CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在車輛上的應(yīng)用研究

布仁

摘要:汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要受汽車電子的驅(qū)動(dòng),未來車輛中大約需要20多種多媒體設(shè)備,這類網(wǎng)絡(luò)要求很高的數(shù)據(jù)傳輸速率(250kbps～400Mbps)。由于有低成本、抗干擾、高帶寬、實(shí)時(shí)同步高質(zhì)量通信等優(yōu)點(diǎn),MOST(Media Oriented Systems Transport)協(xié)議在車上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的前景最為廣闊。

關(guān)鍵詞:汽車電子CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

中圖分類號(hào):TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(c)-0014-01

1 汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

隨著對(duì)汽車安全性、舒適性,排放和經(jīng)濟(jì)性要求的日益嚴(yán)格,各電控單元間的數(shù)據(jù)交換也越來越復(fù)雜。這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)良好數(shù)據(jù)傳遞方式來確保車輛中的電氣/電子部件更容易管理且節(jié)省空間。由博士公司生產(chǎn)的CAN數(shù)據(jù)總線是專門為汽車開發(fā)研制,并已在大眾和奧迪車型上得到應(yīng)用。CAN是控制單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CONTROLLER AREA NETWORK)的縮寫,意思是控制單元通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。

美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)將汽車網(wǎng)絡(luò)根據(jù)速率劃分為A、B、C三個(gè)等級(jí)(表1):A類面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò),速率通常只有1kbps～10kbps,主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制;B類面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò),速率一般為10kbps～100kbps,主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng);C類面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng),最高位速率可達(dá)1Mbps,主要用于懸架控制、牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ABS等系統(tǒng)。

2 CAN網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)介

所謂網(wǎng)絡(luò)是連接數(shù)個(gè)裝置并以數(shù)字信號(hào)交換信息的系統(tǒng)。

CAN數(shù)據(jù)總線可以比作公共汽車,乘客即可當(dāng)做需要傳輸?shù)男畔?公共汽車站即可當(dāng)做各種控制器,公共汽車可以運(yùn)送大量乘客,到各自要到目的地車站,CAN數(shù)據(jù)總線包含大量的數(shù)據(jù)信息,并把它們輸送到相應(yīng)的控制器中。

2.1 CAN數(shù)據(jù)總線的構(gòu)成(見圖1)

該系統(tǒng)由一個(gè)控制器,一個(gè)收發(fā)器,2各數(shù)據(jù)傳輸終端和2條數(shù)據(jù)傳輸線構(gòu)成。

2.2 各部件的功能

CAN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

(1)CAN控制器。接收在控制單元中的微處理器中數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)并傳給CAN接收器。同時(shí),控制器接收收發(fā)器的數(shù)據(jù),處理并傳給微處理器。CAN收發(fā)器是一個(gè)發(fā)送器和接收器的組合。他將CAN控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并通過數(shù)據(jù)線發(fā)送出去,同時(shí),它接收數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺AN控制器。

(2)數(shù)據(jù)傳輸終端。是一個(gè)電阻器。住址數(shù)據(jù)在傳輸在傳輸終了被反射回來產(chǎn)生反射波,這將破壞數(shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)傳遞線。用以傳輸數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)線。分為CAN高位數(shù)據(jù)線和地位數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)總線沒有制定的接收器,數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送并由個(gè)控制單元接受和計(jì)算。數(shù)據(jù)總線是模塊間運(yùn)行數(shù)據(jù)的通道,即所謂的信息高速公路。數(shù)據(jù)總線可以實(shí)現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號(hào)能被多個(gè)系統(tǒng)(控制單元)共享,從而最大限度地提高系統(tǒng)整體效率,充分利用有限的資源。

為了避互電磁干擾和對(duì)外輻射,兩條數(shù)據(jù)總線相互纏繞。

3 數(shù)據(jù)傳遞的原理

CAN數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)傳遞就像一個(gè)電話會(huì)議。一個(gè)電話用戶(控制單元)將數(shù)據(jù) “講” 入網(wǎng)絡(luò)中,其他用戶通過網(wǎng)絡(luò)“接聽”這個(gè)數(shù)據(jù),對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)感興趣的用戶就會(huì)利用數(shù)據(jù),而其他用戶就會(huì)選擇忽略數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳遞過程

提供數(shù)據(jù):控制單元向CAN控制器提供需要發(fā)送的數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù):CAN收發(fā)器接受由CAN控制器傳來的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送。

接收數(shù)據(jù):CAN系統(tǒng)中,所有控制單元轉(zhuǎn)化為接收器。

檢查數(shù)據(jù):控制單元檢查判斷說接受的數(shù)據(jù)是否是所需要的數(shù)據(jù)。

接受數(shù)據(jù):如果接收的數(shù)據(jù)重要,它將被接受并進(jìn)行處理,否則就將忽略。

4 CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

汽車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN,一條用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN,速率達(dá)到500kb/s,即動(dòng)力總線;另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN,速率是100kb/s。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN主要連接對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(ECU)、ABS/ASR控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等,它們的基本特征相同,都是控制與汽車行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。車身系統(tǒng)CAN主要連接和控制的汽車內(nèi)外部照明、燈光信號(hào)、雨刮電機(jī)等電器。國(guó)內(nèi)完全引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的奧迪A6車型已于2000年起采用CAN總線替代原有線束,PassatB5、 Bora、Polo、Fiat的Palio、 Siena、哈飛賽馬等車型都不同程度地使用了CAN總線技術(shù)。

4.1 CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

CAN數(shù)據(jù)總線是控制單元間的一種數(shù)據(jù)傳遞形式。它連接各個(gè)控制單元形成一個(gè)完整的系統(tǒng),一個(gè)控制單元從整個(gè)系統(tǒng)中獲得的信息越多,那么他協(xié)調(diào)齊聲的功能會(huì)更好。

4.2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的下列控制單元組成了一個(gè)完整CAN系統(tǒng)

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元;(2)自動(dòng)變速器控制單元;(3)ABS控制單元。

4.3 舒適系統(tǒng)中的下列控制單元組成了一個(gè)完整的CAN系統(tǒng)

(1)中央控制系統(tǒng);(2)車門控制系統(tǒng)。

4.4 CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

(1)如果需要增加額外信息,只需要修改軟件即可;(2)通過控制單元和輔助安全措施對(duì)傳遞信息的持續(xù)性檢查,可以達(dá)到最低的故障率;(3)利用最少的傳感器信號(hào)線傳遞多用的傳感器信號(hào);(4)控制單元間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳遞;(5)控制單元和控制單元插角最小化應(yīng)用,從而節(jié)省更多有用空間。

CAN數(shù)據(jù)總線符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),便于不同的控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。