汽車CAN網絡通訊技術實際應用淺談

康昌盛

摘要：隨著汽車工業不斷發展，其中使用的電氣化設備也越來越多，無人駕駛、新能源汽車均是現階段的一個研究方向。但研究方向越智能化，在汽車中線路的綜合布置就需要更加精細化，尤其是無人駕駛方面，更加要求了信息傳輸的重要性。在共享交互高度精確的要求下，就需要汽車內部總線性能十分優越。現在控制局域網CAN就是以比較優越的運行性能走進汽車人的眼中，經過驗證，發現CAN在保證性能的情況下，成本也很有優勢，這兩方面結合下，逐步應用在汽車的控制網絡中，并且應用前景也越來越廣泛。文章主要以汽車中CAN總線的主要特點、技術以及在汽車中的實際應用展開。

關鍵詞：汽車CAN總線;技術;應用

0 ?引言

隨著車用電器設備如發動機、空調、倒車雷達等電子設備越來越多，以GPS、GIS、GSM即3G為代表的一系列新型的電子通信產品大規模應用，對汽車線路的綜合布置以及信息之間的相互共享交互有了更高層次的需求。之前對汽車電子產品應用能力有限，傳統的線路布置一般都比較單一，相互之間對于信息的交流幾乎沒有，這種認知下導致整個線路十分龐大。并且在材料上，也大大浪費了資源的消耗，還有就是人力成本也相應增加。如何將汽車多重功能綜合應用并進行信息傳送是一大問題，而CAN總線正好滿足這一要求。汽車的電控燃油系統、防抱死制動系統以及尾氣的循環利用系統、導航空調等系統作為一個小小的控制單元，每個控制單元之間對實時性要求的不同，數據的更新速率和控制周期都會不同，從而形成一個基于優先權競爭的數據網絡，CAN都滿足這些要求。

1 ?CAN總線原理及特點

CAN首先是屬于多路傳輸系統的一種。CAN（ControllerAreaNetwork）也就是控制器局域網絡，一般稱它為“CANbus”、CAN總線[1]。CAN數據總線主要是由一個控制器、一個收發器、兩個數據終端以及兩條數據傳輸線組成。除了線路之外，其他一些元件均分布在控制單元內。CAN控制器主要作用就是用來接收控制單元從微電腦發出的指令，這個指令是汽車系統單元傳輸的數據，然后對數據進行處理再傳輸到CAN收發器中，同樣的CAN控制器也可以將CAN收發器中的數據進行處理并且傳送到控制單元之中，這是一個雙向傳導的過程。CAN收發器主要就是信息的轉化，它將數據轉化為一種電信號運送到數據的傳輸線，它擔任信息的轉運站，為CAN總線進行信息接收并發送，因此，CAN收發器這么重要的作用是其他元件不能代替的。數據傳送終端主要就是一個電阻器，主要功能就是防止數據在傳送過程中被反射，影響在線數據的傳輸。它主要是以回聲的形式返回這是它最重要的一個特點。最后便是數據傳輸線，它是對數據進行雙向傳輸的。有兩條數據線，分別是CAN高線（CAN-H）和CAN低線（CAN-L）。這兩條線是纏繞在一起的，稱為雙絞線，主要是為了防止外界的電磁波對其的干擾，也為了防止信號對外面的輻射。但是這兩條線路的電壓是相反的，如果一條是5V，那另一條則為0V，我們要始終保證電壓總和是一個常數，這種方法主要是保護CAN總線，既保證無輻射環境，也有利于信號源無損耗傳輸。

CAN有兩種比較典型的通信方式，第一種是多主方式，在這種方式下，網絡上可以在任何一個節點任意一個位置主動地向網絡發送信息，并且不分主次，這種方式最好的特點就是通信比較靈活。也不需要占用節點地址，從而完成了點對點、一點對多點、全局的進行接收信號傳遞數據的任務。還有一種是主從方式，這種方式主要是根據各個節點的優先級，在兩個信號同時出現時，按照程序設定，優先等級比較低的主動停止發送，讓優先等級比較高的先完成信息傳遞，完成作業內容，這種方式解決了主線沖突，尤其是當網絡負載比較嚴重的情況下，盡可能避免了出現網絡癱瘓的現象。

CAN總線的特點有下面幾點：

①目前為止，它是成本比較低并且唯一一個擁有國際標準的總線。

②CAN多主方式工作即它不分主次，可以在任何時候在網絡上的任意一個節點向其他網絡節點發送信息，大大提高了利用率。

③采用了短幀結構，這種結構傳輸時間較短且效率高、質量高。

④CAN選擇為雙絞線、光纖或電纜，這種介質應用靈活。

⑤CAN在有錯誤時，它會自動的關閉輸出功能，這樣可以保證總線上其他的節點不受影響繼續工作，而且發送信息有破壞時，還可以自動的重新發送。

⑥CAN的直接通信的距離最遠可以達到10KM并且通信速率最高可以達到1MB/s，這個時候的距離是40m。

2 ?CAN總線的應用及發展

CAN總線在工業上的應用始于汽車且不止于汽車，CAN總線的開始是專門為汽車量身定制的。作為一個控制器系統，局域網通訊協議CAN總線在汽車上發揮了重要的作用。CAN總線通訊只需要兩條線路，大大減少了在車身上線路布局。在沒有CAN總線的汽車上，打開車身你會看到很多的線路交叉連接著各種機器元件。這些線路容易老化，不僅危險系數極高還大大縮短汽車的壽命，給檢修工作帶來不少麻煩。CAN總線可以連接各種傳感器，把傳感器探測到的信號通過CAN總線直接傳遞給中心控制系統，讓中心控制系統做出適當的指令自動控制車輛所有系統智能運行。比如連接防撞傳感器、安全囊里的傳感器、路障識別傳感器等。把無人駕駛智能汽車的誕生推上日程。

汽車動力系統CAN主要連接對象是發動機控制器（ECU）、變速箱、ABS控制器、安全氣囊控制器等等，它們的基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關的系統。車身系統CAN主要連接和控制的汽車內外部照明、燈光信號、空調、組合儀表及其他輔助電器等。目前，動力系統CAN和車身系統CAN這兩條獨立的總線之間設計有“網關”，以實現在各個CAN之間的資源共享，并將各個數據總線的信息反饋到儀表板上。駕車者只要看儀表板，就可以知道各個電控裝置是否正常。

CAN總線系統防干擾能力強，信號穩定可靠。這一點對汽車路上安全行駛十分重要。汽車上的機器工作環境如此惡劣，比如點火線圈點火時產生的強大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時產生的浪涌電流及汽車發動機倉100℃左右的高溫。這些因素并不會對CAN總線系統運作產生影響。同時，先進的防盜設計也正基于CAN總線網絡技術。首先，確認鑰匙合法性的校驗信息通過CAN網絡進行傳遞，改進了加密算法，其校驗的信息比以往的防盜系統更豐富;其次，車鑰匙、防盜控制器和發動機控制器相互儲存對方信息，而且在校驗碼中攙雜隨機碼，無法進行破譯，從而提高防盜系統的安全性。而這些功能的實現無一不借助CAN總線來完成，CAN總線成為汽車智能化控制的“定海神針”。

現在汽車的技術性能已經越來越好，但結構也變得越來越復雜，因此出現故障時，診斷難度也越來越大，因此就需要建立一個系統來監控整車的運行狀態，不斷的檢測汽車情況，出現故障時候也能夠采取一定的措施，但是一些問題需要專業的人員來解決，更加需要一個相互連接的系統，因此利用CAN總線系統構建物聯網環境再讓電動汽車和充電樁通過以太網，WiFi或GPRS網絡接入電動汽車制造商和充電樁運營商的監控中心。電動汽車廠商和充電樁運營商監控中心：包含了企業的全部核心應用。其一般由有線網絡接入（帶有固定公網IP地址）、支持VPN接入的防火墻、企業應用服務器群，及維護人員組成。作為管理人員可通過人工方式，或企業已有的應用服務，對現場的電動汽車進行維護或監控。出差維護工程師：身處異地的維護工程師會由于多種原因參與到遠程的客戶支持中。維護工程師可以接入Internet，通過電動汽車廠家監控中心的安全認證，與客戶現場的設備建立連接，實現遠程診斷維修[2]。

CAN總線與5G網絡的結合打造全新的升級版車聯網系統。達到車與車、車與人、車與城市更加緊密的聯系在一起，形成一個無縫隙對接網。傳統意義的車聯網因網絡技術的限制只是簡單的將機車聯網，聯網節點以機車為單位，只能在網絡上獲得關于車輛的地點、位置、速度等簡單的信息。這些信息量還不能夠滿足我們對汽車的控制與管理。5G時代的來臨，解決了數據網絡傳輸的問題，CAN總線與5G網絡搭建的升級版車聯網不再僅僅以機車節點為單位，甚至可以以機車上的每一個傳感器、控制器、電子設備為單位。通過無線網絡的傳播，可以在網絡中獲取更過關于汽車的信息。比如可以隨時遠程了解汽車發動機、汽車油量、電量、精準里程、精準軌跡、甚至車燈狀態等情況。對車輛控制器的遠程控制可以實現對整輛車的遠程操控，無人駕駛。

實現汽車CAN總線聯網服務，當前基于GSM網絡的GPRS技術被廣泛的應用于各個領域，如果將CAN總線通信與5G無線網絡對接，將進一步突破CAN總線通訊方式的地域限制，充分發揮無限網通信，免布線，網絡覆蓋范圍廣等優點。升級版的車輛網不管對車輛的遠程操作，還是對車輛的安全管理，又或者對車輛制造商的后期車輛維護與保險公司對車輛的損壞理賠甄別都無疑是不可多得的工具。

3 ?結語

隨著現代化集成程度越來越高，CAN的應用也越來越普遍。醫療、航天、軍工均有涉獵。在信息化極高的今天，要對通信理論、傳輸調度進行完善。汽車領域，電子技術的速猛發展，各大廠商都開始角逐車載網絡協議的制定，不斷的完善創新各自的車載網絡標準。但是從發展來看，還需要更加注重安全性、有效性以及緊湊型、使用壽命長等特點，而且各大廠商沒有形成一個整體，不能形成國際標準，后續研究中車載網絡應該會形成一個網絡標準化，有助于行業不斷前進。

參考文獻：

[1]相鐵武.基于CAN/LIN總線的汽車通信網絡設計[J].內燃機與配件，2020（06）：213-214.

[2]梁應杰.淺談汽車CAN網絡通訊技術[J].日用電器，2016（11）：52-54.

[3]相鐵武.基于CAN/LIN總線的汽車通信網絡設計[J].內燃機與配件，2020（06）：213-214.