出現，對于汽車布線的問題上，也有了越來越高的要求。而傳統的電子系統的通信方式，大多是點對點的單一形式，相互間的共享難以達到。隨著電氣件越來越多，電線也會越來越多，汽車上的電路數量與用電量隨之顯著增加，線束也就變得越粗越重，這樣形成的龐大的布線系統，已經不能順應時代的要求。

據有關數據統計，如果一輛高檔汽車采用傳統布線方法，其導線的總長度可以達到2 000m，電氣節點約有1 500個，并且大約每10年就會增長1倍。

而CAN總線技術的采用，則可以實現有效合理的布置線束，節省空間。假如某汽車的門鎖控制、搖窗機等需要的傳統布線需要20到30根左右，但CAN總線卻只需要2根，這之間的差距可想而知。

（3）進行關聯控制。在出現某些事故的時候，會需要對各個ECU進行關聯控制，但是這種要求，傳統控制方法是難以達到的，可CAN總線卻可以加以實現。

假如發生了碰撞事故，汽車上的多個氣囊會打開，并通過CAN總線進行協調工作，可以通過傳感器感受到碰撞信號，并通過CAN總線系統將傳感器信號傳輸到一個中央處理器內，以控制各安全氣囊的啟動彈出動作。

（4）實現突出的可靠性能。如果汽車在使用中，出現交換錯誤的現象，汽車的安全就會出現問題，會大大提高對司機形成危險的概率。因此，汽車的安全系統必須要求有較高安全性的數據傳輸技術。換而言之，如果數據傳輸具有足夠高的可靠性，或者殘留下來的數據錯誤非常低的話，實現高度安全這一目標將不再是難事。

4 CAN總線技術應用舉例

世界上很多著名的汽車制造商，都已經開始采用CAN總線技術，進一步實現監測和執行之間的數據通信功能。如我們熟知的BMW（寶馬）、BENZ（奔馳）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯），還有很多國產的汽車上，也開始引入CAN總線技術，例如帕薩特、大眾途觀等。

CAN總線一般分為低速和高速。低速的總線速度，為10～125 kbps，主要應用在車身控制模塊領域；高速為250 kbps～1Mbps，主要應用在發動機、變速箱、ABS等對于實時性要求比較高的控制模塊。

當然，根據車型的不同，會根據具體情況選擇適用于自身的總線結構。例如，通過下位機傳送給上位機的數據包括：汽車車頭當前的方向、GPS坐標以及有向天線相對車頭的角度方向；而上位機傳送給下位機的數據包括：電極旋轉的方向角度以及基地的GPS坐標。那么，這些需要上位機和下位機相互傳送的數據通信，就能都由CAN模塊和CAN總線技術來完成。

按照汽車的檔次來設計，基本上可以歸納為兩個方案：

（1）作為一個完整的汽車電子系統，采用的是多CAN子網結構，采用CAN總線技術將信息交換較為密切的系統，放在一個子網當中，從而使得整個系統具有極高的實時性，不同的子網之間，采用不同的接口和通信速率，從而優化了系統結構。這樣一來，簡化了各個CAN子網的設計難度，但是硬件上對于網絡的要求比較高，系統成本就偏高，因此適合于中高檔汽車使用。

（2）第二種方案的系統，具有極高的性價比，將車身控制模塊在區分高速和低速總線的接觸上加以簡化，保留中央控制模塊和4個門模塊作為車身控制總線的方案，由于成本較低，主要適用于希望采用CAN總線的中低檔轎車。

5 應用的注意事項

CAN總線技術應用在汽車中的實質，其實就是在汽車中搭建一個車內網絡，有若干需要注意的技術問題：

（1）在高電磁環境下被干擾的數據傳輸的可靠性；

（2）CAN總線傳輸信息時的容量、速率、節點容量等技術；

（3）CAN總線控制網絡的時間特性；

（4）容錯技術功能；

（5）CAN總線網絡的監控功能；

（6）CAN總線網絡對于故障的診斷功能。

6 結束語

智能汽車系統，是在普通汽車系統的基礎上，進行了功能的擴展，加入了人工智能領域中的一些技術。傳統布線過于厚重和繁瑣，在數據傳輸過程中容易出現錯誤。而CAN總線技術可靠性強、擴展性強，還具有靈敏的自我診斷和監控功能，不僅提高了通信的品質，還方便了系統的軟硬件設計。

因此，CAN總線作為一種可靠的計算機網絡總線，已經開始在先進的汽車上得到使用，達到了簡化汽車布線、有效降低成本和協調各個控制系統等一系列的效果。隨著汽車電子技術的發展，這種具有實時性、可靠性、擴展性的CAN總線通信技術，必將在汽車電子控制系統中，得到更為廣泛的應用。

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