现代汽车中CAN总线技术的应用

张树贵，卫强，李君峰，梁靖汶，赵玉波

（河南天海电器有限公司线束系统研发中心，河南 鹤壁 458030）

现代汽车中CAN总线技术的应用

张树贵，卫强，李君峰，梁靖汶，赵玉波

（河南天海电器有限公司线束系统研发中心，河南 鹤壁 458030）

分析整车CAN总线技术传输线设计的要求。

CAN总线；汽车；传输线设计

近年来，国内汽车产业发展非常迅速，汽车中使用的电子控制系统、通信系统、娱乐系统也越来越多，如发动机控制系统、自动变速器系统、电子防抱死制动控制系统、驱动防滑控制系统、牵引力控制系统、安全气囊系统、制动力分配系统、电动助力转向系统、通信与导航协调系统、电子防盗系统、自动空调系统、声音合成与识别系统、驾驶体验系统、自动驾驶系统等。这些系统均由各个电子控制系统相互连接而成，同时各个系统之间也要互相连接通信，进行各种数据的交换。这些系统都有相应的电子控制系统，每辆汽车上装配多个电子控制系统是很普遍的事情。随着电子控制系统及其附带的通信设备的不断增加，导致整车的电路也越来越繁琐复杂。汽车面临着线束越来越多，线束质量不断增大，线束成本也是越来越高，售后维修相比以前也更加困难。为了解决汽车线束面临的问题，BOSCH公司的工程师在20世纪80年代设计了一种能够满足高速多路的复用通信系统，以共享方式传送多种控制信息，汽车CAN总线的概念因此而诞生。

1 CAN总线网络结构及在汽车中的应用

CAN总线节点一般由微处理器ECU、CAN控制器、CAN收发器3部分组成。CAN总线网络拓朴结构见图1，在一个CAN网络上至少需要有2个CAN总线节点存在。在CAN总线的2个终端，各需要安装1个120Ω的终端电阻；如果CAN总线节点数目大于2个，中间节点就不需要再安装120Ω终端电阻了。终端电阻的规格120Ω并非固定不变的，这和CAN总线网络使用的导线长度有关系。见表1。

图1 CAN总线网络结构图

表1 CAN总线传输电缆长度、导线截面积和通信波特率的关系

1）电缆交流参数推荐值：120Ω特征电阻，5ns／m延时。

2）为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最低，使用较大的电阻有助于增加总线长度。在ISO 11898标准中，提供的参考值为118 Ω＜RT＜130 Ω的范围，所以一般情况下汽车上都会选用120Ω的电阻。

3）汽车上常用的CAN总线网络连接方式：①对于配置不高的车型，可以采用通信速率为500kB／s的1条混合CAN总线（图2），该CAN总线通信主要具有发动机管理系统EMS、变速器控制器TCU、车身控制模块BCM、防抱死系统ABS、电子助力转向系统EPS、安全气囊控制单元ACU、多媒体交互系统MMI、组合仪表控制单元IPK等功能。②对于配置高的车型，往往会采用多条CAN总线，并加上LIN线来构建网络，如图3所示。一般要求CAN总线的通信速率达500kB／s，LIN线的通信速率达19.2kB／s。

图2 混合CAN总线网络拓扑图

图3 多条CAN总线网络拓扑图

CAN总线大多分为动力CAN、舒适CAN、信息娱乐CAN等。动力CAN连接的对象主要有发动机管理系统EMS、变速器控制器TCU、电子稳定控制系统ESC、电子助力转向系统EPS、安全气囊控制单元ACU、多媒体交互系统MMI、仪表IP等；舒适CAN连接的对象主要有车身控制系统BCM、空调系统AC、无钥匙进入一键起动系统PEPS、驾驶员座椅控制系统DSCU、电子转向柱控制系统ESCL、智能前照灯随动系统AFS、天窗电机控制器Sunroof、天窗遮阳板控制器Roll、雨量光线传感器RLS等；信息娱乐CAN连接的对象主要有组合仪表控制单元IPK、多媒体交互系统MMI、360度全景式监控影像系统AVM、平视显示系统HUD、车载音响功放系统AMP、后摄像头模块RCM、车载诊断系统OBD等。

2 整车CAN总线传输线的设计要求

1）CAN总线T型接法拓扑结构示意图见图4。①其中ECU1、ECU2是带终端电阻的节点，其余的ECU不带终端电阻；终端电阻的位置应该布置在2个距离最远的ECU上，很多车采用发动机ECU和组合仪表ECU的2个节点作为终端电阻。②主干线及所有分支电缆长度的总和不得超过40m，高速CAN要求不超过25 m。③ECU分支长度（L1、L2、L3）不得超过1 m，且L1、L2、L3的长度不得一样长。④车载诊断系统（OBD）分支L4最长不得超过1.5m。⑤线束制作时，节点的电缆可以拆开，以便于节点的压接，但是拆开的长度不得大于50mm。⑥节点（D1、D2、D3）与节点间的距离最少间隔100mm，且间隔距离不得一样。⑦电缆类型：双绞线，绞距要求45～60绞／m，电阻要求＜60mΩ／m，传输延迟要求＜5.5ns／m。

图4 CAN总线T型接法拓扑结构示意图

2）CAN总线星形接法拓扑结构示意见图5。一般，星形接法的节点会放到汽车左边A柱和右边A柱的附近，相对于T型的接法，更加便于维修，查询故障，但成本比T型的要高；在制作时，双绞线拆开的长度L＜100 mm（图6），节点即可以使用端子集中压接方式连接，也可以采用断路器方式连接。

3）CAN总线设计时，为了保证网络的正常通信，网络负载率一般不能超过36%；高速CAN总线上的节点数量一般不超过7个，低速CAN总线上的节点数量一般不超过16个。

4）线束制作CAN总线时，应注意CAN总线采用T型拓扑结构还是星形拓扑结构，压接合点时应与拓扑图一致。

CAN总线技术在现代汽车中迅速发展，将会使汽车在未来更加安全、舒适。在未来汽车发展中，CAN总线技术也将会越来越重要。

图5 CAN总线星形接法拓扑结构示意图

图6 星形接法节点连接方式示意图

［1］饶运涛，邹继军，郑勇芸.现场总线CAN原理与应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003：11.

［2］王箴.CAN总线在汽车中应用［N］.中国汽车报，2004-09-20（28）.

（编辑 凌波）

Application of CAN Bus Technology in Modern Vehicle

ZAHNG Shu-gui，WEI Qiang，LI Jun-feng，LIANG Jing-wen，ZHAO Yu-bo

（Wiring Harness R&D Center，Henan THB Electric Co.，Ltd.，Hebi 458030，China）

The article analyzes the transmission line design of Controller Area Network（CAN）bus technology.

CAN；vehicle；transmission line

U463.6

B

1003－8639（2017）02－0067－02

2016-06-01；

2016-06-02

张树贵（1978-），男，工程师，主要研究方向是汽车用电线束的研发。