基于CAN總線的汽車電氣系統的設計研究

桂知進

摘要：CAN總線技術就是為了能夠讓人類的出行更加安全且方便的技術，這一項技術當前廣泛應用在各個領域，汽車領域對其的應用水平也非常的深入，由于其具有提升汽車工作效率，并且有效減少成本的特點，因此當前被汽車制造企業所喜愛。在汽車的電氣系統中使用CAN總線，已經成為了當前汽車設計與制造的主流趨勢，因此如何才能更加合理地設計與應用CAN總線技術，成為了當前在汽車制造行業的熱議話題。

Abstract： Can bus technology is to make human travel more safe and convenient technology， this technology is currently widely used in various fields， the automotive field of its application level is also very in-depth， because it has the characteristics of improving the efficiency of the car， and effectively reducing the cost， so it is currently loved by automobile manufacturing enterprises. Using CAN bus in automobile electrical system has become the mainstream trend of automobile design and manufacturing. Therefore， how to design and apply can bus technology more reasonably has become a hot topic in automobile manufacturing industry.

關鍵詞：CAN總線;汽車;電氣系統

Key words： can bus;automobile;electrical system

中圖分類號：U463.6;TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0010-02

0? 引言

對于汽車制造業的企業而言，如果企業的運行效率高，且成本低，就能夠在市場中獲得更高的口碑，并且能夠成功地吸引更多的消費者，讓自己品牌的汽車在行業內擁有較高的口碑，占有更多的市場資源，獲得消費者的喜愛，從而能夠擁有更加廣闊的發展空間，從而能夠讓企業在市場中逐漸占據更加有利的地位。因此本文針對基于CAN總線的汽車電氣系統進行設計，首先分析了在汽車電氣系統設計中應用CAN總線的優勢，之后介紹了如何應用CAN總線對汽車的電氣系統進行設計，并且對該技術未來在汽車制造行業中的發展前景進行分析。希望能夠為我國的汽車制造企業帶來新的思路，更加成熟地將CAN總線技術運用在汽車的電氣系統設計工作中。

1? CAN總線的優勢

CAN總線相比與傳統的R線構建的形式，具有更多的優勢，是一種串行通信網絡，能夠有效地對汽車的線路進行實時的控制。CAN總線技術的優勢主要有以下幾點：

1.1 具有較高的實時通信效率

因為CAN總線技術能夠讓各個節點的數據信息都以競爭的形式相總線進行傳輸，并且采用通信數據編碼，并非傳統的站地址編碼，因此能夠在相同的時間接收到不同節點傳輸的數據信息，從而能夠有效地保障這些信息的傳輸效率，因此能夠實現實時通信。再者，由于其為冗余結構，因此還能夠保障系統的穩定性與可靠性。這種CAN總線技術與傳統的R構建技術相比，通信的效率更高，因此也受到了各個汽車制造企業的喜愛，使用CAN總線技術所設計的汽車電氣系統的通信效率跟高，能夠技能更加快速地反映，因此有效地提升了汽車整體的效率。

1.2 對汽車電氣系統的保護水平高

因為CAN總線技術使用82C250芯片的CANL與CANH兩個端口，因此可以在與總線連接的時候有更加清晰的傳輸脈絡。CANL端口所處于的狀態為懸浮轉臺，并且為低電平，而CANH所處于的狀態也為懸浮狀態，但是為高電平。因此，這樣子的兩個端口可以讓汽車的電氣系統有效的避免出現系統障礙的問題，總線所能接收數據的節點較多的時候，也不會出現因為短路故障而導致節點出現問題的情況，因此其對于汽車電氣系統的保護水平非常高。一旦CAN總線技術中存在著某一節點產生了嚴重的問題，也會啟動系統的自動保護機制，將該節點的輸出功能關閉，所以總線仍然可以正常地工作，不會導致其他的節點受到影響，汽車電氣系統也不會因為某一節點出現了問題而出現整體故障的問題，因此能夠對整個電氣系統進行更高地保障。

1.3 CAN總線技術的開發需要的時間短

對于任何一個企業而言，在研發新型的技術時，都需要花費大量的時間，并且投入大量的金錢，如果在研發的過程中，有同行研發出了更優秀的技術，就會導致企業的發展預期水平降低。研發技術的開發越困難，所需要的時間就越長，因此企業所承受的風險也就越高。但是CAN總線技術所需要的研發時間不長，因此企業所需要承擔的研發風險也會有所下降。這是因為CAN總線技術使用CAN接口芯片與控制器芯片，對于研發工作人員，這兩種芯片自身就能有效地降低研發的難度，因能夠幫助企業快速地研發出應用CAN總線技術的汽車電氣系統，所以企業的研發時間就會縮短。

2? CAN總線的汽車電氣系統設計

2.1 整體架構設計

CAN總線是汽車電氣系統中通信介質的平臺，這些通信介質主要產生于汽車在運用的過程中系統所生成的數據，且數據量非常大，電子單元是這些數據的進行交換與共享的關鍵，而CAN總線就是實現將這些數據在電子單元交換與共享的平臺。因此，汽車的電氣系統信息傳遞的效率也會明顯提升，而這些信息就是為了控制電氣系統，駕駛人員對汽車的控制效率也就隨之上升。在CAN總線的汽車電氣控制系統中，可以將其劃分為左、右、前、后、主五個ECU節點?；贑AN總線的汽車電氣控制系統可以采用星型拓撲結構。其中左、右、前、后這四個節點負責采集開關信息，然后依托于通信協議生成報文信息，同時傳輸到主節點。而主節點則負責信息的分析和判斷，并在此基礎上輸出相應的分析結果，同時依托于通信協議反饋給左、右、前、后這四個節點。最后，這四個節點再針對反饋信息進行濾波，依托于UART總線將功率負載反饋給控制模塊，并最終完成了功率輸出的有效驅動。

2.2 ECU節點設計

對于ECU節點的設計需要根據汽車電氣控制的實際需要進行，因此應當將其主要分為五個部分，中央處理器用于處理信息，輸出模塊用于控制功率，信息采集模塊用于對信息的傳遞進行控制，軟件、安設模塊用于實現通信。在汽車電氣控制系統中的ECU節點中，需要四種接口，即CAN互通接口、功率負載驅動接口、開關量輸出接口以及電源端口。首先，負責功率負載的驅動口必須能夠符合30A的電流。而開關量輸入接口主要進行開關信息的處理，如果開關處于閉合的狀態，輸入電平將被擬定為偏低電平，當開關處于關閉的狀態的時候，就會成為偏高電平。其次，開關量輸出接口則負責開關量信息的采集工作。當開關閉合的時候，電平被擬定為偏低電平;而當開關斷開電平則被替換為偏高電平。再次，CAN互通接口則主要負責為ECU與外圍的銜接提供接入點，實現整個系統的通信。最后，電源端口主要負責系統電源的輸入，滿足控制系統運行所需的電力供應。

2.3 軟件架構設計

設計汽車電氣系統CAN總線必須對軟件做好設計規劃，在軟件設計中，必須要涉及到通信車、驅動層和轉換層，這三個層次都非常的重要，如果其中一個層次的軟件設計出現了問題，都會導致整個汽車的電氣系統的CAN總線的信號傳輸出現問題，最終的導致對汽車的控制也出現問題。首先，通信層主要是起到了將各個層次的信號進行傳導的作用，主要為驅動與轉換各層之間信號兩類，能夠高效地將各個層級之間的信號通過接口進行輸入與輸出，并且可以對器件信息進行轉換。驅動層是對汽車電氣系統CAN總線對信號的輸入和輸出起到驅動的作用。轉換層由輸入和輸出轉換構成。在汽車電氣控制系統中的CAN總線不同層次的軟件都具有各自的功能屬性。在驅動層，輸入驅動負責把輸入引腳電平進行轉換并將其信息輸送到轉換層，而輸出驅動則把從轉化層中獲得的信息轉換為引腳。在轉換層，輸入轉換把驅動層中的狀態信息進行轉換變成器件信息發送給處理層進行邏輯狀態分析，而輸出轉換則把處理層的器件信息進行轉換得到輸出信息發送給驅動層。在通信層主要通過通信模塊來負責處理與轉換層的信息交換。

3? 基于CAN總線的汽車電氣系統的發展前景

當前，CAN總線技術已經在汽車設計與制造中被廣泛地使用，因為該技術的高效與低成本的優勢，能夠讓汽車制造企業節約大量的成本。因此，在未來，該技術的應用前景仍然十分的廣闊，因為各個企業都在努力提升汽車電氣系統的效率，并且通過節約成本，讓高性能的汽車能夠以更低的市場價格投放到市場中，從而獲得更多的消費者。對于CAN總線技術在未來的發展中，可以主要集中于提升芯片的性能和端口的性能。首先，因為芯片對于整個CAN總線系統而言，就像是“心臟”一樣的存在，如果可以提升芯片的性能，就可以有效地提升整個CAN總線系統的性能，并且能夠進一步減少研發的時間，幫助汽車制造企業節約更多的成本。再者，因為CAN總線的兩個端口能夠有效地避免系統出現整體故障的問題，因此還以將研發與設計的精力放置在端口上，努力提升端口的性能，不僅僅讓其能夠減少單個節點對系統的干擾水平，還可以讓多個節點故障時也能夠讓汽車的電氣系統維持運行狀態。

4? 結語

汽車是人類出行的重要交通工具，關乎人類生活的質量。隨著我國的綜合國力不斷地提升，人民對于生活質量的要求也更高，尤其是城市中生活的人民，基本上每家每戶都配備了私家車，因此我國的汽車行業的市場具有非常廣闊的前景。與此同時，國家也在努力推進我國汽車制造行業在國際上的發展水平。對此，CAN總線技術成為了當前被各個汽車制造企業所鐘愛的技術，將其廣泛地應用在了汽車的電氣系統中。這是因為CAN總線技術具有很多的優勢，例如，具有較高的實時通信效率，對汽車電氣系統的保護水平高，CAN總線技術的開發需要的時間短，以及國際化的現場總線形式。在汽車電氣系統中設計CAN總線的時候，會注意整體架構設計、ECU節點設計以及軟件架構設計。在未來，為了能夠讓CAN總線技術擁有更加廣闊的發展空間，可以從CAN總線的兩個端口和芯片作為研究的重點，提升其使用性能，從而全面提升整個汽車電氣系統的工作效率，幫助企業節約更多的經濟成本。

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