王惜春

[摘 要]汽車CAN總線技術(shù)是一種全新的汽車電控系統(tǒng)信息通信方式，是為解決現(xiàn)代汽車中眾多的電控模塊（ECU）之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議，適應(yīng)汽車惡劣的工作環(huán)境和通信速度要求，在信息傳遞、資源共享方面有著獨特的優(yōu)勢，并可有效減少線束的長度和節(jié)點數(shù)量。本文就CAN總線技術(shù)、系統(tǒng)實現(xiàn)及發(fā)展趨勢進行探討。

[關(guān)鍵詞]CAN總線 系統(tǒng)實現(xiàn) 發(fā)展趨勢

中圖分類號：TN919.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）01-0269-01

引言

現(xiàn)場總線是近20年發(fā)展起來的新技術(shù)，CAN總線是一種應(yīng)用廣泛的現(xiàn)場總線，在汽車等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。

一、CAN總線技術(shù)特點

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

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

（2）CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實時性要求。

（3）CAN總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(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，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短。并有CRC及其他校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境中使用。

（5）CAN總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤時，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)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴充容易，改型靈活。

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

（8）CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標(biāo)準(zhǔn)幀（11位報文標(biāo)識符）可達110個，而在擴展幀（29位報文標(biāo)識符）其個數(shù)幾乎不受限制。

（9）CAN可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)。

（10）采用不歸零碼（NRZ-Non-Return-to-Zero）編碼/解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。

二、CAN總線技術(shù)優(yōu)點

（1）數(shù)據(jù)共享，節(jié)省成本

對于具有CAN總線接口的電噴發(fā)動機，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等等，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，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。再比如，電渦流緩速器、空氣懸架、門控制及巡航定速控制都用到車速數(shù)據(jù)，結(jié)果這些電器都有一套車速處理電路，浪費了資源。而采用總線技術(shù)后，都可以從總線上即可獲得車速數(shù)據(jù)。

（2）車身布線減少，節(jié)省成本

由于采用總線技術(shù)，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線。布線局部化，車上除掉總線外，其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節(jié)省了布線成本。另外，數(shù)據(jù)共享也節(jié)省了線路，還拿車速信號打比方，在沒有總線的情況，車速信號要接到電渦流緩速器、空氣懸架、門控制及電噴發(fā)動機。有了總線后只要接到一處，其他電器可以通過總線共享數(shù)據(jù)。

（3）硬件方案的軟件化實現(xiàn)，減小硬件和設(shè)計生產(chǎn)成本發(fā)動機點火控制，點火時必須滿足下列條件：1、空檔；2、鑰匙處于ON檔另外還需點火保護裝置，以往是靠一系列繼電器來實現(xiàn)這些功能，既不可靠又增大成本，而用軟件實現(xiàn)，既可靠又無資金投入。軟件具有錯誤診斷能力和自動恢復(fù)能力，節(jié)省了生產(chǎn)維護成本。對于總線內(nèi)部錯誤，總線系統(tǒng)可以通過自身軟件進行自動恢復(fù)。而非總線車輛，一旦出現(xiàn)故障，第一，更依賴于人工。第二，往往需要對復(fù)雜線束逐根測量。第三，需要對相關(guān)電器依次測定。整個過程非常費工時，而且準(zhǔn)確率不高。

（4）擴充性強，產(chǎn)品升級快，節(jié)省新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計成本CAN節(jié)點幾乎可以在不改動原有線束的情況下增加新的組件。數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，CAN總線具有線間干擾小、抗干擾能力強的特點。由于VITI-CAN系統(tǒng)采用的是模塊化管理，各模塊按其功能分散的擺放在車內(nèi)，簡化了布線并縮短了線束的長度，從而降低了耦合電流的產(chǎn)生，減小了線間干擾。同時在軟件上，CAN總線采用短幀傳輸，這樣使總線數(shù)據(jù)報文在傳輸過程中有較強的抗干擾能力。CAN總線專為汽車量身訂做，可靠性有保障。CAN總線的設(shè)計充分考慮了汽車上惡劣工作環(huán)境，比如點火線圈點火時產(chǎn)生的強大的反沖電壓，電渦流緩速器切斷時產(chǎn)生的浪涌電流及汽車發(fā)動機艙內(nèi)100℃左右的高溫。

三、CAN總線技術(shù)在汽車中的實際應(yīng)用優(yōu)勢

3.1信息共享

采用CAN總線技術(shù)可以實現(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，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等，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，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。

3.2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)大多采用點對點的單一通信方式，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2000米，電氣節(jié)點達1500個，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、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。

3.3關(guān)聯(lián)控制

在一定事故下，需要對各ECU進行關(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)可以實現(xiàn)多ECU的實時關(guān)聯(lián)控制。在發(fā)生碰撞事故時，汽車上的多個氣囊可通過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中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。

四、CAN總線的發(fā)展趨勢

4.1近年來，由于企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的非線性增強、時滯增大，而且很難給系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)建立精確的數(shù)學(xué)模型，這就要求模糊邏輯控制的應(yīng)用?，F(xiàn)場總線的強大網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)集中化管理，而對必要的現(xiàn)場環(huán)節(jié)實行分散的模糊控制。

4.2隨著企業(yè)管理水平和信息化水平的提高、集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，必然要求處于底層的現(xiàn)場總線測控網(wǎng)段與企業(yè)高層的管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，以便及時了解生產(chǎn)現(xiàn)場狀況并實現(xiàn)管理和控制現(xiàn)場的操作。因此，CAN總線網(wǎng)絡(luò)將進一步發(fā)展，通過網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋向上與企業(yè)管理系統(tǒng)以太網(wǎng)聯(lián)接構(gòu)成管控一體化網(wǎng)絡(luò)。

五、結(jié)束語

隨著電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制芯片性能逐步提高，體積逐步減小，價格進一步降低，為汽車局域網(wǎng)的普及推廣創(chuàng)造了良好的條件。CAN以其優(yōu)異的品質(zhì)具有明顯的優(yōu)勢，越來越受到業(yè)界的歡迎。CAN總線在汽車上的廣泛應(yīng)用將使汽車的動力性、操縱穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟性都上升到新的高度，給汽車技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。

參考文獻

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