CAN总线在汽车领域的应用

摘要 CAN总线技术因具备独特的设计、较高的可靠性及特性，适合工业过程监控设备的互连。众多知名品牌汽车也已采用CAN总线技术。文中分析了CAN总线的发展和汽车CAN总线技术的特征，对CAN总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。
关键词 CAN总线；汽车电子；智能系统
    CAN总线是国际上应用较为广泛的现场总线之一，可实现对车辆本身的控制。对于汽车工业而言，它的实时性、灵活性、可靠性以及低成本，有着较大的市场空间。如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN总线控制装置。
1 CAN总线的发展
    在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性要求不尽相同，且因多条总线构成的情况复杂、线束数量增加。原以为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过IS011898及IS0 11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
2 汽车CAN总线技术的特征
    (1)设计目标。
    对于汽车CAN总线传输而言，必须要保证以下几方面：信号的逻辑“0”要与信号的逻辑“1”进行明显的区分；具备利用信息内容解决总线访问堵塞的能力；具备最优化的传输速率；节点自动故障诊断和节点快速成功访问总线的能力；汽车CAN总线能够随着数据传输率的增加具备一定的可扩充性等。
    (2)数字信号的编码。
    正确编码数字信号对于确保信息可靠性传输，具有重要作用。汽车局域网数据信号基本采用两种方式：不归零制(NRZ)和脉宽调制PWM)。采用不归零制进行信息传输，一般用于传输速率较高的场合，速率上限为1 Mb·s-1；而采用脉宽调制作为编码方案时，一般用于传输速率较低的场合，速率上限为3 x 105kb·s-1。
    (3)网络拓扑结构。
    汽车CAN总线具有以下优点：总线结构简单、可靠性高、电缆短、无源元件、布线容易、易于扩充。如果需要增加CAN总线长度，可利用中继器加入一个附加段。如需增加新节点，只需在汽车CAN总线的某点将其接入。CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均约为2．5 V，此时状态表示为逻辑“1”，也可称为“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显性”，此时，通常电压值为CAN_H=3．5 V和CAN_L=1．5 V。
3 CAN总线在汽车领域的应用
    (1)CAN总线技术的应用。
    国外知名汽车基本都已经采用了CAN总线技术，例如沃尔沃、林肯、奥迪、宝马等，而国内汽车品牌，例如奇瑞等公司也已经有几款车型应用了总线技术。CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器，将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上，在这个信息共享平台上，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息，从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆安全行驶、舒适和可靠。一般来说，越高档的车配备的CAN_BUS数量越多，价格也越高，如途安、帕萨特等车型当中都配备了多个CAN总线。
    (2)汽车CAN总线节点ECU的硬件设计。
    汽车CAN总线研发的核心技术就是对带有CAN接口的ECU进行设计，其中ECU的CAN总线模块由CAN控制器和CAN收发器构成。CAN控制器执行完整的CAN协议，完成通讯功能，包括信息缓冲和接收滤波。CAN控制器与物理总线之间需CAN收发器作为接口，它实现CAN控制器与总线之间逻辑电平信号的转换。
    (3)CAN总线在国内自主品牌汽车中的应用。
    由于受成本控制、技术实力等因素的限制，CAN_BUS总线技术一般都出现在国外高端汽车，在A级及以下级别车型当中，该项技术大多出现在合资品牌当中，如POLO、新宝来等。在自主品牌中，采用CAN总线技术的车型中很少，风云2则是其中的代表车型。风云2 CAN总线技术，可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表及其他控制器的通讯，做到全车信息及时共享。在风云2的组合仪表盘当中，阶段里程、未关车门精确显示、安全带未系提醒等20多项信息全部可以显示，比同级产品增加一倍，这样增加了驾驶过程中的安全度。
    另外，在CAN总线技术的帮助下，内部各种传感器实现信息共享后，大大减少了车体内线束和控制器的接口数量，避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患，降低了汽车电气系统的故障发生率。打开发动机舱盖，看到的是清晰简洁的舱内布局。维修方面，CAN总线技术的应用也使得故障排查得到最便利的保证。CAN总线智能管家系统符合欧美OBDII标准法规，实现了在线诊断的功能。在车辆发生故障后，各个控制器通过CAN总线智能管家系统存储故障代码，由专业人员，通过诊断仪为车辆诊断出各种故障状态，快速准确地查找到故障点，第一时间排除故障。利用CAN总线技术实现系统集成的信息传输，大大提高了各部件的响应速度，减少了配件磨损发生率，也相应的降低了维修成本；而且，先进集成技术的应用，也大幅提高了车辆自身的科技含量，增强了产品竞争力。