CAN總線技術(shù)在汽車車身控制中的應(yīng)用

1.引言

20世紀(jì)80年代以來，隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用， 汽車上電子控制單元越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動懸架等等。在這種情況下，如果仍采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開關(guān)相接，另一端與用電設(shè)備相通，將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加，使得電線的質(zhì)量占整車質(zhì)量的4％左右。另外，電控系統(tǒng)的增加雖然提高了轎車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，但隨之增加的復(fù)雜電路也降低了車輛的可靠性，增加了維修的難度。為此，改革汽車電氣技術(shù)的呼聲日益高漲。因此，一種新的概念——車用控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN應(yīng)運(yùn)而生。

2.CAN簡介

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)的簡稱，它是由德國的Bosch公司及幾個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)商開發(fā)出來的，CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性,簡單實(shí)用,網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動大的工業(yè)環(huán)境。

3.CAN總線技術(shù)特點(diǎn)

CAN總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，其主要特點(diǎn)是：

（1）CAN總線為多主站總線，各節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信靈活

（2）CAN總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實(shí)時(shí)性要求

（3）CAN總線具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能

（4）CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，并有CRC及其他校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低

（5）CAN總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，可自動脫離總線，而總線上的其他操作不受影響

（6）CAN總線系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴(kuò)充容易，改型靈活

（7）CAN總線最大傳輸速率可達(dá)1Mb/s（此時(shí)通信距離最長為40m），直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）

（8）CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標(biāo)準(zhǔn)幀（11位報(bào)文標(biāo)識符）可達(dá)110個(gè)，而在擴(kuò)展幀（29位報(bào)文標(biāo)識符）其個(gè)數(shù)幾乎不受限制。


4.CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢

CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢：

（1）信息共享

采用CAN總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各ECU之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如具有CAN總線接口的電噴發(fā)動機(jī)，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力、機(jī)油溫度、油量瞬時(shí)流速等，這樣一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表上，便于司機(jī)檢查發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況，從而便于發(fā)動機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。表1給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的情況。


汽車部分電控單元數(shù)據(jù)發(fā)送、接受情況

（2）減少線束

新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)對汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對點(diǎn)的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長度可達(dá)2000米，電氣節(jié)點(diǎn)達(dá)1500個(gè)，而且該數(shù)字大約每十年增長1倍。這種傳統(tǒng)布線方法不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車門-后視鏡、搖窗機(jī)、門鎖控制等的傳統(tǒng)布線需要20-30根，應(yīng)用總線CAN則只需要2根。

（3）關(guān)聯(lián)控制

在一定事故下，需要對各ECU進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車控制方法難以完成的。CAN總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多ECU的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)控制。在發(fā)生碰撞事故時(shí)，汽車上的多個(gè)氣囊可通過CAN協(xié)調(diào)工作，它們通過傳感器感受碰撞信號，通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個(gè)中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。