CAN总线技术在汽车中的应用

技术导向
CAN总线技术在汽车中的应用
【摘要】文章首先概述了CAN总线技术,并详细阐述了CAN总线技术的特点和优点,及其结构和数据，传输原理,从而引出CAN总线研究的重点、关键技术及其在现代汽车上的应用现状和发展趋势。

【主题词】CAN总线汽车应用
前言
近20年来,随着现代电子技术、信息技术的发展,汽车上由电子控制单
元(ECU)控制的部件数量越来越多,例如,数字式电控燃油喷射系统(DEFI)、
废气再循环控制系统(EGR)、防抱死制动系统(ABS)、防滑控制系统(ASR)、
牵引力控制系统(TRC)、车辆稳定控制系统(VSC)、巡航系统(CCS)等等。

大量传感器、集成电路和计算机芯片等电子元器件在汽车上的广泛应用,
在提高汽车动力性、经济性、舒适性和安全性的同时,也带来其他问题：
(1)电子设备的大量应用必然导致车身布线愈来愈复杂、运行可靠性降低、故障维修难度增大,必然造成庞大的布线系统。

比如在沃尔沃公司生产的S80型轿车中,所安装的电缆长达1200 m,有54根保险丝。

从材料成本和工作效率看,传统布线方法都将不能适应汽车的发展。

(2)上述DEFI、EGR、ABS、ASR等子系统对控制信息的共享和实时性的要求,需要共享发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等公共数据,同时各个子系统对实时性的要求因为数据的更新速率和控制周期的不同而有
差别。

传统的线缆已远远不能满足这种需求。

(3)为了使不同厂家生产的部件能在同一辆汽车中协调工作,必须按照
某种约定的标准来解决其状态信号和控制信息的传递问题。

针对上述问题,在借鉴计算机网络技术和现场控制技术的基础上,诞生了各种适用于汽车环境的汽车网络技术。

经过长时间发展,已形成Hart、Lonworks、Profibus、Bitbus及CAN等多种现场总线协议。

CAN是控制器局域网络的简称,它由德国的Bosch公司及几个半导体生产商开发的，CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线。

它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，简单实用,网络成本低。

特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。

因此CAN总线在诸多总线中独占鳌头,逐渐成为汽车总线的代名词。

1、CAN总线技术的特点和优点
CAN总线与一般的通信总线相比,它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

其主要特性如下：
(1)具有较高的性价比。

它结构简单,器件容易购置,每个节点的价格较低,而且开发过程中能充分利用现在的单片机开发工具；
(2)是目前为止唯一有国际标准的现场总线；
(3)为多主方式工作,网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息而不分主从,通信方式灵活,且无需站地址等节点信息；
(4)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;
(5)采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时向总线发送信息时,优先级较低的节点会主动地退出发送,而最高优先级的节点不受影响地继续传输数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时间。

尤其是在网络负载很重的情
况下也不会出现网络瘫痪情况；
(6)只需通过报文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收数据, 无需专门的“调度”;
(7)直接通信距离最远可达10km(速率5kb/s以下),通信速率最高可达
1Mkb/s(此时通信距离最长为40m);
(8)节点数主要取决于总线驱动电路,目前可达成110个;
(9)采用短帧结构,传输时间短,受干扰概率低,具有极好的检错效果;
(10)每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,保证了数据出错率极低;
(11)通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活;
(12)节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响；
2、CAN总线的结构和数据传输原理
2.1CAN总线的结构
CAN总线由导线、控制器、收发器和终端电阻组成。

若采用两根普通铜导线绞在一起的双绞线,其截面积约为0.35mm2,最新的动力总线截面积可达0.7mm2。

控制器对收到和发送的信号进行翻译。

收发器负责接收和发送网络上共享的信息。

整个系统有两个终端电阻,分别装在系统的两个控制单元内,其作用是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射。

当终端电阻出现故障时,因为线路的反射影响,控制单元的信号无效。

2.2CAN总线的数据传输原理
CAN总线系统中传输的数据为二进制的数字信息,每条信息的格式都是相同的,由开始域、状态域、空位、检查域、数据域、安全域、确认域和。