基于CAN总线在车辆中的应用

胡志云

(山西省电子工业科学研究所有限公司,山西 太原 030006)

因为现代汽车技术的飞速发展，需要控制更多的车辆工作参数，所以汽车控制器的数量不断增加，从刚开始的几个控制单元到数十个，甚至数百个控制单元。控制单元数量的增多使它们之间的信息交换越发激烈。为此，德国BOSCH公司(与国内公司协作)研发了一种优秀的设计处理器——CAN数据总线，该总线供给了一个独特的局域网用于车辆控制器之间的数据交流替换。这称为控制单元的局域网。这是车辆控制单元的传输形式。

CAN控制器局域网属于现场总线领域，是一种串行通信网络。能够有效支持分布式或实时控制。使用方法简洁方便，成本低。在计算机控制系统和条件不好的工作环境，强电磁辐射和企业工业振动中非常适用。因此，CAN总线在汽车中非常流行，已经达到快速发展。

1 CAN总线技术的特性

CAN总线技术操作简单，应用广泛，其主要特点如下：

在主模式下，网络中的全部节点都可以在任何时候处于活动状态，向网络中的其他节点发送信息，而不管它们是否为主从模式。在网络信息节点分成不同的优先级，高优先级的数据可以小于134 ms之间传送。1 Mbps通信速率下,通信距离可达40 m。CAN节点通过过滤消息的标识符来完成点对点，点对多点和全部广播。CAN通讯介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，选择种类多。当出现紧要偏差时，CAN节点可以自动关上输出，从而不影响总线上其他节点的工作[1]。

2 CAN总线的运行原理

导线、控制器、收发器和终端电阻四个部分构成了CAN总线。导线是两根常见铜线的双绞线。控制器的作用是转换接收和发送的信号。收发器负责接收和发送通过网络传输的信息。电阻器用于防止CAN总线上的电压变化。当电阻损坏时，则控制单元的信号不起作用。CAN总线采用串行数据传输方式。它可以在40 m的电线上以1 Mbps的速度工作，也可以使用光缆进行传送。此总线上的总线协议可以使用多个主控制器。

当CAN总线上的节点(站)发送数据时，它可以以消息广播的方式播给其他全部节点。不管是否将数据发送到本身的节点，每个节点都务必接收它。每个组由一个11个字符的消息开头，该消息定义消息的优先级，消息格式称为内容寻址模式。相同的系统标识符是唯一的，两个工作站不能发送具有相同标识符的消息。当多个站点同时竞争总线时，这种设置非常重要。当一个数据站被发送到另一个数据站时，该数据站的CPU将发送的数据和它自己的标识符传递给该数据站的CAN芯片。当它收到总线分配状态时发送消息。芯片将数据组织成某种消息格式，以便根据协议进行传输，此时，网络上的其他站点处于接收状态。每个接收到的消息都处于接收站检测状态，确定是否将消息发送给自身，并确定是否已接收到它[2]。

图1 CAN-bus节点网络结构

3 CAN总线在汽车中的应用

3.1 汽车CAN总线节点ECU的设计

通过对车辆CAN总线的开发和研究为ECU设计提供CAN接口。在ECU中，CAN控制器和CAN收发器构成一个CAN总线模块。控制器完成一个CAN协议和工具的通信功能，包括消息存储缓冲和过滤收入。CAN发送器充当控制器和物理总线之间的接口，并在CAN控制器和总线之间实现逻辑电平转换。

3.2 CAN总线在进口汽车中的应用

沃尔沃(Volvo)，林肯(Lincoln)，奥迪(Audi)，宝马(BMW)等最著名的外国汽车都使用CAN总线技术。总线通过传感器传输到带有“数据总线”的车辆。在信息共享平台中，接收器需要从所需的“总线”信息中读取数据，以便每个车辆系统可以协调和共享信息,确保车辆的安全性，舒适性和可靠性。一般来说，配备CAN-BUS的高端汽车越多，价格就越高。诸如，Touran和Passat之类的车型有很多CAN总线。

3.3 CAN总线在国产汽车中的应用

受成本和实力等因素的约束，CAN总线技术一般只在外国豪车中使用。在A级和A级以下的车型中，大多数技术在合资品牌中，例如POLO，Bora等。在自己的品牌中，很少使用CAN总线技术，而风云2车是代表之一。CAN总线技术可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表等通信控制器，以便它们可以随时共享车辆信息。在奇瑞风云2的显示仪表中，可以读出行驶公里，准确读出车门和安全带提醒等多种信息。与同级别产品相比，其安全性提高了一倍。

3.4 CAN总线在汽车维修方面的应用

CAN总线技术借助内部传感器共享信息，控制接口和车身线束的数量已大大减少，避免了相互干扰和线束过度磨损的危险，并减少了车辆电气系统的故障。打开汽车前盖时，布局简洁明了。使用CAN总线技术使故障排除特别方便。智能管家总线符合欧洲和美国的标准和法规，并完成在线OBDII诊断功能。一旦发现车辆有故障，控制单元就会通过CAN总线智能管理系统存储的错误代码。专家使用诊断工具诊断车辆的状况，并快速准确地确定故障点。使用CAN总线技术实现信息传输系统的集成，不仅可以提高模块响应速度，减少组件损坏，并相应地降低维修成本。此外，使用先进的集成技术还可以提高我们自身的科学性和可靠性，技术含量和竞争力[3]。

图2 车载CAN总线

4 结论

作为可靠的汽车网络总线，CAN总线已用于许多豪华车。汽车电脑控制单元通过一个总线可以共享所有信息和资源,简化了布线,减少了传感器的数量,避免职能重复的控制,提高系统的可靠性,降低了成本,提高了各种控制系统的兼容性和协调。此外，由于所有的智能传感器网络都被选为全数字通信，因此，总线也有良好的抗干扰能力。CAN由于其卓越的质量而具有明显的优势，并日益受到业界的欢迎[4]。