康昌盛

摘要：隨著汽車(chē)工業(yè)不斷發(fā)展，其中使用的電氣化設(shè)備也越來(lái)越多，無(wú)人駕駛、新能源汽車(chē)均是現(xiàn)階段的一個(gè)研究方向。但研究方向越智能化，在汽車(chē)中線(xiàn)路的綜合布置就需要更加精細(xì)化，尤其是無(wú)人駕駛方面，更加要求了信息傳輸?shù)闹匾?。在共享交互高度精確的要求下，就需要汽車(chē)內(nèi)部總線(xiàn)性能十分優(yōu)越?，F(xiàn)在控制局域網(wǎng)CAN就是以比較優(yōu)越的運(yùn)行性能走進(jìn)汽車(chē)人的眼中，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)CAN在保證性能的情況下，成本也很有優(yōu)勢(shì)，這兩方面結(jié)合下，逐步應(yīng)用在汽車(chē)的控制網(wǎng)絡(luò)中，并且應(yīng)用前景也越來(lái)越廣泛。文章主要以汽車(chē)中CAN總線(xiàn)的主要特點(diǎn)、技術(shù)以及在汽車(chē)中的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)CAN總線(xiàn);技術(shù);應(yīng)用

0 ?引言

隨著車(chē)用電器設(shè)備如發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)、倒車(chē)?yán)走_(dá)等電子設(shè)備越來(lái)越多，以GPS、GIS、GSM即3G為代表的一系列新型的電子通信產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)用，對(duì)汽車(chē)線(xiàn)路的綜合布置以及信息之間的相互共享交互有了更高層次的需求。之前對(duì)汽車(chē)電子產(chǎn)品應(yīng)用能力有限，傳統(tǒng)的線(xiàn)路布置一般都比較單一，相互之間對(duì)于信息的交流幾乎沒(méi)有，這種認(rèn)知下導(dǎo)致整個(gè)線(xiàn)路十分龐大。并且在材料上，也大大浪費(fèi)了資源的消耗，還有就是人力成本也相應(yīng)增加。如何將汽車(chē)多重功能綜合應(yīng)用并進(jìn)行信息傳送是一大問(wèn)題，而CAN總線(xiàn)正好滿(mǎn)足這一要求。汽車(chē)的電控燃油系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)以及尾氣的循環(huán)利用系統(tǒng)、導(dǎo)航空調(diào)等系統(tǒng)作為一個(gè)小小的控制單元，每個(gè)控制單元之間對(duì)實(shí)時(shí)性要求的不同，數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期都會(huì)不同，從而形成一個(gè)基于優(yōu)先權(quán)競(jìng)爭(zhēng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，CAN都滿(mǎn)足這些要求。

1 ?CAN總線(xiàn)原理及特點(diǎn)

CAN首先是屬于多路傳輸系統(tǒng)的一種。CAN（ControllerAreaNetwork）也就是控制器局域網(wǎng)絡(luò)，一般稱(chēng)它為“CANbus”、CAN總線(xiàn)[1]。CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)主要是由一個(gè)控制器、一個(gè)收發(fā)器、兩個(gè)數(shù)據(jù)終端以及兩條數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)組成。除了線(xiàn)路之外，其他一些元件均分布在控制單元內(nèi)。CAN控制器主要作用就是用來(lái)接收控制單元從微電腦發(fā)出的指令，這個(gè)指令是汽車(chē)系統(tǒng)單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理再傳輸?shù)紺AN收發(fā)器中，同樣的CAN控制器也可以將CAN收發(fā)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并且傳送到控制單元之中，這是一個(gè)雙向傳導(dǎo)的過(guò)程。CAN收發(fā)器主要就是信息的轉(zhuǎn)化，它將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一種電信號(hào)運(yùn)送到數(shù)據(jù)的傳輸線(xiàn)，它擔(dān)任信息的轉(zhuǎn)運(yùn)站，為CAN總線(xiàn)進(jìn)行信息接收并發(fā)送，因此，CAN收發(fā)器這么重要的作用是其他元件不能代替的。數(shù)據(jù)傳送終端主要就是一個(gè)電阻器，主要功能就是防止數(shù)據(jù)在傳送過(guò)程中被反射，影響在線(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。它主要是以回聲的形式返回這是它最重要的一個(gè)特點(diǎn)。最后便是數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)，它是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳輸?shù)?。有兩條數(shù)據(jù)線(xiàn)，分別是CAN高線(xiàn)（CAN-H）和CAN低線(xiàn)（CAN-L）。這兩條線(xiàn)是纏繞在一起的，稱(chēng)為雙絞線(xiàn)，主要是為了防止外界的電磁波對(duì)其的干擾，也為了防止信號(hào)對(duì)外面的輻射。但是這兩條線(xiàn)路的電壓是相反的，如果一條是5V，那另一條則為0V，我們要始終保證電壓總和是一個(gè)常數(shù)，這種方法主要是保護(hù)CAN總線(xiàn)，既保證無(wú)輻射環(huán)境，也有利于信號(hào)源無(wú)損耗傳輸。

CAN有兩種比較典型的通信方式，第一種是多主方式，在這種方式下，網(wǎng)絡(luò)上可以在任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)任意一個(gè)位置主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，并且不分主次，這種方式最好的特點(diǎn)就是通信比較靈活。也不需要占用節(jié)點(diǎn)地址，從而完成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、全局的進(jìn)行接收信號(hào)傳遞數(shù)據(jù)的任務(wù)。還有一種是主從方式，這種方式主要是根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)，在兩個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，按照程序設(shè)定，優(yōu)先等級(jí)比較低的主動(dòng)停止發(fā)送，讓優(yōu)先等級(jí)比較高的先完成信息傳遞，完成作業(yè)內(nèi)容，這種方式解決了主線(xiàn)沖突，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較嚴(yán)重的情況下，盡可能避免了出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的現(xiàn)象。

CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)有下面幾點(diǎn)：

①目前為止，它是成本比較低并且唯一一個(gè)擁有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的總線(xiàn)。

②CAN多主方式工作即它不分主次，可以在任何時(shí)候在網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)向其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，大大提高了利用率。

③采用了短幀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)傳輸時(shí)間較短且效率高、質(zhì)量高。

④CAN選擇為雙絞線(xiàn)、光纖或電纜，這種介質(zhì)應(yīng)用靈活。

⑤CAN在有錯(cuò)誤時(shí)，它會(huì)自動(dòng)的關(guān)閉輸出功能，這樣可以保證總線(xiàn)上其他的節(jié)點(diǎn)不受影響繼續(xù)工作，而且發(fā)送信息有破壞時(shí)，還可以自動(dòng)的重新發(fā)送。

⑥CAN的直接通信的距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10KM并且通信速率最高可以達(dá)到1MB/s，這個(gè)時(shí)候的距離是40m。

2 ?CAN總線(xiàn)的應(yīng)用及發(fā)展

CAN總線(xiàn)在工業(yè)上的應(yīng)用始于汽車(chē)且不止于汽車(chē)，CAN總線(xiàn)的開(kāi)始是專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)量身定制的。作為一個(gè)控制器系統(tǒng)，局域網(wǎng)通訊協(xié)議CAN總線(xiàn)在汽車(chē)上發(fā)揮了重要的作用。CAN總線(xiàn)通訊只需要兩條線(xiàn)路，大大減少了在車(chē)身上線(xiàn)路布局。在沒(méi)有CAN總線(xiàn)的汽車(chē)上，打開(kāi)車(chē)身你會(huì)看到很多的線(xiàn)路交叉連接著各種機(jī)器元件。這些線(xiàn)路容易老化，不僅危險(xiǎn)系數(shù)極高還大大縮短汽車(chē)的壽命，給檢修工作帶來(lái)不少麻煩。CAN總線(xiàn)可以連接各種傳感器，把傳感器探測(cè)到的信號(hào)通過(guò)CAN總線(xiàn)直接傳遞給中心控制系統(tǒng)，讓中心控制系統(tǒng)做出適當(dāng)?shù)闹噶钭詣?dòng)控制車(chē)輛所有系統(tǒng)智能運(yùn)行。比如連接防撞傳感器、安全囊里的傳感器、路障識(shí)別傳感器等。把無(wú)人駕駛智能汽車(chē)的誕生推上日程。

汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)CAN主要連接對(duì)象是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器（ECU）、變速箱、ABS控制器、安全氣囊控制器等等，它們的基本特征相同，都是控制與汽車(chē)行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。車(chē)身系統(tǒng)CAN主要連接和控制的汽車(chē)內(nèi)外部照明、燈光信號(hào)、空調(diào)、組合儀表及其他輔助電器等。目前，動(dòng)力系統(tǒng)CAN和車(chē)身系統(tǒng)CAN這兩條獨(dú)立的總線(xiàn)之間設(shè)計(jì)有“網(wǎng)關(guān)”，以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)CAN之間的資源共享，并將各個(gè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)的信息反饋到儀表板上。駕車(chē)者只要看儀表板，就可以知道各個(gè)電控裝置是否正常。

CAN總線(xiàn)系統(tǒng)防干擾能力強(qiáng)，信號(hào)穩(wěn)定可靠。這一點(diǎn)對(duì)汽車(chē)路上安全行駛十分重要。汽車(chē)上的機(jī)器工作環(huán)境如此惡劣，比如點(diǎn)火線(xiàn)圈點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)100℃左右的高溫。這些因素并不會(huì)對(duì)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)作產(chǎn)生影響。同時(shí)，先進(jìn)的防盜設(shè)計(jì)也正基于CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先，確認(rèn)鑰匙合法性的校驗(yàn)信息通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，改進(jìn)了加密算法，其校驗(yàn)的信息比以往的防盜系統(tǒng)更豐富;其次，車(chē)鑰匙、防盜控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器相互儲(chǔ)存對(duì)方信息，而且在校驗(yàn)碼中攙雜隨機(jī)碼，無(wú)法進(jìn)行破譯，從而提高防盜系統(tǒng)的安全性。而這些功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)一不借助CAN總線(xiàn)來(lái)完成，CAN總線(xiàn)成為汽車(chē)智能化控制的“定海神針”。

現(xiàn)在汽車(chē)的技術(shù)性能已經(jīng)越來(lái)越好，但結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜，因此出現(xiàn)故障時(shí)，診斷難度也越來(lái)越大，因此就需要建立一個(gè)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控整車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，不斷的檢測(cè)汽車(chē)情況，出現(xiàn)故障時(shí)候也能夠采取一定的措施，但是一些問(wèn)題需要專(zhuān)業(yè)的人員來(lái)解決，更加需要一個(gè)相互連接的系統(tǒng)，因此利用CAN總線(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境再讓電動(dòng)汽車(chē)和充電樁通過(guò)以太網(wǎng)，WiFi或GPRS網(wǎng)絡(luò)接入電動(dòng)汽車(chē)制造商和充電樁運(yùn)營(yíng)商的監(jiān)控中心。電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)商和充電樁運(yùn)營(yíng)商監(jiān)控中心：包含了企業(yè)的全部核心應(yīng)用。其一般由有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入（帶有固定公網(wǎng)IP地址）、支持VPN接入的防火墻、企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器群，及維護(hù)人員組成。作為管理人員可通過(guò)人工方式，或企業(yè)已有的應(yīng)用服務(wù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行維護(hù)或監(jiān)控。出差維護(hù)工程師：身處異地的維護(hù)工程師會(huì)由于多種原因參與到遠(yuǎn)程的客戶(hù)支持中。維護(hù)工程師可以接入Internet，通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)家監(jiān)控中心的安全認(rèn)證，與客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備建立連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷維修[2]。

CAN總線(xiàn)與5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合打造全新的升級(jí)版車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。達(dá)到車(chē)與車(chē)、車(chē)與人、車(chē)與城市更加緊密的聯(lián)系在一起，形成一個(gè)無(wú)縫隙對(duì)接網(wǎng)。傳統(tǒng)意義的車(chē)聯(lián)網(wǎng)因網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制只是簡(jiǎn)單的將機(jī)車(chē)聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)以機(jī)車(chē)為單位，只能在網(wǎng)絡(luò)上獲得關(guān)于車(chē)輛的地點(diǎn)、位置、速度等簡(jiǎn)單的信息。這些信息量還不能夠滿(mǎn)足我們對(duì)汽車(chē)的控制與管理。5G時(shí)代的來(lái)臨，解決了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯?wèn)題，CAN總線(xiàn)與5G網(wǎng)絡(luò)搭建的升級(jí)版車(chē)聯(lián)網(wǎng)不再僅僅以機(jī)車(chē)節(jié)點(diǎn)為單位，甚至可以以機(jī)車(chē)上的每一個(gè)傳感器、控制器、電子設(shè)備為單位。通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳播，可以在網(wǎng)絡(luò)中獲取更過(guò)關(guān)于汽車(chē)的信息。比如可以隨時(shí)遠(yuǎn)程了解汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車(chē)油量、電量、精準(zhǔn)里程、精準(zhǔn)軌跡、甚至車(chē)燈狀態(tài)等情況。對(duì)車(chē)輛控制器的遠(yuǎn)程控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整輛車(chē)的遠(yuǎn)程操控，無(wú)人駕駛。

實(shí)現(xiàn)汽車(chē)CAN總線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，當(dāng)前基于GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如果將CAN總線(xiàn)通信與5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，將進(jìn)一步突破CAN總線(xiàn)通訊方式的地域限制，充分發(fā)揮無(wú)限網(wǎng)通信，免布線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。升級(jí)版的車(chē)輛網(wǎng)不管對(duì)車(chē)輛的遠(yuǎn)程操作，還是對(duì)車(chē)輛的安全管理，又或者對(duì)車(chē)輛制造商的后期車(chē)輛維護(hù)與保險(xiǎn)公司對(duì)車(chē)輛的損壞理賠甄別都無(wú)疑是不可多得的工具。

3 ?結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化集成程度越來(lái)越高，CAN的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。醫(yī)療、航天、軍工均有涉獵。在信息化極高的今天，要對(duì)通信理論、傳輸調(diào)度進(jìn)行完善。汽車(chē)領(lǐng)域，電子技術(shù)的速猛發(fā)展，各大廠(chǎng)商都開(kāi)始角逐車(chē)載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制定，不斷的完善創(chuàng)新各自的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。但是從發(fā)展來(lái)看，還需要更加注重安全性、有效性以及緊湊型、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且各大廠(chǎng)商沒(méi)有形成一個(gè)整體，不能形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)研究中車(chē)載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該會(huì)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，有助于行業(yè)不斷前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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