王惜春

[摘 要]汽車(chē)CAN總線技術(shù)是一種全新的汽車(chē)電控系統(tǒng)信息通信方式，是為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的電控模塊（ECU）之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議，適應(yīng)汽車(chē)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并可有效減少線束的長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)量。本文就CAN總線技術(shù)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]CAN總線 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）01-0269-01

引言

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

一、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(jí)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(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)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，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短。并有CRC及其他校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕m于在高干擾環(huán)境中使用。

（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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)電路。在標(biāo)準(zhǔn)幀（11位報(bào)文標(biāo)識(shí)符）可達(dá)110個(gè)，而在擴(kuò)展幀（29位報(bào)文標(biāo)識(shí)符）其個(gè)數(shù)幾乎不受限制。

（9）CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（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(diǎn)

（1）數(shù)據(jù)共享，節(jié)省成本

對(duì)于具有CAN總線接口的電噴發(fā)動(dòng)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(jī)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，從而便于發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。再比如，電渦流緩速器、空氣懸架、門(mén)控制及巡航定速控制都用到車(chē)速數(shù)據(jù)，結(jié)果這些電器都有一套車(chē)速處理電路，浪費(fèi)了資源。而采用總線技術(shù)后，都可以從總線上即可獲得車(chē)速數(shù)據(jù)。

（2）車(chē)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(hào)傳遞僅需要兩條信號(hào)線。布線局部化，車(chē)上除掉總線外，其他所有橫貫車(chē)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(chē)速信號(hào)打比方，在沒(méi)有總線的情況，車(chē)速信號(hào)要接到電渦流緩速器、空氣懸架、門(mén)控制及電噴發(fā)動(dòng)機(jī)。有了總線后只要接到一處，其他電器可以通過(guò)總線共享數(shù)據(jù)。

（3）硬件方案的軟件化實(shí)現(xiàn)，減小硬件和設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制，點(diǎn)火時(shí)必須滿足下列條件：1、空檔；2、鑰匙處于ON檔另外還需點(diǎn)火保護(hù)裝置，以往是靠一系列繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，既不可靠又增大成本，而用軟件實(shí)現(xiàn)，既可靠又無(wú)資金投入。軟件具有錯(cuò)誤診斷能力和自動(dòng)恢復(fù)能力，節(jié)省了生產(chǎn)維護(hù)成本。對(duì)于總線內(nèi)部錯(cuò)誤，總線系統(tǒng)可以通過(guò)自身軟件進(jìn)行自動(dòng)恢復(fù)。而非總線車(chē)輛，一旦出現(xiàn)故障，第一，更依賴于人工。第二，往往需要對(duì)復(fù)雜線束逐根測(cè)量。第三，需要對(duì)相關(guān)電器依次測(cè)定。整個(gè)過(guò)程非常費(fèi)工時(shí)，而且準(zhǔn)確率不高。

（4）擴(kuò)充性強(qiáng)，產(chǎn)品升級(jí)快，節(jié)省新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本CAN節(jié)點(diǎn)幾乎可以在不改動(dòng)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(qiáng)的特點(diǎn)。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(chē)內(nèi)，簡(jiǎn)化了布線并縮短了線束的長(zhǎng)度，從而降低了耦合電流的產(chǎn)生，減小了線間干擾。同時(shí)在軟件上，CAN總線采用短幀傳輸，這樣使總線數(shù)據(jù)報(bào)文在傳輸過(guò)程中有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN總線專為汽車(chē)量身訂做，可靠性有保障。CAN總線的設(shè)計(jì)充分考慮了汽車(chē)上惡劣工作環(huán)境，比如點(diǎn)火線圈點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的反沖電壓，電渦流緩速器切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)100℃左右的高溫。

三、CAN總線技術(shù)在汽車(chē)中的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1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(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，從而便于發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。

3.2減少線束

新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)對(duì)汽車(chē)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(duì)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(chē)中，其導(dǎo)線長(zhǎng)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(zhǎng)1倍。這種傳統(tǒng)布線方法不能適應(yīng)汽車(chē)的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車(chē)門(mén)-后視鏡、搖窗機(jī)、門(mén)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(duì)各ECU進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車(chē)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(chē)上的多個(gè)氣囊可通過(guò)CAN協(xié)調(diào)工作，它們通過(guò)傳感器感受碰撞信號(hào)，通過(guò)CAN總線將傳感器信號(hào)傳送到一個(gè)中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。

四、CAN總線的發(fā)展趨勢(shì)

4.1近年來(lái)，由于企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)的非線性增強(qiáng)、時(shí)滯增大，而且很難給系統(tǒng)的每個(gè)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。現(xiàn)場(chǎng)總線的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)集中化管理，而對(duì)必要的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)節(jié)實(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，必然要求處于底層的現(xiàn)場(chǎng)總線測(cè)控網(wǎng)段與企業(yè)高層的管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，以便及時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況并實(shí)現(xiàn)管理和控制現(xiàn)場(chǎng)的操作。因此，CAN總線網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步發(fā)展，通過(guò)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(yǔ)

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(jià)格進(jìn)一步降低，為汽車(chē)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(shì)，越來(lái)越受到業(yè)界的歡迎。CAN總線在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用將使汽車(chē)的動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性都上升到新的高度，給汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。

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