CAN總線(xiàn)技術(shù)概況

　　1.1 CAN總線(xiàn)技術(shù)概況
　　CAN,全稱(chēng)為“Controller Area Network”,即控制器局域網(wǎng),是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。它是由德國B(niǎo)OSCH公司從80年代初為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議，它是一種多主總線(xiàn)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維。通信速率最高可達1MBPS。在汽車(chē)環(huán)境中CAN被設計用于微控制器間通訊,在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息,形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )，可以有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制。得益于其通信速率高、容易實(shí)現、且性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，CAN網(wǎng)絡(luò )在現代汽車(chē)上得到了大量應用，比如：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控制裝置。如圖為現代轎車(chē)上典型的CAN總線(xiàn)應用的拓撲圖。

　　CAN總線(xiàn)的發(fā)展與國際標準化組織和各大廠(chǎng)商的標準化進(jìn)程密不可分。開(kāi)放系統互連（OSI:Open System Inter連接ion）模型是由國際標準化組織提出的一個(gè)計算機通信替體系的模型，定義為ISO7498。OSI模型由七層組成，如圖所示，分層的目的是使得協(xié)議的開(kāi)發(fā)可以根據所需各層的從能來(lái)進(jìn)行。CAN通信協(xié)議對物理層、數據鏈路層、應用層、網(wǎng)絡(luò )管理層進(jìn)行了定義，CAN診斷協(xié)議對物理層（診斷接口）、網(wǎng)絡(luò )層、應用層進(jìn)行了定義。相關(guān)的標準協(xié)議主要有：
　?。?）ISO11898和ISO11519：分別對高速CAN和低速CAN的物理層進(jìn)行了標準化。
　?。?）j1939：美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )（SAE）制定，基于CAN2.0B的CAN協(xié)議，為中重型道路車(chē)輛上電子部件間的通訊提供了標準的體系結構。
　?。?）ISO15765：道路車(chē)輛上基于CAN總線(xiàn)的診斷協(xié)議。
　?。?）各大公司自行定義的轎車(chē)中高速CAN總線(xiàn)協(xié)議：GM、Ford、VW都有自己的協(xié)議。

　　1.2CAN總線(xiàn)的實(shí)現
　　CAN總線(xiàn)實(shí)現主要有硬件及軟件兩部分組成。
　　構成CAN節點(diǎn)硬件的半導體器件主要包括以下幾類(lèi)：獨立式控制器，包含CAN控制器的微處理器，CAN收發(fā)器。一般采用“CAN微控制器+CAN收發(fā)器”或“通用型微控制器+獨立式CAN控制器十CAN收發(fā)器”這樣的組合，配以適當的外部電路就構成一個(gè)完整的CAN節點(diǎn)，節點(diǎn)之間再經(jīng)導線(xiàn)簡(jiǎn)單連接便形成“控制器網(wǎng)絡(luò )”?？刂破饔布c雙絞線(xiàn)如圖所示。

　　軟件部分實(shí)現主要包括CAN硬件驅動(dòng)，網(wǎng)絡(luò )管理，診斷接口，bootloader等部分。
　　1.3 CAN總線(xiàn)開(kāi)發(fā)流程
　　一般的CAN總線(xiàn)開(kāi)發(fā)方法為如圖所示的V字形開(kāi)發(fā)流程，從圖中可以看出，由廠(chǎng)商根據整車(chē)架構，進(jìn)行功能設計，提出ECU的需求，供應商根據整車(chē)廠(chǎng)要求進(jìn)行需求分析，結構設計，功能設計，分模塊的實(shí)現，組件測試，集成測試，ECU測試，最后是驗證并交付整車(chē)廠(chǎng)。
　　1.4 CAN在ESP中的應用
　　由于ESP系統有著(zhù)豐富的功能，需要綜合協(xié)調發(fā)動(dòng)機與變速器的動(dòng)作以獲得最佳的控制效果，同時(shí)還需要從發(fā)動(dòng)機EMS和變速器TCU獲得車(chē)輛運行參數進(jìn)行車(chē)輛狀態(tài)估算，所以CAN網(wǎng)絡(luò )被用來(lái)進(jìn)行ESP控制器與其他底盤(pán)動(dòng)力傳動(dòng)系統控制器之間的通訊。同時(shí)，由于ESP控制器多和液壓控制單元集成安裝在靠近發(fā)動(dòng)機艙的位置，而傳感器分布于整車(chē)各個(gè)位置，常將部分傳感器模塊化，將傳感器信號采集控制器集成于傳感器模塊內部，進(jìn)行模數轉換后通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給ESP控制器，這樣使ESP系統模塊化水平大大提高。常見(jiàn)的ESP系統CAN網(wǎng)絡(luò )如下圖所示。

　　ESP中CAN網(wǎng)絡(luò )主要有以下作用：
　　1 各控制器交換數據和控制指令。包括ESP對發(fā)動(dòng)機和變速器的協(xié)調控制，ESP對發(fā)動(dòng)機和變速器的參數獲取，ESP控制器對傳感器節點(diǎn)數據的獲取。
　　2 開(kāi)發(fā)過(guò)程中的標定。開(kāi)發(fā)過(guò)程中基于CAN的標定是一種快速有效，應用廣泛的標定手段。
　　3 生產(chǎn)過(guò)程的標定。在整車(chē)裝配過(guò)程中，其方向盤(pán)轉角傳感器，縱向加速度傳感器，側向加速度傳感器，橫擺角速度傳感器的初始標定也是通過(guò)CAN總線(xiàn)來(lái)實(shí)現。
　　4 故障診斷?；贑AN的故障診斷是某些國家的強制性標準，車(chē)載控制器必須有診斷功能。
　　5 產(chǎn)品升級與配置。擁有Bootloader模塊的控制器可以在出廠(chǎng)后通過(guò)CAN進(jìn)行軟件升級，同時(shí)也可以通過(guò)軟件配置來(lái)給客戶(hù)多樣化的選擇。比如TCS和ESP的硬件相同，可以通過(guò)出廠(chǎng)后的軟件配置定義產(chǎn)品實(shí)現的功能級別，給客戶(hù)差異化的選擇。
　　2 相關(guān)法規
　　2009年前6個(gè)月，幾乎所有歐洲國家裝備ESP車(chē)輛的市場(chǎng)份額再次上升。意大利的數據提高四個(gè)百分點(diǎn)，達到55%；西班牙則上漲到69%。德國78%的新上牌車(chē)輛裝備ESP。
　　近年來(lái)各國紛紛出臺強制措施，提高ESP的新車(chē)出廠(chǎng)裝賠率，以提高車(chē)輛安全性，降低事故發(fā)生率和事故死亡率。
　　美國國家高速公路交通安全管理局（NHTSA）在2007年頒布法規，所有總重在4.5噸以下的車(chē)輛從2012年起必須裝配ESP。
　　2009年3月10日，歐洲議會(huì )作出決定，所有新車(chē)都強制裝配ESP。根據法規，2011年11月起，所有在歐盟注冊的新乘用車(chē)和商用車(chē)都必須裝配主動(dòng)安全系統ESP，而從2014年11月起所有新車(chē)都必須裝配該系統。6月23日，歐盟委員會(huì )通過(guò)該立法。
　　澳大利亞2009年6月頒布立法：在澳洲銷(xiāo)售的車(chē)輛必須強制裝配ESP。該法規規定：自2011年11月起所有新車(chē)型，以及自2013年11月起所有車(chē)型，都必須強制裝配ESP。這比歐洲立法還要提前一年。法規詳細內容，例如涉及車(chē)輛級別的范圍待定。2008年，在澳洲銷(xiāo)售的新車(chē)ESP裝配率是60%。
　　2009年日本NCAP，日本新車(chē)評估體系統（JNCAP）將顯示顯示車(chē)輛是否配備電子穩定控制（ESC），標配時(shí)顯示綠色，選配時(shí)顯示黃色或沒(méi)有裝配時(shí)顯示紅色。NASVA預計，新的JNCAP體系對日本ESC裝配率有積極的影響。
　　2009年3月18日，巴西國家交通委員會(huì )通過(guò)311和312號決議，自2014年1月起，巴西市場(chǎng)上所有銷(xiāo)售的新車(chē)（國產(chǎn)或進(jìn)口）都強制裝配前氣囊和ABS。
　　2009年3月13日加拿大政府計劃推出新的安全法規，自2011年9月1日起，要求在加拿大銷(xiāo)售的所有乘用車(chē)，以及總重在4,5噸以下的商用車(chē)，卡車(chē)和公共汽車(chē)都標配ESP。
　　2009年2月，使用模擬事故場(chǎng)景來(lái)測試車(chē)輛安全性能的歐洲新車(chē)評估體系EuroNCAP將電子穩定程序ESP?納入其新的評估流程。根據其最新指導原則，自2010年起，只有將電子穩定程序ESP作為標準配置的車(chē)型才有可能獲得最高五星的安全評定。
　　對于我國整車(chē)廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，雖然我國強制裝配ESP并無(wú)時(shí)間表，但是想要出口上述地區，則必須裝配符合當地法規的ESP系統。并且，我國新車(chē)出廠(chǎng)ESP裝配率只有不到百分之二十，隨著(zhù)用戶(hù)對汽車(chē)安全系統的認可與安全觀(guān)念的普及，必定還有很大的增長(cháng)空間。