電動汽車CAN總線技術分析

張永新

摘? 要：隨著現代汽車技術的不斷發展，CAN總線逐漸成為現代汽車中不可缺少的技術，并大大推動了汽車技術的高速發展。近些年，隨著電動汽車行業的迅猛發展，車載CAN總線在電動汽車上的應用也越來越普及，它在自身逐步完善的同時又加快推動了電動汽車行業的變革。該文介紹了電動汽車車載CAN系統總線存在的意義及其定義、組成、特征，并對CAN總線技術的要點及其發展前景進行分析。

關鍵詞：CAN總線;車載網絡;網絡拓撲

中圖分類號：U46? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 電動汽車車載CAN總線

隨著現代電動汽車電子系統的不斷增加，它的直接后果是導致車上的電路布線越來越復雜，從而使系統運行的可靠性大大降低，維修故障的難度不斷提升，并且隨著車載電控ECU的大量使用，為了能夠實現更理想的控制品質，必須有大量數據信息在不同的電控系統ECU單元間實現實時共享與交換，這就導致傳統通信方式遠遠不能滿足現代化需求。所以，我們選擇了車載CAN網絡技術來解決這些問題，隨著車載CAN網絡技術在電動汽車領域的不斷普及，電動汽車的動力性、安全性能、操縱穩定性、續航里程都會得到大幅提升。

由于現代汽車的技術水平大幅提高，要求能對更多的汽車運行參數進行控制，因此汽車控制器的數量也在不斷地上升，從開始的幾個發展到幾十個甚至于上百個控制單元。控制單元數量的增加，使它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此德國BOSCH 公司（和Intel公司共同）開發了CAN 數據總線，提供一種特殊的局域網為汽車的控制器之間進行數據交換提供平臺。

2 車載CAN網絡的特征

由于電動汽車對使用環境和使用要求非?？量?，在行駛時可能遇到破爛路面、電磁干擾大及氣候環境惡劣的情況。所以車輛的車載CAN網絡系統在設計時就應該充分考慮到振動的影響、溫度的劇烈變化、系統可靠性、化學腐蝕、電磁兼容性、制造成本等諸多方面因素，同時車輛及其零部件必須具有操作不能太復雜、使用方便安全、性能可靠穩定的特點，同時它們還會要求價格盡量低。除此之外，車載CAN網絡系統還應當考慮下列要求：

（1）總線與節點連接接頭的數量。

（2）網絡CAN系統性能檢測方法。

（3）維護和安裝中的布線。

（4）故障恢復和容錯的問題。

（5）CAN節點的軟硬件更新。

3 車載CAN網絡的組成

車載網絡CAN的組成常常使用很多不同速率的總線分別連接不同類型的節點，它們之間采用網關服務器以實現整車的網絡管理與信息共享。這其中網關就成為車輛內部實現通信的中心，通過它就可以實現車輛內部的網絡管理和故障診斷功能。

純電動汽車最主要的控制系統核心部件是整車電腦VCU，其他還包括動力電機控制電腦MCU、動力電池管理系統BMS、制動和轉向控制電腦ECU、快充和慢充控制電腦ECU、故障診斷電腦ECU、行車記錄電腦ECU以及其他控制電腦ECU系統。各個ECU之間是通過CAN總線進行數據交換及控制的。

純電動汽車的能量來源和傳統汽油車有很大區別，純電動汽車的能量來源主要是動力電池，而動力電池電量下降后就需要對它進行充電，以補充電量，所以對純電動汽車充電系統的控制就顯得尤為重要?？斐浠蚵湎到y通過CAN總線把電壓、電流、頻率、充電時長、電量等參數傳輸到電池管理系統BMS和整車控制器VCU中。動力電池管理系統BMS作用：它不僅要保證動力電池能夠安全可靠地使用，而且要充分發揮動力電池的能力并延長其使用壽命，作為動力電池、整車控制器以及駕駛者溝通的橋梁，通過控制接觸器控制動力電池組的充放電，并向VCU上報動力電池系統的基本參數及故障信息。其中BMS是數據分析中心，數據采集單元通過CAN總線將采集到的電池數據傳遞給VCU，VCU利用CAN總線對充放電系統和均衡器進行控制，最后監視器通過CAN總線獲取要顯示的數據和信息。

動力電機驅動控制電腦MCU通過CAN總線與整車控制電腦VCU進行數據交換，一方面整車控制電腦VCU通過CAN總線接受動力電機的轉矩、轉速、功率、電壓值、電流值、工作模式和水溫信號等參數，另一方面整車控制電腦通過CAN總線向動力電機控制電腦MCU發出各種控制指令，從而實現對其的精準控制。

純電動汽車當司機師傅松開油門踏板或踩下制動踏板時，純電動汽車的驅動電機會從電動運行狀態變為發電運行狀態，將純電動車的行車動能轉變成電能給動力電池充電，這就叫“能量回饋”，正因為具有了“能量回饋”功能，純電動汽車不僅提高了續航里程，而且還符合綠色環保的要求。

電動汽車的故障診斷系統是負責檢測電動汽車整車的各類故障，通過CAN 總線將動力電機損壞、絕緣破壞、充電故障等信息傳送給整車控制器VCU，然后整車控制器VCU根據收到的數據信息發出控制指令，從而保證電動汽車的動力性、安全性和舒適性。在一整套控制系統中不僅有CAN總線，還配有LIN總線。LIN總線主要特征是一個主節點，多個從節點，基于應用交互信號。對實時性與同步性要求稍低的控制單元采用LIN總線性價比高。因此通過LIN協議實現對車燈光系統、電動車窗、舒適系統、組合儀表等控制，再通過網關轉換與CAN總線進行信號傳輸。

4 車載CAN系統實例分析

CAN通信速率最高傳輸速率為1 Mbit/s，高速CAN：大于125 Kbit/s，低速CAN：小于或等于125 Kbit/s，奇瑞車CAN通信速率：500 Kbit/s，位時間：一個位傳輸時占用的時間2 μs。

下面以艾瑞澤5EV CAN網絡故障排查為例，對各種CAN系統可能發生的故障類型及其檢測排除方法，當發生CAN網絡終端電阻異常，我們可以先切斷12 V蓄電池電源，然后使用萬用表在OBD接口上讀取CAN總線終端電阻值，正常電阻值約為60 Ω左右，如果電阻出現大范圍異常，則需進一步排查導致電阻值異常的原因。

當發生控制器KL15電源異常，我們先將點火鑰匙打在ON檔，確認電器盒內ON檔繼電器是否工作，再確認電器盒內相關ON檔保險絲是否通電或熔斷，如果確認KL15電源異常，則需進一步排查KL15電源異常原因。

當發生CAN_H或CAN_L斷路故障，我們先切斷12V蓄電池電源，再根據線束走向，分別在各個CAN線束接口處使用萬用表量導通，如果確認某段線束CAN線不導通，則進行進一步排查斷路故障點。

當發生CAN_H或CAN_L短路故障，我們先將點火鑰匙打在ON檔，再使用萬用表在OBD接口量CAN線電壓，如果電壓值為2 V～3 V，則CAN線無短路故障，如果電壓值為其他值，則判斷CAN線出現短路故障，進一步排查短路故障點，以確認為線束短路還是控制器內部短路。

當發生CAN_H對CAN_L短路故障，我們先要切斷12V蓄電池電源，使用萬用表在OBD接口測量2根CAN線是否導通，如果確認CAN線相互短路，則進一步排查短路故障點，以確認為線束短路或控制器內部短路。

綜上所述，CAN總線技術是一種新興的現代通信技術，它具有可靠性高、實時性好、性能價格比高等突出優勢，特別適用于電動汽車車載控制系統。所以說以后的電動汽車會更好地利用這一特點來實現電動汽車行業的又一次質的飛躍，電動汽車CAN總線技術的發展前景一片光明。

參考文獻

[1]羅峰.汽車CAN總線系統原理、設計與應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

[2]朱建風，李國忠.常見車系CAN-BUS原理與檢修[M].北京：機械工業出版社，2006.