CAN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)車(chē)身控制中的應用

1.引言

20世紀80年代以來(lái)，隨著(zhù)集成電路和單片機在汽車(chē)上的廣泛應用， 汽車(chē)上電子控制單元越來(lái)越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電控門(mén)窗裝置和主動(dòng)懸架等等。在這種情況下，如果仍采用常規的布線(xiàn)方式，即電線(xiàn)一端與開(kāi)關(guān)相接，另一端與用電設備相通，將導致車(chē)上電線(xiàn)數目急劇增加，使得電線(xiàn)的質(zhì)量占整車(chē)質(zhì)量的4％左右。另外，電控系統的增加雖然提高了轎車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟性和舒適性，但隨之增加的復雜電路也降低了車(chē)輛的可靠性，增加了維修的難度。為此，改革汽車(chē)電氣技術(shù)的呼聲日益高漲。因此，一種新的概念——車(chē)用控制器局域網(wǎng)絡(luò )CAN應運而生。

2.CAN簡(jiǎn)介

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò )(Controller Area Network)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是由德國的Bosch公司及幾個(gè)半導體生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)出來(lái)的，CAN 總線(xiàn)是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)。它具有很高的網(wǎng)絡(luò )安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性,簡(jiǎn)單實(shí)用,網(wǎng)絡(luò )成本低。特別適用于汽車(chē)計算機控制系統和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。

3.CAN總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)

CAN總線(xiàn)可有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)，同軸電纜或光纖，其主要特點(diǎn)是：

（1）CAN總線(xiàn)為多主站總線(xiàn)，各節點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò )上的其他節點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信靈活

（2）CAN總線(xiàn)采用獨特的非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，優(yōu)先級高的節點(diǎn)優(yōu)先傳送數據，可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求

（3）CAN總線(xiàn)具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播傳送數據的功能

（4）CAN總線(xiàn)采用短幀結構，每幀有效字節數最多為8個(gè)，數據傳輸時(shí)間短，并有CRC及其他校驗措施，數據出錯率極低

（5）CAN總線(xiàn)上某一節點(diǎn)出現嚴重錯誤時(shí)，可自動(dòng)脫離總線(xiàn)，而總線(xiàn)上的其他操作不受影響

（6）CAN總線(xiàn)系統擴充時(shí)，可直接將新節點(diǎn)掛在總線(xiàn)上，因而走線(xiàn)少，系統擴充容易，改型靈活

（7）CAN總線(xiàn)最大傳輸速率可達1Mb/s（此時(shí)通信距離最長(cháng)為40m），直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）

（8）CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)數主要取決于總線(xiàn)驅動(dòng)電路。在標準幀（11位報文標識符）可達110個(gè)，而在擴展幀（29位報文標識符）其個(gè)數幾乎不受限制。


4.CAN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)中的應用優(yōu)勢

CAN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)中的應用具有以下優(yōu)勢：

（1）信息共享

采用CAN總線(xiàn)技術(shù)可以實(shí)現各ECU之間的信息共享，減少不必要的線(xiàn)束和傳感器。例如具有CAN總線(xiàn)接口的電噴發(fā)動(dòng)機，其它電器可共享其提供的轉速、水溫、機油壓力、機油溫度、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據顯示在儀表上，便于司機檢查發(fā)動(dòng)機運行工況，從而便于發(fā)動(dòng)機的保養維護。表1給出了汽車(chē)部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數據類(lèi)型及其他單元對這些信息共享的情況。


汽車(chē)部分電控單元數據發(fā)送、接受情況

（2）減少線(xiàn)束

新型電子通訊產(chǎn)品的出現對汽車(chē)的綜合布線(xiàn)和信息的共享交互提出了更高的要求，傳統的電氣系統大多采用點(diǎn)對點(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(xiàn)系統。據統計一輛采用傳統布線(xiàn)方法的高檔汽車(chē)中，其導線(xiàn)長(cháng)度可達2000米，電氣節點(diǎn)達1500個(gè)，而且該數字大約每十年增長(cháng)1倍。這種傳統布線(xiàn)方法不能適應汽車(chē)的發(fā)展。CAN總線(xiàn)可有效減少線(xiàn)束，節省空間。例如某車(chē)門(mén)-后視鏡、搖窗機、門(mén)鎖控制等的傳統布線(xiàn)需要20-30根，應用總線(xiàn)CAN則只需要2根。

（3）關(guān)聯(lián)控制

在一定事故下，需要對各ECU進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，而這是傳統汽車(chē)控制方法難以完成的。CAN總線(xiàn)技術(shù)可以實(shí)現多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)調工作，它們通過(guò)傳感器感受碰撞信號，通過(guò)CAN總線(xiàn)將傳感器信號傳送到一個(gè)中央處理器內，控制各安全氣囊的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。