CAN總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要 CAN總線技術(shù)因具備獨特的設(shè)計、較高的可靠性及特性，適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連。眾多知名品牌汽車也已采用CAN總線技術(shù)。文中分析了CAN總線的發(fā)展和汽車CAN總線技術(shù)的特征，對CAN總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用進行了深入的探討。
關(guān)鍵詞 CAN總線；汽車電子；智能系統(tǒng)

CAN總線是國際上應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場總線之一，可實現(xiàn)對車輛本身的控制。對于汽車工業(yè)而言，它的實時性、靈活性、可靠性以及低成本，有著較大的市場空間。如發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN總線控制裝置。

1 CAN總線的發(fā)展
在當前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性要求不盡相同，且因多條總線構(gòu)成的情況復(fù)雜、線束數(shù)量增加。原以為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過IS011898及IS0 11519進行了標準化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標準協(xié)議，CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。

2 汽車CAN總線技術(shù)的特征
(1)設(shè)計目標。
對于汽車CAN總線傳輸而言，必須要保證以下幾方面：信號的邏輯“0”要與信號的邏輯“1”進行明顯的區(qū)分；具備利用信息內(nèi)容解決總線訪問堵塞的能力；具備最優(yōu)化的傳輸速率；節(jié)點自動故障診斷和節(jié)點快速成功訪問總線的能力；汽車CAN總線能夠隨著數(shù)據(jù)傳輸率的增加具備一定的可擴充性等。
(2)數(shù)字信號的編碼。
正確編碼數(shù)字信號對于確保信息可靠性傳輸，具有重要作用。汽車局域網(wǎng)數(shù)據(jù)信號基本采用兩種方式：不歸零制(NRZ)和脈寬調(diào)制PWM)。采用不歸零制進行信息傳輸，一般用于傳輸速率較高的場合，速率上限為1 Mb·s-1；而采用脈寬調(diào)制作為編碼方案時，一般用于傳輸速率較低的場合，速率上限為3 x 105kb·s-1。
(3)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
汽車CAN總線具有以下優(yōu)點：總線結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、電纜短、無源元件、布線容易、易于擴充。如果需要增加CAN總線長度，可利用中繼器加入一個附加段。如需增加新節(jié)點，只需在汽車CAN總線的某點將其接入。CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時均約為2．5 V，此時狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可稱為“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯性”，此時，通常電壓值為CAN_H=3．5 V和CAN_L=1．5 V。

3 CAN總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用
(1)CAN總線技術(shù)的應(yīng)用。
國外知名汽車基本都已經(jīng)采用了CAN總線技術(shù)，例如沃爾沃、林肯、奧迪、寶馬等，而國內(nèi)汽車品牌，例如奇瑞等公司也已經(jīng)有幾款車型應(yīng)用了總線技術(shù)。CAN總線技術(shù)就是通過遍布車身的傳感器，將汽車的各種行駛數(shù)據(jù)發(fā)送到“總線”上，在這個信息共享平臺上，凡是需要這些數(shù)據(jù)的接收端都可以從“總線”上讀取需要的信息，從而使汽車的各個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運作、信息共享、保證車輛安全行駛、舒適和可靠。一般來說，越高檔的車配備的CAN_BUS數(shù)量越多，價格也越高，如途安、帕薩特等車型當中都配備了多個CAN總線。
(2)汽車CAN總線節(jié)點ECU的硬件設(shè)計。
汽車CAN總線研發(fā)的核心技術(shù)就是對帶有CAN接口的ECU進行設(shè)計，其中ECU的CAN總線模塊由CAN控制器和CAN收發(fā)器構(gòu)成。CAN控制器執(zhí)行完整的CAN協(xié)議，完成通訊功能，包括信息緩沖和接收濾波。CAN控制器與物理總線之間需CAN收發(fā)器作為接口，它實現(xiàn)CAN控制器與總線之間邏輯電平信號的轉(zhuǎn)換。
(3)CAN總線在國內(nèi)自主品牌汽車中的應(yīng)用。
由于受成本控制、技術(shù)實力等因素的限制，CAN_BUS總線技術(shù)一般都出現(xiàn)在國外高端汽車，在A級及以下級別車型當中，該項技術(shù)大多出現(xiàn)在合資品牌當中，如POLO、新寶來等。在自主品牌中，采用CAN總線技術(shù)的車型中很少，風(fēng)云2則是其中的代表車型。風(fēng)云2 CAN總線技術(shù)，可以實現(xiàn)發(fā)動機、變速箱、ABS、車身、儀表及其他控制器的通訊，做到全車信息及時共享。在風(fēng)云2的組合儀表盤當中，階段里程、未關(guān)車門精確顯示、安全帶未系提醒等20多項信息全部可以顯示，比同級產(chǎn)品增加一倍，這樣增加了駕駛過程中的安全度。
另外，在CAN總線技術(shù)的幫助下，內(nèi)部各種傳感器實現(xiàn)信息共享后，大大減少了車體內(nèi)線束和控制器的接口數(shù)量，避免了過多線束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車電氣系統(tǒng)的故障發(fā)生率。打開發(fā)動機艙蓋，看到的是清晰簡潔的艙內(nèi)布局。維修方面，CAN總線技術(shù)的應(yīng)用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線智能管家系統(tǒng)符合歐美OBDII標準法規(guī)，實現(xiàn)了在線診斷的功能。在車輛發(fā)生故障后，各個控制器通過CAN總線智能管家系統(tǒng)存儲故障代碼，由專業(yè)人員，通過診斷儀為車輛診斷出各種故障狀態(tài)，快速準確地查找到故障點，第一時間排除故障。利用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應(yīng)速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應(yīng)的降低了維修成本；而且，先進集成技術(shù)的應(yīng)用，也大幅提高了車輛自身的科技含量，增強了產(chǎn)品競爭力。