CANFD技術(shù)在新能源汽車通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用與可靠性分析

一、引言

新能源汽車產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展階段，其電子系統(tǒng)復(fù)雜度不斷攀升，涵蓋眾多傳感器、控制器與執(zhí)行器。高效通信網(wǎng)絡(luò)成為確保新能源汽車安全運行與智能功能實現(xiàn)的核心要素。傳統(tǒng)CAN總線因帶寬限制，難以滿足高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、自動駕駛功能以及車輛狀態(tài)實時監(jiān)測等產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)傳輸需求。CANFD技術(shù)應(yīng)運而生，突破傳統(tǒng)CAN總線瓶頸，大幅提升數(shù)據(jù)傳輸速率，擴展數(shù)據(jù)幀容量，為新能源汽車通信網(wǎng)絡(luò)升級提供理想路徑。本文深入探討CANFD技術(shù)在新能源汽車通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，重點分析CANFD芯片是如何憑借其抗干擾能力與高耐壓特性，顯著提升汽車通信網(wǎng)絡(luò)可靠性，為新能源汽車通信技術(shù)發(fā)展提供技術(shù)參考。

二、新能源汽車通信網(wǎng)絡(luò)需求分析

新能源汽車智能化進程加速，催生巨量數(shù)據(jù)交互需求。ADAS系統(tǒng)融合多傳感器數(shù)據(jù)，需實時高速傳輸至控制單元。同時，車輛遠程監(jiān)控需與云端高效交互大量車輛狀態(tài)與診斷數(shù)據(jù)。此外，車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信要求高數(shù)據(jù)速率實時交互，以提升交通效率與安全性。新能源汽車電子系統(tǒng)架構(gòu)向域控制器演變，各域控制器間通信流量激增。傳統(tǒng)CAN總線因帶寬與速率限制，難以承載上述數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，亟需更先進的通信技術(shù)。例如，博世（Bosch）在為某豪華品牌新能源車型提供高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）時發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速率僅為1Mbps，無法滿足高清攝像頭和激光雷達產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)傳輸需求。CANFD技術(shù)憑借速率提升與幀結(jié)構(gòu)優(yōu)化，成為新能源汽車通信網(wǎng)絡(luò)升級的理想選擇，可有效適應(yīng)智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展趨勢。

三、CANFD技術(shù)概述

（一）傳統(tǒng)CAN總線原理與局限性

傳統(tǒng)CAN總線遵循ISO11898標準，采用固定波特率傳輸數(shù)據(jù)，具有多主結(jié)構(gòu)、優(yōu)先級仲裁與錯誤檢測機制。其最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps，但在傳輸高清攝像頭圖像、激光雷達點云等大數(shù)據(jù)時，帶寬不足問題凸顯，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)延遲。

（二）CANFD技術(shù)創(chuàng)新與優(yōu)勢

CANFD技術(shù)在仲裁階段保持傳統(tǒng)CAN波特率，數(shù)據(jù)傳輸階段大幅提升速率，實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸。它將數(shù)據(jù)場長度從8字節(jié)擴展至64字節(jié)，增加單次傳輸數(shù)據(jù)量，降低網(wǎng)絡(luò)負載。優(yōu)化位填充規(guī)則提高容錯性，增強錯誤檢測能力，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性與完整性。例如，恩智浦（NXP）推出的TJA146x系列CANFD收發(fā)器，傳輸速率可達5Mbps，數(shù)據(jù)幀容量達到64字節(jié)，有效解決了傳統(tǒng)CAN總線在傳輸高分辨率圖像和復(fù)雜傳感器數(shù)據(jù)時的帶寬瓶頸問題。在新能源汽車中，CANFD可在不改變網(wǎng)絡(luò)拓撲與硬件設(shè)計基礎(chǔ)上，實現(xiàn)傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)平滑升級，提升系統(tǒng)性能。

四、CANFD技術(shù)在新能源汽車通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

（一）動力系統(tǒng)控制

在動力系統(tǒng)控制中，CANFD芯片助力電池管理系統(tǒng)（BMS）實時監(jiān)測電池狀態(tài)參數(shù)，快速傳輸數(shù)據(jù)至車輛控制單元（VCU），優(yōu)化電池管理策略。VCU通過CANFD總線精準控制電機，其高可靠性與抗干擾性能保障動力系統(tǒng)控制信號穩(wěn)定傳輸，確保車輛行駛安全。例如，比亞迪在其800V動力電池系統(tǒng)中采用自主研發(fā)的CANFD芯片，實現(xiàn)了對電池電壓、溫度、電流等關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測和快速傳輸。通過CANFD總線，VCU能夠根據(jù)電池的實時狀態(tài)精確控制電機的功率輸出，確保在快充過程中電池的安全性和動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。長安汽車在UNI-K車型的ADAS系統(tǒng)中引入恩智浦的CANFD收發(fā)器，有效解決了振鈴帶來的干擾問題，改善了線束布局的靈活性，為未來升級到更高的帶寬鋪平了道路，極大提高了通信質(zhì)量和工程效率。

（二）車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信

車聯(lián)網(wǎng)通信中，CANFD芯片連接車載模塊與外部設(shè)備，支持車輛間及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)交互，提升交通效率。其抗干擾與高可靠性確保車聯(lián)網(wǎng)通信實時穩(wěn)定，推動智能交通建設(shè)。美國某知名車企在其最新車型中采用德州儀器（TI）的C2000 Concerto系列MCU，通過集成的CANFD接口實現(xiàn)了車輛與云平臺之間的實時數(shù)據(jù)傳輸。該芯片的異構(gòu)雙核架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)實時控制環(huán)路和低延時的快速通訊響應(yīng)，確保了車輛遠程監(jiān)控和診斷數(shù)據(jù)的高效傳輸，提升了用戶體驗。

（三）車身電子控制

在車身電子控制系統(tǒng)中，CANFD芯片穩(wěn)定傳輸控制信號與狀態(tài)信息，實現(xiàn)設(shè)備精確控制與集中管理。低功耗特性契合新能源汽車節(jié)能需求，延長續(xù)航里程。例如，恩智浦的CANFD收發(fā)器在長城汽車中也有類似應(yīng)用，通過優(yōu)化的信號傳輸技術(shù)，提高了車身電子控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，降低了電磁干擾對通信的影響。

五、CANFD芯片抗干擾能力與高耐壓特性的重要性

（一）抗干擾能力

新能源汽車的電磁環(huán)境復(fù)雜，存在多種干擾源，如電機驅(qū)動系統(tǒng)的高頻噪聲、點火系統(tǒng)的脈沖干擾等。CANFD芯片的高抗干擾性能確保在這些干擾下穩(wěn)定工作，減少電磁干擾對其通信性能的影響，保證通信數(shù)據(jù)的完整性和準確性。例如，恩智浦的CANFD收發(fā)器在長安汽車的UNI-K車型中也展現(xiàn)了出色的抗干擾能力，即使在電機高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強電磁干擾環(huán)境下，仍能保持穩(wěn)定的通信，確保了車輛動力系統(tǒng)控制信號的可靠傳輸。

（二）高耐壓特性

新能源汽車的高壓電池系統(tǒng)、電動驅(qū)動系統(tǒng)等部件工作在較高的電壓水平，可能導(dǎo)致通信總線上出現(xiàn)異常電壓波動或故障電壓。CANFD芯片的高耐壓能力能夠在這些極端電壓條件下保護芯片免受損壞，并確保通信鏈路的持續(xù)穩(wěn)定運行。例如，在800V高壓平臺的新能源汽車中，恩智浦的CANFD芯片通過增強的ESD保護和過壓防護設(shè)計，能夠在高達±8kV的靜電放電環(huán)境下正常工作。這種高耐壓特性對于保障通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性至關(guān)重要，尤其在車輛經(jīng)歷雷擊或電磁脈沖等極端情況時，能夠有效保護芯片免受損壞。

六、CANFD技術(shù)在可靠性提升中的作用

（一）抗軟錯誤測試

在抗軟錯誤測試中，國科安芯的ASM1042A型CANFD芯片在激光進行全芯片掃描時，未出現(xiàn)單粒子效應(yīng)，這表明ASM1042芯片在能夠在特殊環(huán)境下保持可靠運行。

（二）可靠性強化設(shè)計與質(zhì)量保證

CANFD芯片制造遵循先進半導(dǎo)體工藝，經(jīng)嚴格質(zhì)量控制。通過多層次測試，包括功能、參數(shù)、系統(tǒng)級測試，確保性能與可靠性達標，滿足新能源汽車應(yīng)用要求。例如，德州儀器（TI）的TCAN1042芯片通過了類似的嚴格測試流程，其在24V系統(tǒng)中的穩(wěn)定表現(xiàn)證明了其在工業(yè)級和汽車級應(yīng)用中的可靠性。

（三）功能安全與保護特性

CANFD芯片具備多種功能安全與保護特性，如欠壓保護、熱關(guān)斷保護等，能夠在異常條件下保護芯片，確保通信網(wǎng)絡(luò)的安全運行。例如國科安芯ASM1042芯片通過欠壓保護與±70V總線耐壓設(shè)計保障通信穩(wěn)定；意法半導(dǎo)體SPSB081集成熱保護與多重電源防護，應(yīng)用于車身控制器（如車門、照明系統(tǒng)）；Microchip的ATA650x系列通過ISO 26262認證，結(jié)合低功耗與抗干擾能力，服務(wù)于新能源汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）。

七、CANFD技術(shù)與傳統(tǒng)CAN總線的對比

（一）傳統(tǒng)CAN總線的局限性

傳統(tǒng)CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，最大為1Mbps，且數(shù)據(jù)幀容量較小，僅為8字節(jié)。這在面對新能源汽車海量數(shù)據(jù)傳輸需求時，顯得捉襟見肘。例如，在一輛配備高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和車聯(lián)網(wǎng)功能的新能源汽車中，傳統(tǒng)CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸能力僅能滿足基本的功能需求，無法支持高清攝像頭圖像、激光雷達點云等大數(shù)據(jù)的實時傳輸。

（二）CANFD技術(shù)的優(yōu)勢

CANFD技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸速率和幀結(jié)構(gòu)方面進行了顯著改進。其數(shù)據(jù)傳輸速率可提升至傳統(tǒng)CAN的數(shù)倍，數(shù)據(jù)幀容量也擴展至64字節(jié)，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。例如，恩智浦的TJA146x系列CANFD收發(fā)器傳輸速率可達5Mbps，數(shù)據(jù)幀容量達到64字節(jié)，有效解決了傳統(tǒng)CAN總線在傳輸高分辨率圖像和復(fù)雜傳感器數(shù)據(jù)時的帶寬瓶頸問題。

八、結(jié)論與展望

綜上所述，CANFD技術(shù)在新能源汽車通信網(wǎng)絡(luò)中具有廣闊的應(yīng)用前景。CANFD芯片憑借其卓越的性能，全方位提升了通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，為新能源汽車的智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。未來，隨著新能源汽車技術(shù)的不斷演進和市場需求的增長，對CANFD芯片的性能要求也將不斷提升。有望持續(xù)優(yōu)化芯片性能，拓展功能特性，推動CANFD技術(shù)與其他通信技術(shù)的融合，助力新能源汽車通信技術(shù)的升級。

審核編輯 黃宇