CAN總線(xiàn)在汽車(chē)領(lǐng)域的應用

摘要 CAN總線(xiàn)技術(shù)因具備獨特的設計、較高的可靠性及特性，適合工業(yè)過(guò)程監控設備的互連。眾多知名品牌汽車(chē)也已采用CAN總線(xiàn)技術(shù)。文中分析了CAN總線(xiàn)的發(fā)展和汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)的特征，對CAN總線(xiàn)在汽車(chē)領(lǐng)域的應用進(jìn)行了深入的探討。
關(guān)鍵詞 CAN總線(xiàn)；汽車(chē)電子；智能系統

CAN總線(xiàn)是國際上應用較為廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一，可實(shí)現對車(chē)輛本身的控制。對于汽車(chē)工業(yè)而言，它的實(shí)時(shí)性、靈活性、可靠性以及低成本，有著(zhù)較大的市場(chǎng)空間。如發(fā)動(dòng)機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入CAN總線(xiàn)控制裝置。

1 CAN總線(xiàn)的發(fā)展
在當前的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統被開(kāi)發(fā)出來(lái)。由于這些系統之間通信所用的數據類(lèi)型及對可靠性要求不盡相同，且因多條總線(xiàn)構成的情況復雜、線(xiàn)束數量增加。原以為適應“減少線(xiàn)束的數量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數據的高速通信”的需要，1986年德國電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過(guò)IS011898及IS0 11519進(jìn)行了標準化，在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的標準協(xié)議，CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫療設備、工業(yè)設備等方面。

2 汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)的特征
(1)設計目標。
對于汽車(chē)CAN總線(xiàn)傳輸而言，必須要保證以下幾方面：信號的邏輯“0”要與信號的邏輯“1”進(jìn)行明顯的區分；具備利用信息內容解決總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)堵塞的能力；具備最優(yōu)化的傳輸速率；節點(diǎn)自動(dòng)故障診斷和節點(diǎn)快速成功訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)的能力；汽車(chē)CAN總線(xiàn)能夠隨著(zhù)數據傳輸率的增加具備一定的可擴充性等。
(2)數字信號的編碼。
正確編碼數字信號對于確保信息可靠性傳輸，具有重要作用。汽車(chē)局域網(wǎng)數據信號基本采用兩種方式：不歸零制(NRZ)和脈寬調制PWM)。采用不歸零制進(jìn)行信息傳輸，一般用于傳輸速率較高的場(chǎng)合，速率上限為1 Mb·s-1；而采用脈寬調制作為編碼方案時(shí)，一般用于傳輸速率較低的場(chǎng)合，速率上限為3 x 105kb·s-1。
(3)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。
汽車(chē)CAN總線(xiàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：總線(xiàn)結構簡(jiǎn)單、可靠性高、電纜短、無(wú)源元件、布線(xiàn)容易、易于擴充。如果需要增加CAN總線(xiàn)長(cháng)度，可利用中繼器加入一個(gè)附加段。如需增加新節點(diǎn)，只需在汽車(chē)CAN總線(xiàn)的某點(diǎn)將其接入。CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線(xiàn)、光纖等。最常用的就是雙絞線(xiàn)。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線(xiàn)被稱(chēng)為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時(shí)均約為2．5 V，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可稱(chēng)為“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱(chēng)為“顯性”，此時(shí)，通常電壓值為CAN_H=3．5 V和CAN_L=1．5 V。

3 CAN總線(xiàn)在汽車(chē)領(lǐng)域的應用
(1)CAN總線(xiàn)技術(shù)的應用。
國外知名汽車(chē)基本都已經(jīng)采用了CAN總線(xiàn)技術(shù)，例如沃爾沃、林肯、奧迪、寶馬等，而國內汽車(chē)品牌，例如奇瑞等公司也已經(jīng)有幾款車(chē)型應用了總線(xiàn)技術(shù)。CAN總線(xiàn)技術(shù)就是通過(guò)遍布車(chē)身的傳感器，將汽車(chē)的各種行駛數據發(fā)送到“總線(xiàn)”上，在這個(gè)信息共享平臺上，凡是需要這些數據的接收端都可以從“總線(xiàn)”上讀取需要的信息，從而使汽車(chē)的各個(gè)系統協(xié)調運作、信息共享、保證車(chē)輛安全行駛、舒適和可靠。一般來(lái)說(shuō)，越高檔的車(chē)配備的CAN_BUS數量越多，價(jià)格也越高，如途安、帕薩特等車(chē)型當中都配備了多個(gè)CAN總線(xiàn)。
(2)汽車(chē)CAN總線(xiàn)節點(diǎn)ECU的硬件設計。
汽車(chē)CAN總線(xiàn)研發(fā)的核心技術(shù)就是對帶有CAN接口的ECU進(jìn)行設計，其中ECU的CAN總線(xiàn)模塊由CAN控制器和CAN收發(fā)器構成。CAN控制器執行完整的CAN協(xié)議，完成通訊功能，包括信息緩沖和接收濾波。CAN控制器與物理總線(xiàn)之間需CAN收發(fā)器作為接口，它實(shí)現CAN控制器與總線(xiàn)之間邏輯電平信號的轉換。
(3)CAN總線(xiàn)在國內自主品牌汽車(chē)中的應用。
由于受成本控制、技術(shù)實(shí)力等因素的限制，CAN_BUS總線(xiàn)技術(shù)一般都出現在國外高端汽車(chē)，在A(yíng)級及以下級別車(chē)型當中，該項技術(shù)大多出現在合資品牌當中，如POLO、新寶來(lái)等。在自主品牌中，采用CAN總線(xiàn)技術(shù)的車(chē)型中很少，風(fēng)云2則是其中的代表車(chē)型。風(fēng)云2 CAN總線(xiàn)技術(shù)，可以實(shí)現發(fā)動(dòng)機、變速箱、ABS、車(chē)身、儀表及其他控制器的通訊，做到全車(chē)信息及時(shí)共享。在風(fēng)云2的組合儀表盤(pán)當中，階段里程、未關(guān)車(chē)門(mén)精確顯示、安全帶未系提醒等20多項信息全部可以顯示，比同級產(chǎn)品增加一倍，這樣增加了駕駛過(guò)程中的安全度。
另外，在CAN總線(xiàn)技術(shù)的幫助下，內部各種傳感器實(shí)現信息共享后，大大減少了車(chē)體內線(xiàn)束和控制器的接口數量，避免了過(guò)多線(xiàn)束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車(chē)電氣系統的故障發(fā)生率。打開(kāi)發(fā)動(dòng)機艙蓋，看到的是清晰簡(jiǎn)潔的艙內布局。維修方面，CAN總線(xiàn)技術(shù)的應用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線(xiàn)智能管家系統符合歐美OBDII標準法規，實(shí)現了在線(xiàn)診斷的功能。在車(chē)輛發(fā)生故障后，各個(gè)控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)智能管家系統存儲故障代碼，由專(zhuān)業(yè)人員，通過(guò)診斷儀為車(chē)輛診斷出各種故障狀態(tài)，快速準確地查找到故障點(diǎn)，第一時(shí)間排除故障。利用CAN總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現系統集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應的降低了維修成本；而且，先進(jìn)集成技術(shù)的應用，也大幅提高了車(chē)輛自身的科技含量，增強了產(chǎn)品競爭力。