一文看懂汽車CAN總線技術(shù)原理

　　隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷發(fā)展， CAN總線逐漸成為現(xiàn)代汽車上不可缺少的技術(shù)，并大大推動(dòng)了汽車技術(shù)的高速發(fā)展。本文將對(duì)汽車CAN 總線技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，CAN總線在汽車制造中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)單介紹，具體的跟隨小編一起來了解一下。

　　CAN總線的由來

　　由于現(xiàn)代汽車的技術(shù)水平大幅提高，要求能對(duì)更多的汽車運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，因而汽車控制器的數(shù)量在不斷的上升，從開始的幾個(gè)發(fā)展到幾十個(gè)以至于上百個(gè)控制單元?？刂茊卧獢?shù)量的增加，使得它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此德國(guó)BOSCH 公司（和inter 公司共同） 開發(fā)了一種設(shè)計(jì)先進(jìn)的解決方案-CAN 數(shù)據(jù)總線，提供一種特殊的局域網(wǎng)來為汽車的控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　CAN 是ControllerAreaNetwork 的縮寫，稱為控制單元的局域網(wǎng)，它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。

　　CAN總線技術(shù)簡(jiǎn)介

　　CAN總線又稱作汽車總線，全稱為“控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network）”，意思是區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制器，它將各個(gè)單一的控制單元以某種形式（多為星形）連接起來，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，各控制單元都以相同的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換和共享，稱為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。CAN總線最早是德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的電控模塊（ECU）之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通訊協(xié)議。

　　在工程實(shí)際中CAN總線是對(duì)汽車中標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的習(xí)慣叫法。隨著車用電氣設(shè)備越來越多，從發(fā)動(dòng)機(jī)控制到傳動(dòng)系統(tǒng)控制，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報(bào)警系統(tǒng)，使汽車電子系統(tǒng)形成一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，并且都集中在駕駛室控制。另外，隨著近年來智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）的發(fā)展，以3G（GPS、GIS和GSM）為代表的新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)，它對(duì)汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN總線正是為滿足這些要求而設(shè)計(jì)的。

　　CAN總線主要有四部分組成：導(dǎo)線、控制器、收發(fā)器和終端電阻。其中導(dǎo)線為由兩根普通銅導(dǎo)線絞在一起的雙絞線。控制器的作用是對(duì)收到和發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行翻譯。收發(fā)器負(fù)責(zé)接受和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)上共享的信息。電阻是阻止CAN總線信號(hào)產(chǎn)生變化電壓的反射，當(dāng)電阻出現(xiàn)故障，控制單元的信號(hào)無效。

　　CAN總線技術(shù)的工作原理

　　CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。 CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似，但也有一些明顯的區(qū)別。

　　當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的，都對(duì)其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的，不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí)，這種配置十分重要。

　　當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。

　　由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進(jìn)一些新站而無需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可由網(wǎng)上獲得，而無須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。

　　CAN總線技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

　　1、CAN總線技術(shù)的特點(diǎn)

　　CAN作為一種多主總線，支持分布式實(shí)時(shí)控制的通訊網(wǎng)絡(luò)，采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，具有可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)如下：

　　CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通訊方式靈活;

　　CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸;

　　CAN只需通過幀濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無需專門“調(diào)度”;

　　CAN的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活;

　　CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。

　　2、CAN總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　　硬件方案的軟件化實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，降低了成本，且在數(shù)據(jù)更新增加新信息時(shí)，只需軟件升級(jí)即可，擴(kuò)充性強(qiáng);

　　控制單元對(duì)所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，具有錯(cuò)誤診斷能力和自動(dòng)恢復(fù)能力，節(jié)省生產(chǎn)維護(hù)成本;

　　CAN總線符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此可應(yīng)用不同型號(hào)控制單元間的數(shù)據(jù)傳輸;

　　數(shù)據(jù)共享減少了數(shù)據(jù)的重復(fù)處理，節(jié)省成本。如對(duì)于具有CAN總線接口的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，其它電器可共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力溫度等，可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器。

　　CAN總線在汽車制造中的應(yīng)用

　　應(yīng)用CAN總線，可以減少車身布線，進(jìn)一步節(jié)省了成本，由于采用總線技術(shù)，模塊之間的信號(hào)傳遞僅需要兩條信號(hào)線。布線局部化，車上除掉總線外其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節(jié)省了布線成本。CAN總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，CAN總線具有線間干擾小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。CAN總線專為汽車量身定做，充分考慮到了汽車上惡劣工作環(huán)境，比如點(diǎn)火線圈點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)100℃左右的高溫。

　　隨著安全性能日益受到重視，安全氣囊也將逐漸增多，以前是在駕駛員前面安裝一個(gè)，今后側(cè)面與后座都會(huì)安裝安全氣囊，這些氣囊通過傳感器感受碰撞信號(hào)，通過 CAN總線將傳感器信號(hào)傳送到一個(gè)中央處理器內(nèi)，控制各安全氣囊的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。同時(shí)，先進(jìn)的防盜設(shè)計(jì)也正基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先，確認(rèn)鑰匙合法性的校驗(yàn)信息通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，改進(jìn)了加密算法，其校驗(yàn)的信息比以往的防盜系統(tǒng)更豐富;其次，車鑰匙、防盜控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器相互儲(chǔ)存對(duì)方信息，而且在校驗(yàn)碼中攙雜隨機(jī)碼，無法進(jìn)行破譯，從而提高防盜系統(tǒng)的安全性。而這些功能的實(shí)現(xiàn)無一不借助CAN總線來完成，CAN總線成為汽車智能化控制的“定海神針”。

　　在現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)報(bào)道，中國(guó)首輛CAN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車已在奇瑞公司試裝成功，并進(jìn)行了初步試運(yùn)行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術(shù)。但總的來說，目前 CAN總線技術(shù)在我國(guó)汽車工業(yè)中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)在技術(shù)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)總線的“深造”勢(shì)在必行。

　　車用CAN未來發(fā)展趨勢(shì)

　　技術(shù)的先進(jìn)性是CAN總線在汽車上應(yīng)用的最大動(dòng)力，也是汽車生產(chǎn)商競(jìng)相應(yīng)用CAN總線的主要原因。在現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)相關(guān)報(bào)道，中國(guó)首輛CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動(dòng)力轎車已在奇瑞公司裝配成功，并進(jìn)行運(yùn)行。上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引用了CAN總線技術(shù)。CAN總線控制技術(shù)是提高汽車性能的一條很好途徑。但總的來說，目前CAN總線技術(shù)在我國(guó)汽車工業(yè)總的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線的設(shè)計(jì)，因而存在著不少弊端。就像汽車電子技術(shù)在20世紀(jì)70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，現(xiàn)在數(shù)據(jù)CAN總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。