电动汽车CAN总线技术分析

张永新

摘  要：隨着现代汽车技术的不断发展，CAN总线逐渐成为现代汽车中不可缺少的技术，并大大推动了汽车技术的高速发展。近些年，随着电动汽车行业的迅猛发展，车载CAN总线在电动汽车上的应用也越来越普及，它在自身逐步完善的同时又加快推动了电动汽车行业的变革。该文介绍了电动汽车车载CAN系统总线存在的意义及其定义、组成、特征，并对CAN总线技术的要点及其发展前景进行分析。

关键词：CAN总线;车载网络;网络拓扑

中图分类号：U46                  文献标志码：A

1 电动汽车车载CAN总线

随着现代电动汽车电子系统的不断增加，它的直接后果是导致车上的电路布线越来越复杂，从而使系统运行的可靠性大大降低，维修故障的难度不断提升，并且随着车载电控ECU的大量使用，为了能够实现更理想的控制品质，必须有大量数据信息在不同的电控系统ECU单元间实现实时共享与交换，这就导致传统通信方式远远不能满足现代化需求。所以，我们选择了车载CAN网络技术来解决这些问题，随着车载CAN网络技术在电动汽车领域的不断普及，电动汽车的动力性、安全性能、操纵稳定性、续航里程都会得到大幅提升。

由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因此汽车控制器的数量也在不断地上升，从开始的几个发展到几十个甚至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH 公司（和Intel公司共同）开发了CAN 数据总线，提供一种特殊的局域网为汽车的控制器之间进行数据交换提供平台。

2 车载CAN网络的特征

由于电动汽车对使用环境和使用要求非常苛刻，在行驶时可能遇到破烂路面、电磁干扰大及气候环境恶劣的情况。所以车辆的车载CAN网络系统在设计时就应该充分考虑到振动的影响、温度的剧烈变化、系统可靠性、化学腐蚀、电磁兼容性、制造成本等诸多方面因素，同时车辆及其零部件必须具有操作不能太复杂、使用方便安全、性能可靠稳定的特点，同时它们还会要求价格尽量低。除此之外，车载CAN网络系统还应当考虑下列要求：

（1）总线与节点连接接头的数量。

（2）网络CAN系统性能检测方法。

（3）维护和安装中的布线。

（4）故障恢复和容错的问题。

（5）CAN节点的软硬件更新。

3 车载CAN网络的组成

车载网络CAN的组成常常使用很多不同速率的总线分别连接不同类型的节点，它们之间采用网关服务器以实现整车的网络管理与信息共享。这其中网关就成为车辆内部实现通信的中心，通过它就可以实现车辆内部的网络管理和故障诊断功能。

纯电动汽车最主要的控制系统核心部件是整车电脑VCU，其他还包括动力电机控制电脑MCU、动力电池管理系统BMS、制动和转向控制电脑ECU、快充和慢充控制电脑ECU、故障诊断电脑ECU、行车记录电脑ECU以及其他控制电脑ECU系统。各个ECU之间是通过CAN总线进行数据交换及控制的。

纯电动汽车的能量来源和传统汽油车有很大区别，纯电动汽车的能量来源主要是动力电池，而动力电池电量下降后就需要对它进行充电，以补充电量，所以对纯电动汽车充电系统的控制就显得尤为重要。快充或慢充系统通过CAN总线把电压、电流、频率、充电时长、电量等参数传输到电池管理系统BMS和整车控制器VCU中。动力电池管理系统BMS作用：它不仅要保证动力电池能够安全可靠地使用，而且要充分发挥动力电池的能力并延长其使用寿命，作为动力电池、整车控制器以及驾驶者沟通的桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，并向VCU上报动力电池系统的基本参数及故障信息。其中BMS是数据分析中心，数据采集单元通过CAN总线将采集到的电池数据传递给VCU，VCU利用CAN总线对充放电系统和均衡器进行控制，最后监视器通过CAN总线获取要显示的数据和信息。

动力电机驱动控制电脑MCU通过CAN总线与整车控制电脑VCU进行数据交换，一方面整车控制电脑VCU通过CAN总线接受动力电机的转矩、转速、功率、电压值、电流值、工作模式和水温信号等参数，另一方面整车控制电脑通过CAN总线向动力电机控制电脑MCU发出各种控制指令，从而实现对其的精准控制。

纯电动汽车当司机师傅松开油门踏板或踩下制动踏板时，纯电动汽车的驱动电机会从电动运行状态变为发电运行状态，将纯电动车的行车动能转变成电能给动力电池充电，这就叫“能量回馈”，正因为具有了“能量回馈”功能，纯电动汽车不仅提高了续航里程，而且还符合绿色环保的要求。

电动汽车的故障诊断系统是负责检测电动汽车整车的各类故障，通过CAN 总线将动力电机损坏、绝缘破坏、充电故障等信息传送给整车控制器VCU，然后整车控制器VCU根据收到的数据信息发出控制指令，从而保证电动汽车的动力性、安全性和舒适性。在一整套控制系统中不仅有CAN总线，还配有LIN总线。LIN总线主要特征是一个主节点，多个从节点，基于应用交互信号。对实时性与同步性要求稍低的控制单元采用LIN总线性价比高。因此通过LIN协议实现对车灯光系统、电动车窗、舒适系统、组合仪表等控制，再通过网关转换与CAN总线进行信号传输。

4 车载CAN系统实例分析

CAN通信速率最高传输速率为1 Mbit/s，高速CAN：大于125 Kbit/s，低速CAN：小于或等于125 Kbit/s，奇瑞车CAN通信速率：500 Kbit/s，位时间：一个位传输时占用的时间2 μs。

下面以艾瑞泽5EV CAN网络故障排查为例，对各种CAN系统可能发生的故障类型及其检测排除方法，当发生CAN网络终端电阻异常，我们可以先切断12 V蓄电池电源，然后使用万用表在OBD接口上读取CAN总线终端电阻值，正常电阻值约为60 Ω左右，如果电阻出现大范围异常，则需进一步排查导致电阻值异常的原因。

当发生控制器KL15电源异常，我们先将点火钥匙打在ON档，确认电器盒内ON档继电器是否工作，再确认电器盒内相关ON档保险丝是否通电或熔断，如果确认KL15电源异常，则需进一步排查KL15电源异常原因。

当发生CAN_H或CAN_L断路故障，我们先切断12V蓄电池电源，再根据线束走向，分别在各个CAN线束接口处使用万用表量导通，如果确认某段线束CAN线不导通，则进行进一步排查断路故障点。

当发生CAN_H或CAN_L短路故障，我们先将点火钥匙打在ON档，再使用万用表在OBD接口量CAN线电压，如果电压值为2 V～3 V，则CAN线无短路故障，如果电压值为其他值，则判断CAN线出现短路故障，进一步排查短路故障点，以确认为线束短路还是控制器内部短路。

当发生CAN_H对CAN_L短路故障，我们先要切断12V蓄电池电源，使用万用表在OBD接口测量2根CAN线是否导通，如果确认CAN线相互短路，则进一步排查短路故障点，以确认为线束短路或控制器内部短路。

综上所述，CAN总线技术是一种新兴的现代通信技术，它具有可靠性高、实时性好、性能价格比高等突出优势，特别适用于电动汽车车载控制系统。所以说以后的电动汽车会更好地利用这一特点来实现电动汽车行业的又一次质的飞跃，电动汽车CAN总线技术的发展前景一片光明。

参考文献

[1]罗峰.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2]朱建风，李国忠.常见车系CAN-BUS原理与检修[M].北京：机械工业出版社，2006.