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CAN总线技术在汽车上的应用

2016-09-19 10:40:51

[导读] 21世纪以来,汽车上的部件越来越多的由电子控制单元(ECU)控制,如电子燃油喷射装置、防抱制动装置、安全气囊装置等等。随着集成电路及单片机在汽车上的广泛应用,车上的ECU数量也随之增多。

21世纪以来,汽车上的部件越来越多的由电子控制单元(ECU)控制,如电子燃油喷射装置、防抱制动装置、安全气囊装置等等。随着集成电路及单片机在汽车上的广泛应用,车上的ECU数量也随之增多。因此,若采用传统布线方式,即电线一端与开关相接,另一端与用电设备相通,将导致车上电线数目急剧增加,其质量将会占到总车质量的4%左右。而且,随之增加的复杂电路也会降低车辆的可靠性。为此,一种新的概念——车用控制器局域网络CAN(Controller Area Network)应运而生。

CAN总线技术

 

CAN总线又称作汽车总线,全称为“控制器局域网(Controller Area Network)”,意思是区域网络控制器,它将各个单一的控制单元以某种形式(多为星形)连接起来,形成一个完整的系统。在该系统中,各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享,称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块(ECU)之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。

在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。随着车用电气设备越来越多,从发动机控制到传动系统控制,从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统,使汽车电子系统形成一个复杂的大系统,并且都集中在驾驶室控制。另外,随着近年来智能运输系统(ITS)的发展,以3G(GPS、GIS和GSM)为代表的新型电子通讯产品的出现,它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。

CAN总线主要有四部分组成:导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责接受和发送网络上共享的信息。电阻是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射,当电阻出现故障,控制单元的信号无效。

CAN总线技术的特点及优点

CAN总线技术的特点。CAN作为一种多主总线,支持分布式实时控制的通讯网络,采用了许多新技术及独特的设计,具有可靠性、实时性和灵活性。其特点如下:

CAN为多主方式工作,网络上任一点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息,而不分主从,通讯方式灵活;

CAN网络上的节点信息分成不同的优先级,可满足不同的实时要求,高优先级的数据最多可在134μs内得到传输;

CAN只需通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据,无需专门“调度”;

CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活;

CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其它节点的操作不受影响。

CAN总线技术的优点。

 

硬件方案的软件化实现,简化了设计,降低了成本,且在数据更新增加新信息时,只需软件升级即可,扩充性强;

控制单元对所传输的信息进行实时检测,具有错误诊断能力和自动恢复能力,节省生产维护成本;

CAN总线符合国际标准,因此可应用不同型号控制单元间的数据传输;

数据共享减少了数据的重复处理,节省成本。如对于具有CAN总线接口的电喷发动机,其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力温度等,可省去额外的水温、油压、油温传感器

汽车上的CAN总线

由于汽车的很多部分都由独立的电子控制器进行控制,为了将整个电动汽车内各系统统一管理,实现数据共享和相互之间协同工作,利用CAN总线进行数据传递是一个必然的趋势。

目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN,一条用于驱动系统的高速CAN,速率一般可达到500kb/s,最高可达1000kb/s;另一条用于车身系统低速CAN,速率是100kb/s。

驱动系统CAN(CAN-High,也称动力主线)主要连接对象是发动机控制器(ECU)、ABS控制器、安全气囊控制器等,它们的基本特征都是控制与汽车行驶直接相关的系统。

车身系统CAN(CAN-Low,也称舒适总线)主要连接和控制汽车内外部照明、灯光信号、空调、刮水电机、中央门锁与防盗控制开关、故障诊断系统、组合仪表及其它辅助电器等。

有些高档车辆还有第3条CAN总线,即信息娱乐总线,主要用于卫星导航及智能通讯系统。

当两条CAN总线(CAN-High和CAN-Low)其中一条线断路时,整个动力系统将无法正常工作,即不能进行单线传输,只有CAN-Low线出现对地断路时还能正常工作。而由于舒适和信息娱乐总线都设有位于系统内各个控制单元中不同阻值的终端电阻,因此可实现单线传输。其整车管理系统的总体结构示意图如图1。

汽车总线系统的研究与发展可以分为三个阶段:研究汽车的基本控制系统(也称舒适总线),如照明、电动车窗、中央集控锁等;研究汽车的主要控制系统(也称动力主线),如电喷ECU控制系统、ABS系统、自动变速器等;研究汽车各电子控制系统之间的综合、实时控制和信息反馈。

利用CAN总线构建一个车内网络,需要解决的关键技术包括:总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题;高电磁干扰环境下的可靠数据传输;确定最大传输时的延时大小;网络的容错技术;网络的监控和故障诊断功能。

车用CAN未来发展趋势

技术的先进性是CAN总线在汽车上应用的最大动力,也是汽车生产商竞相应用CAN总线的主要原因。在现代轿车的设计中,CAN已经成为必须采用的装置,奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据相关报道,中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司装配成功,并进行运行。上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引用了CAN总线技术CAN总线控制技术是提高汽车性能的一条很好途径。但总的来说,目前CAN总线技术在我国汽车工业总的应用尚处于试验和起步阶段,绝大部分的汽车还没有采用汽车总线的设计,因而存在着不少弊端。

就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样,现在数据CAN总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。

[整理编辑:CK365测控网]
标签:  CAN[44]    总线技术[7]    汽车[27]    ECU[5]
 
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