1.引言

    20世紀80年代以來，隨著集成電路和單片機在汽車上的廣泛應用， 汽車上電子控制單元越來越多， 例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動懸架等等。在這種情況下，如果仍采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開關相接，另一端與用電設備相通，將導致車上電線數(shù)目急劇增加，使得電線的質(zhì)量占整車質(zhì)量的4％左右。另外，電控系統(tǒng)的增加雖然提高了轎車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性，但隨之增加的復雜電路也降低了車輛的可靠性，增加了維修的難度。為此，改革汽車電氣技術的呼聲日益高漲。因此，一種新的概念——車用控制器局域網(wǎng)絡CAN應運而生。

2.CAN簡介

    CAN是控制器局域網(wǎng)絡(Controller Area Network)的簡稱，它是由德國的Bosch公司及幾個半導體生產(chǎn)商開發(fā)出來的，CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡安全性、通訊可靠性和實時性,簡單實用,網(wǎng)絡成本低。特別適用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。

3.CAN總線技術特點

    CAN總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r控制，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，其主要特點是：

（1）CAN總線為多主站總線，各節(jié)點可在任意時刻向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通信靈活

（2）CAN總線采用獨特的非破壞性總線仲裁技術，優(yōu)先級高的節(jié)點優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實時性要求

（3）CAN總線具有點對點、一點對多點及全局廣播傳送數(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)較多為8個，數(shù)據(jù)傳輸時間短，并有CRC及其他校驗措施，數(shù)據(jù)出錯率極低

（5）CAN總線上某一節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤時，可自動脫離總線，而總線上的其他操作不受影響

（6）CAN總線系統(tǒng)擴充時，可直接將新節(jié)點掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴充容易，改型靈活

（7）CAN總線較大傳輸速率可達1Mb/s（此時通信距離較長為40m），直接通信距離較遠可達10km（速率5kbps以下）

（8）CAN總線上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路。在標準幀（11位報文標識符）可達110個，而在擴展幀（29位報文標識符）其個數(shù)幾乎不受限制

4.CAN總線技術在汽車中的應用優(yōu)勢

CAN總線技術在汽車中的應用具有以下優(yōu)勢：

（1）信息共享

采用CAN總線技術可以實現(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)動機，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力、機油溫度、油量瞬時流速等，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，便于司機檢查發(fā)動機運行工況，從而便于發(fā)動機的保養(yǎng)維護。表1給出了汽車部分電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型及其他單元對這些信息共享的情況。

汽車部分電控單元數(shù)據(jù)發(fā)送、接受情況

（2）減少線束

    新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)對汽車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)大多采用點對點的單一通信方式，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)計一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導線長度可達2000米，電氣節(jié)點達1500個，而且該數(shù)字大約每十年增長1倍。這種傳統(tǒng)布線方法不能適應汽車的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車門-后視鏡、搖窗機、門鎖控制等的傳統(tǒng)布線需要20-30根，應用總線CAN則只需要2根。

（3）關聯(lián)控制

    在一定事故下，需要對各ECU進行關聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車控制方法難以完成的。CAN總線技術可以實現(xiàn)多ECU的實時關聯(lián)控制。在發(fā)生碰撞事故時，汽車上的多個氣囊可通過CAN協(xié)調(diào)工作，它們通過傳感器感受碰撞信號，通過CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。

5.CAN總線技術在汽車中的應用實例

    世界上一些著名汽車制造廠商如奔馳、寶馬等都已開始采用CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。目前國產(chǎn)的很多汽車上也引入了CAN總線技術，如大眾途安、帕薩特等車型一般將CAN總線分為低速CAN和高速CAN。低速CAN的總線速度為10Kbps-125Kbps，主要運用在車身控制模塊領域；高速為250Kbps-1Mbps，應用在發(fā)動機、變速箱、ABS等實時性要求強的控制模塊。但各種車型都會視具體情況采用適合于自身的總線結(jié)構(gòu)。下面是幾種比較典型的CAN總線應用方案。

5.1 CAN總線方案一

CAN總線應用方案一如圖1所示。

CAN總線應用方案一

    方案一是一個完整的分布式汽車電子控制系統(tǒng)，它采用多子網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將信息交換比較密切的系統(tǒng)放在一個子網(wǎng)中，使整個系統(tǒng)具有很高的實時性，不同子網(wǎng)之間根據(jù)不同的應用特點，采用不同的物理層接口以及通信速率，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。方案一簡化了各個CAN子網(wǎng)的設計難度，但是整車的網(wǎng)絡系統(tǒng)設計以及總線通信協(xié)議比較復雜，硬件上對網(wǎng)關的要求比較高，需要有強大的數(shù)據(jù)處理能力，而且系統(tǒng)成本比較高，適合于中高檔轎車采用。

5.2 CAN總線方案二

    方案二中整車的CAN總線網(wǎng)絡分為高速網(wǎng)絡和低速網(wǎng)絡兩部分，高速網(wǎng)采用雙線式高速CAN總線(1Mbps)，低速網(wǎng)采用雙線式CAN總線(125gbps)IS011519。儀表顯示模塊作為網(wǎng)關完成兩部分數(shù)據(jù)之間的傳輸。CAN總線應用方案二如圖2所示。

CAN總線應用方案二

    整個系統(tǒng)分為高速和低速兩部分。動力傳動總線和安全總線合并成高速總線，這樣做降低了通信的實時性，但是考慮到傳動系總線中一般是周期性的數(shù)據(jù)，而安全總線中一般是突發(fā)性的數(shù)據(jù)，只要選擇合適的幀優(yōu)先級就可以彌補這個缺點。舒適總線和信息總線合并為低速總線，這兩部分中對數(shù)據(jù)的實時性要求不高，125Kbps的速率完全可以滿足需求。

    方案二系統(tǒng)成本不高，且性能也沒有太大的損失，性價比又不錯，適合于中低檔轎車采用。

5.3 CAN總線方案三

    由于使用CAN總線會使系統(tǒng)成本增加，在一些不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，使用LIN總線可大大節(jié)省成本，所以LIN總線得到了越來越廣泛的應用。

    LIN(Local Interconnect Network)總線是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN總線的目標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(例如CAN總線)提供輔助功能。LIN的標準化將簡化多種現(xiàn)存的多點解決方案，且將降低在汽車電子領域中的