汽車電子中CAN總線應用分析

李佳良

【摘 ?要】隨著汽車總線技術的不斷發(fā)展和信息化水平的不斷提升，傳統(tǒng)的點對點通信模式已經不能滿足當前汽車電器設備的通信需求，為了進一步降低整車布線難度，提高布線效率，宜采用CAN總線技術作為汽車電子控制系統(tǒng)信息傳輸方式。

【關鍵詞】CAN總線;汽車;檢測;維修

隨著電子技術的不斷發(fā)展，電子控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)在汽車制造中的應用也越來越廣泛，如ABS防抱死系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、汽車底盤電控系統(tǒng)等等，另外，隨著ITS技術的發(fā)展，對汽車的布線工作和信息共享提出了更高要求，增加了布線難度。CAN總線技術的運用，提高了汽車各單元的可靠性，降低了整車布線的成本，實現了電子裝備間的資源共享，使各個單元之間的控制更加方便、協(xié)調。

1CAN總線的產生及其特點

隨著汽車動力、控制、排放、節(jié)能、安全和舒適性等使用性能和要求的不斷提高，對于汽車電子控制程度的要求也越來越高。汽車電子控制裝置的增多，使得連接汽車電子控制裝置之間導線也變得更為復雜。如果采用傳統(tǒng)的點到點的布線方法，勢必導致車身布線越來越長，越來越復雜，運行可靠性低、故障維修難度大。因此，為解決現代汽車中眾多控制裝置和電子儀表間數據交換問題，車載電子裝置問的數據通信變得越來越重要，于是電子控制系統(tǒng)在車身上的大量應用和通訊的要求，產生了車載網絡。CAN總線是一種現場總線，通訊線可以是一根雙絞線或是同軸電纜或光導纖維，將各種汽車電子裝置連接成為一個網絡。它可以有效地支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，在這個系統(tǒng)中，各控制裝置獨立運行，控制和改善汽車某一方面的性能，同時可為其它控制裝置提供數據服務。由于CAN總線具有通信速率高、可靠性好、連接方便、多主站點、通訊協(xié)議簡單和性能價格比高等突出的優(yōu)點，適用于汽車環(huán)境的汽車局域網，如今CAN總線在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。

2汽車CAN總線控制結構

CAN的全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網，它是將汽車上各個控制單元通過中央控制器進行連接，形成汽車電子控制網絡結構，這樣就可以加強對各個控制單元的管理，使各個單元之間的工作更加協(xié)調。不管整車有多少個電控單元，只需要用兩根導線將其于總控進行連接。CAN總線上的每個節(jié)點都有固定的地址，數據由控制單元發(fā)出，經總線傳輸至CAN控制器上，控制器將數據轉化為電信號，再將電信號傳輸至控制單元，控制單元對接收到的信號進行檢測，看是否符合該單元需要，如果需要就將其接收，如果不需要就將其忽略。

網關與各節(jié)點之間的通信主要由以下幾點內容：（一）車輛啟動時的自檢。當車輛啟動時，網管負責向各個電控單元發(fā)送自檢信號，并將電控單元返回的數據進行收集進行分析處理，及時發(fā)現電控單元是否存在問題，為更順利解決汽車故障提供基本信息。（二）車輛運行過程中監(jiān)控。在車輛行駛過程中，監(jiān)控單元負責檢測各條線路上數據的收發(fā)情況，觀察數據傳輸是否出現異常，當出現異常時要啟動緊急處理程序并向駕駛員報警，確保行車過程中車輛和人身安全。同時CAN控制系統(tǒng)還可以對駕駛員的一系列操作動作進行檢測，根據駕駛員駕駛動作的變換在不同控制系統(tǒng)之間進行相應的切換，同時對車輛的各項參數進行監(jiān)測，確保車輛始終在正常狀態(tài)下行駛。（三）周期性數據刷新通信。發(fā)動機轉速、車速、變速箱數據等電控單元的信息要定時傳輸至控制單元，控制單元對這些數據進行對比分析，判斷其是否處于正常的工作狀態(tài)。

3CAN總線硬件系統(tǒng)組成和傳輸原理

3.1車載CAN總線系統(tǒng)的基本組成

CAN總線傳輸系統(tǒng)中主要由CAN控制器、CAN收發(fā)器、傳輸介質、數據傳遞終端電阻等組成。SJA1000和 PCA2C250組成的CAN控制器和CAN收發(fā)器是CAN總線中的典型組合通訊模塊。

3.1.1CAN控制器。

CAN控制器時一塊可編程芯片上通過邏輯電路的組合實現這些功能的組合實現這些功能的，對外提供了與微處理器物理連接的線路接口。通過對它的編程，CPU可以設置它的工作方式，控制它的工作狀態(tài)，進行數據的發(fā)送和接收。CAN控制器可以是獨立的芯片，也可以是和微處理器封裝在一起的。它的作用是接收電控單元中微處理器發(fā)出的數據，對這些數據進行處理，并傳送給CAN收發(fā)器。CAN控制器也接收CAN收發(fā)器的數據，在處理后傳給微處理器。

3.1.2CAN收發(fā)器

它是一個發(fā)送器和接收器的組合，將CAN控制器提供的數據轉化成電信號并通過數據總線發(fā)送出去，同時，它也接收從總線來的數據，并傳送到CAN控制器。

3.1.3終端電阻

在CAN總線的兩端連接有兩個終端電阻，用來防止數據在終端被反射并以回聲的形式返回，數據在終端的反射會影響數據的傳輸。

3.2車載CAN總線傳輸原理

3.2.1CAN總線參考型介紹

CAN網絡結構主要包括兩大部分：一是通信部分，二是網絡管理部分。通信部分相當于OSI模型的物理層、數據鏈路層、傳輸層和應用層。網絡管理部分的功能是為獲得操作的安全性和可靠性，它是各種功能和實體的合集，能對網絡配置進行檢測，對實效進行校正，并支持網絡診斷功能等。CAN數據鏈路層包括邏輯鏈路控制子層和媒體訪問控制子層。CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的電路實現。ECU總線將受限于總線上的電器負載。

3.2.2CAN總線的傳輸過程

CAN總線所傳輸的信息幀有數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀四種類型。

每條數據的傳遞包括五個過程：提供數據、發(fā)送數據、接收數據、檢查數據、接收數據。

汽車發(fā)動機電控單元ECU向ECU的CAN收發(fā)器發(fā)送數據，該CAN收發(fā)器接收到數據后，轉換信號并發(fā)給本ECU的控制器。CAN數據傳輸系統(tǒng)的其他ECU收發(fā)器均接收到此數據，檢驗判斷是否需要接收的數據，是的話接收，不是的話忽略。

4CAN總線在汽車控制系統(tǒng)中的具體應用

車載局域網在汽車上的應用非常的廣泛，按照應用功能來劃分的話分為車身系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、和信息系統(tǒng)4個部分。按車身上通訊速度來分的話，分為高速CAN總線和低速CAN總線兩部分。高速CAN總線部分連接著動力系統(tǒng)，安全系統(tǒng);低速CAN總線連接著車燈開關、車門控制、座位調節(jié)等簡單事件對信息傳輸延遲的要求不高的功能簡單的控制和調節(jié)器件。

動力傳動系統(tǒng)內利用網絡將發(fā)動機艙內的電控單元連接起來，這些電控單元分別是發(fā)動機電控單元、防抱死剎車系統(tǒng)電控單元和自動變速器電控單元。在這個系統(tǒng)中，數據傳遞要求快速、高效，通信實時性高。

車身系統(tǒng)內模塊、節(jié)點數量多，連接線索較長，為了防止電磁干擾，降低通信速度，采用直接總線和輔助總線。車身系統(tǒng)的數據總線也稱舒適CAN總線，連接5塊電控單元，中央電控單元和4個車門的電控單元。

安全系統(tǒng)是根據多個傳感器的信息使安全氣囊啟動的系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中連接著加速度計、安全傳感器等裝置[3]，因此對這個系統(tǒng)總線的要求是：成本低、速度快、通信可靠性高。

信息系統(tǒng)的通信總線的要求是：容量大、通信速度高，保證帶寬。

5CAN總線發(fā)展趨勢

從1986年Robert Bosch在美國汽車工程師協(xié)會SAE的大會上介紹CAN，到SAE通過了CAN標準，轉向CAN協(xié)議后，CAN總線目前是汽車工業(yè)上應用最廣泛和普遍的總線，其技術規(guī)范已經從CAN1.2發(fā)展到了CAN2.0A和CAN2.0B。目前我國的國產轎車和合資轎車大都采用CAN總線作為汽車控制系統(tǒng)的通信網絡總線。雖然在目前情況下，CAN在汽車控制上的應用與其他技術標準的網絡應用還會共存很長的時間，但早期的一些不符合汽車網絡控制與通訊的標準和協(xié)議正在退出汽車控制的歷史舞臺，而CAN總線依然是目前不可替代的汽車網絡解決方案。目前的汽車廠商正在擴展CAN網與無線通訊的連接，比如藍牙技術等，這將為未來的汽車控制和通訊創(chuàng)建一個更加便捷的渠道。

6結語

隨著信息技術的發(fā)展，汽車CAN總線技術還會越來越多地應用在汽車控制系統(tǒng)上，降低汽車布線難度，實現信息資源共享，提升汽車行駛安全性和操作穩(wěn)定性。技術人員必須不斷提升自身的技術水平，熟練操作CAN系統(tǒng)，為汽車故障的排除和汽車生產做出貢獻。

參考文獻：

[1]譚本忠.汽車車載網絡維修教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008，2（1）.

[2]饒運濤.現場總線C AN原理與應用設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[3]于萬海.車載網絡系統(tǒng)原理與檢修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008，7（1）.

（作者單位：吉利汽車研究院（寧波）有限公司）