新能源汽車整車CAN網絡技術研究

白琳　霍強強　何孟錫

摘 要：新能源汽車CAN技術對于提高汽車整體運行性能極為重要，通過分析整車網絡拓撲機構，在設計時根據需要新能源汽車的整車網絡結構，然后需要參考分層結構，結合獨立控制器和集成控制器，對硬件層、數據層、傳輸層進行了設計。

關鍵詞：新能源汽車;CAN網絡基數;研究

1 整車CAN技術概述

CAN（Controller Area Network）控制器局域網絡。CAN網絡在早期的整車應用中以BCM（車身控制器）為控制中心，主要是車身零部件（雨刮/大燈/車窗…），智能硬件較少，所以早期的正常CAN網絡把所有其他的ECU全部放在Other ECU里邊。ECU（Electronic ControlUnit）電子控制單元，是汽車專用微機控制器，一個ECU一般負責1個或多個智能硬件設備。每條CAN總線一般都是由2根線組成的雙絞線構成，一根can_high，一根can_low，分別代表高電平和低電平，一般燃油車的CAN網絡可以分成5條CAN總線：PT CAN （PowerTrain CAN）動力總成CAN總線，PT CAN負責車輛動力，是整車CAN網絡信號優先級及信號傳輸速率最高的一條CAN總線;CH CAN （Chassis CAN） 底盤控制CAN總線，CH CAN負責汽車底盤及4個輪子的制動/穩定/轉向，由于涉及整車制動/助力轉向等，所以其網絡信號優先級也是較高的;Body CAN車身控制總線，Body CAN負責車身上的一些提高舒適性/安全性的智能硬件的管理與控制，其網絡信號優先級較低，因為以上設備都是輔助設備;Info CAN （Infomercial CAN） 娛樂系統總線，Info CAN是輔助可選設備，所以優先級也是較低的，主要負責車身上的一些提高娛樂性的智能硬件的管理與控制;DiagCAN（Diagnose CAN）診斷控制總線，電動汽車的CAN網絡模型也類似，只是其控制單元主要以VCM（Vehicle Control Module）整車控制模塊為控制中心。

2 整車總線協議的設計與實現

2.1 整車網絡拓撲結構

車輛網絡拓撲是指車輛通信網絡中設備節點相互連接的形式和方法。按照結構分類，主要包括：星形結構、總線結構、環形結構和樹形結構。星形拓撲是一種以集線器（以中心為中心，采用集中控制模式，并且多個外圍節點以放射狀方式連接到中心節點）的結構，這種結構的優點是安裝簡單、易于管理;缺點是中心節點的負載較重，可擴展性受到中心節點的限制，這將增加車輛網絡的電纜使用量，如圖所示。總線拓撲結構是該結構以總線作為公共數據通道，每個節點都連接到同一總線，這種結構的優點是安裝簡單、易于擴展，每個節點的狀態相同，總線上共享數據;缺點是由于通道共享，任何時候都只允許一個節點發送數據，并且總線上的節點數是有限的，這種結構通常用于汽車通信網絡中，尤其是在設備有限的子網中。環拓撲是其中每個節點首尾相連以形成閉合環的結構。這種結構的優點是結構簡單、易于聯網;缺點是網絡中信息的單向傳輸，節點數不宜過多，單個節點故障將使整個網絡無法正常工作。汽車通信網絡具有較高的實時性和可靠性，因此在應用于汽車時需要增加冗余通道以提高可靠性。樹形拓撲是總線拓撲和分層結構的擴展，分層結構由以分支形式的唯一“根”節點組成。優點是一個分支的故障不影響其他分支的正常運行，節點易于擴展，并且故障易于分離;缺點是整個網絡的正常運行取決于根節點，如果根節點發生故障，整個網絡將無法正常工作。

2.2 CAN分層結構設計

根據參考模型，信息交換模型分為兩層。從該層到該層是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。Can控制器主要實現物理層和數據鏈路層的協議。物理層完成串行通信的位編碼，位時間和同步，并以差分電平的方式實現位數據的傳輸。數據鏈路層實現邏輯鏈路控制子層（完成消息的接收過濾，通知接收者過載通知，重新發送仲裁和發送失敗消息;實現媒體訪問控制子層（完成封裝，接收和發送數據的反匯編和錯誤檢測）控制器中未集成上位通信協議，根據項目的實際需要，傳輸層和應用層協議為參考協議，由軟件編譯實現。

2.3 CAN通信硬件電路

通信硬件結構的原理是實現通信。在硬件方面，需要控制器、收發器、傳輸介質和終端電阻。硬件結構的原理如圖1所示。收發器安裝在控制器與傳輸介質之間，該收發器將來自控制器的數據轉換為電信號并將其傳輸到傳輸介質，同時在接收器上接收信號。傳輸介質并將其轉發給控制器。

2.4 數據鏈路層

接口驅動器結構獨立的控制器與微處理器通信采用接口。微處理器的內部集成接口可以通過使用接口驅動程序來實現對微處理器的控制，然后使用驅動程序來實現控制器的初始化、數據接收、數據發送和錯誤處理。內部集成控制器可以直接控制微控制器。驅動程序可以實現控制器的初始化、數據接收、數據發送和錯誤處理。為了提高代碼的可移植性，控制器的驅動程序被硬件層驅動程序封裝，數據鏈路層使用該驅動程序來實現硬件和軟件之間的隔離。

2.5 傳輸層

傳輸層的功能是在應用程序層和數據鏈路層之間傳輸消息時實現消息的封裝和分解。層之間的消息傳輸過程可以描述為：在接收部分，數據由控制器通過硬件層處理后發送到數據鏈路層;在消息部分，數據由應用層通過傳輸層處理，然后發送到數據鏈路層，接收和發送的過程：在周期性服務功能部分，服務功能從數據鏈路中提取接收到的數據層，然后在傳輸層進行數據處理后，將其發送到應用程序層以分析數據;數據從數據鏈路層提取出來，并在經過硬件層處理后發送到控制器到總線。

3 結束語

新能源汽車CAN技術對于提高汽車整體運行性能極為重要，通過分析整車網絡拓撲機構，在設計時根據需要新能源汽車的整車網絡結構，然后需要參考分層結構，結合獨立控制器和集成控制器，對硬件層、數據層、傳輸層進行了設計。

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