CAN網絡在汽車上的應用分析

易坤仁

【摘 要】隨著現代汽車的不斷發展，汽車電子設備不斷增加，汽車綜合性控制系統控制信號需實時交換。CAN是控制器局域網，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性，靈活性特點，由于其良好的性能，汽車領域廣泛的應用CAN總線實現汽車內部控制系統的數據通信，本文重點詳細介紹CAN總線在汽車上的應用。介紹了車身控制系統結構，可作為我國汽車企業自主開發CAN總線控制系統有益探索。

【關鍵詞】CAN;汽車制造

中圖分類號： U463.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.018

自80年代后，汽車領域飛速發展，單片機廣泛應用于汽車上，ABS裝置，主動懸架等電子控制單元在汽車上的應用日益廣泛。原始的布線方式連接歐諾供電設備與開關，大大增加了電線的數量，電控系統復雜的線路提高維修的難度，迫切需要運用CAN解決此問題。汽車電控技術的廣泛應用對車內部通信網絡提出了更高的要求，基于CAN總線的通信網絡具有速度高級通用性好等優點，CAN接口的軟硬件設計能滿足汽車應用的需要。控制器局域網是德國Bosch公司為解決現代企業眾多控制儀器之間數據交換開發的通信協議，CAN在歐洲被廣泛應用于汽車生產中。

1 CAN總線概念

控制器局域網絡在汽車產業中得到廣泛應用，出于對安全性，低成本的要求，各種電子控制系統被開發出來，由于系統之間的通信由多條總線構成的情況很多，為適應減少線束數量的需求，1986年德國電器商博世公司開發面向汽車的CAN通信協議，現在在歐洲已成為汽車網絡的標準協議，目前全世界有110多種CAN總線控制器芯片[1]。

總線開放時，具有最高優先權的報文單元贏得總線的訪問權，可用液晶顯示器作為多主機的公用監視器，節約系統成本。網絡上的每個主機可同時發送。收到報文的標識符與本機的接收碼寄存器比較，網絡上的每個節點可發送遠程幀，與對應的遠程幀以相同的標識符ID命名。

數據共享減少了數據的重復處理，如對電噴發動機，其他電器可共享提供的轉速等。可省去額外的水穩，可將數據顯示在儀表上，便于發動機保養維護。應用CAN總線可減少車身布線，采用總線技術，模塊間的信號傳遞僅需兩條信號線，其他橫貫車身的線不需要布線。數據共享節省了線路，車速信號要接到電流緩速器，悶控制及電噴發動機。

2 CAN技術的研究

SAE車輛網絡委員會將汽車數據網劃分為A、B、C三類，最近幾年許多新的車用通信協議推出，考慮功能分布于位傳輸速率等因素，現有汽車通信網絡大致分為車輛控制網絡，排放控制網絡，安全系統網絡。網絡使用不同的總線結構，目前世界各大汽車公司車身網絡控制技術平臺基本建立，全面采用網絡控制技術成為可能。

CAN總線技術在汽車領域占有了一定的市場地位，CAN總線技術最早為德國Bosch公司研制，在北歐國家早期CAN總線技術非常流行。由于CAN總線技術自身的高可靠性，其應用日益受到人們的重視。其應用范圍向過程工業，樓宇自動化，農業機械，數控機床等領域發展。

我國在CAN總線研究應用方面起步較晚，在汽車上的應用自2002年后，在幾大汽車研究單位啟動。目前處于研究初級階段，重點集中于動力系統的CAN通訊，未對汽車車身電控部件進行CAN總線應用的研究[2]。

3 CAN總線硬件電路設計

3.1 CAN管理結構

發動機，安全氣囊等都是現代汽車動作的核心部件，設計采用傳輸速率為1000kbps的高速CAN通信網絡，儀表管理控制等對實時性要求較低。采用傳輸速率小于125kbps的CAN通信網絡，總線與各節點進行數據交換，實現網絡互連。

采用CAN總線技術可實現ECU之間的信息共享，如具有CAN總線接口的電噴發動機，其他電器可共享其提供的水穩，機油溫度等。可省去額外的傳感器，將數據顯示在儀表上，便于發動機的維護保養。

新型電子通訊產品對汽車的綜合布線提出了更高的要求，傳統電氣系統布線系統龐大。一輛采用傳統布線方法的高檔汽車導線長度達2000m，CAN總線可有效減少線束長度，如某車針對后門，搖窗機等功能的傳統布線需20-30根，用總線CAN僅需2根，傳統布線方法不能適應汽車的發展。

CAN總線技術可實現多ECU的實時關聯控制，汽車上的多個氣囊通過CAN總線將傳感器信號傳送到中央處理器中。電控噴油系統，防抱死控制系統，廢氣再循環控制系統，為滿足子系統的實時性要求，需實時共享汽車數據。控制單元對實時性的要求因數據更新速率不同，要求數據交換網具有較高的通信率，CAN總線能夠滿足這些要求。

3.2 CAN硬件構架

CAN采用PHILIPS公司高性能8位處理器P89C668，自帶串行接口序列，80C51中央處理單元，12個時鐘周期下速度高達330MHz，P89C668是出色的微處理器，8K字節RAM內存是許多高速存儲應用場合首選。

PHILIPS提供編程軟件由串行口通信即可實現程序線升級。復位電路采用X25045芯片進行智能控制，汽車節點開關器件復雜繁多，水溫油位傳感器信號是非線性模擬信號，可靠實時對開關量進行檢測成為汽車電子硬件必須解決的問題。

4 CAN總線在國內汽車產品上的應用

4.1 CAN在小轎車上的應用

一般小轎車CAN總線的應用最為廣泛，CAN總線拓撲結構主要有線型，環形網絡與星型網絡拓撲結構。線式拓撲結構采用單線作為傳輸介質，站點通過相應硬件接口連接到傳輸介質，網絡中氣他站點可同時收到。所有的節點在同一線路進行通信，總線式網絡結構簡單，造價低廉，站點接入靈活。

環型網絡中的信息為單方向，信息在網絡中環游一圈后由發動節點收回。環型網絡的任一節點包括環中線路損壞都會使網絡通信故障，環型拓撲結構的優點是傳送速度快[3]。

星型網絡每個站點通過單獨的通信線路連接到中央節點。星型拓撲網絡結構安裝較總線式容易，價格便宜。移動某一節點簡單，單個連接點的故障只影響相應站點的工作。每個站點直接與中央節點連接，如中央節點發生故障導致網絡癱瘓。

大眾汽車的CAN總線系統分為5個不同的總線區域，其動力CAN數據總監經短時無載運行后切除，舒適CAN數據總線在一條數據線短路時，可用另一條繼續工作。動力CAN總線數據與信息CAN數據信號不同。確保車輛更好的實現CAN總線控制功能，避免突發情況造成操作失靈。

動力系統主要包括發動機控制單元，組合儀表控制單元等，市場基本被外資企業壟斷，信息系統主要包含自動空調控制單元，舒適控制單元等，國內企業由于資金不足等原因，發展速度較慢。

4.2 CAN在大中型客車中的應用

隨著城市生活水平的提高，客車廠家為滿足客戶日益增加的需求，加裝電子器件使客車電氣系統愈加復雜，電纜總長不斷延伸，客車電氣系統安全性能呈現下降趨勢。高危安全事故時有發生。國內主流的客車企業，如鄭州宇通，蘇州金龍，中通客車等都在加大CAN技術的應用力度，致力于不斷提高客車電控系統技術水平，確保客車安全性水平的提升。

大中型客車CAN總線應用在動力傳動系統方面，CAN總線技術在變速箱TCU等關鍵零部件方面全部應用，部分廠商未使用CAN總線接口。

由于客戶要求分散，依靠CAN總線智能的配置功能，實現系統的靈活配置成為趨勢。客車CAN總線系統研發進入壁壘較低，國內主要研發CAN總線產品的企業集中于大中型客車市場。

總線智能化診斷成為電氣化發展的主流。目前國內企業主要的競爭點在于與外資產品的價格上，國內企業與外資企業在用戶體驗上的競爭稍有遜色。

客車車身控制要形成獨立的解決方案，國內推出車身CAN總線控控制系統，通過BCM模塊架構全車網絡平臺，優化控制邏輯等形成車身智能控制。國外企業電子企業與國內企業時間介入差距不大，目前市場國內擁有自主產權知識的企業占主導地位。

4.3 CAN在重型貨車中的應用

CAN總線技術在全世界范圍應用不斷擴大，SAE 1939由SAE制定，適用卡車及客車產品，已基本被許多國家接受采用。定義網絡層與應用層，提出電子系統間的開放互聯系統，使電控單元之間可實現相互通信，電控單元可通過網絡連接彼此通信不需額外的功能接口。

SAE1939-11中描述的物理層可作為主網，橋接器用來連接子網，可行的放置方式是在需要提供地址分配進行電氣分離的每個掛車放置橋接器。臺車使用與掛車使用的橋接器是可行的。

載貨車企業針對不同產品對CAN車身控制系統功能要求不同，需針對不同功能對協議中的冗余部分進行剪裁，改造空間較大。尚未形成統一的模式，對系統供應商的科研能力提出較高的要求，目前國內CAN總線系統供貨商多為原西門子VDO。

5 結語

技術的先進性是汽車應用的最大動力，CAN已成為現代轎車設計中必須采用的裝置，大眾等汽車都采用了CAN作為控制器聯網的手段，奇瑞公司已裝配成功國內首輛CAN網絡系統混合動力轎車，POLO汽車等開始引進此技術，CAN總線技術將成為汽車領域發展的新方向。

【參考文獻】

[1]李添瑜.汽車電子簡介及網絡在汽車上的應用[J].山西電子技術，2019（01）：6-7+37.

[2]周定華，付貝貝.電動/混合動力汽車的CAN網絡系統[J].電子技術與軟件工程，2018（22）：23-25.

[3]賈愛芹，閆志國.CAN總線在汽車上的應用探討[J].南方農機，2018，49（13）：194+199.