車載試驗(yàn)與CAN總線應(yīng)用
| 一、引言 20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用， 汽車上電子控制單元越來(lái)越多， 例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)裝置（ABS）、安全氣囊裝置、電控門窗裝置和主動(dòng)懸架等等。在這種情況下，如果仍采用常規(guī)的布線方式，即電線一端與開關(guān)相接，另一端與用電設(shè)備相通，將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加，使得電線的質(zhì)量占整車質(zhì)量的4%左右。另外，電控系統(tǒng)的增加雖然提高了轎車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，但隨之增加的復(fù)雜電路也降低了車輛的可靠性，增加了維修的難度。為此，改革汽車電氣技術(shù)的呼聲日益高漲。因此，一種新的概念——車用控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN應(yīng)運(yùn)而生。 二、CAN簡(jiǎn)介 CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network）的簡(jiǎn)稱，它是由德國(guó)的Bosch公司及幾個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)商開發(fā)出來(lái)的，CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性,簡(jiǎn)單實(shí)用,網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。 三、CAN總線技術(shù)特點(diǎn) CAN總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制，通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光纖，其主要特點(diǎn)是： ?。?）CAN總線為多主站總線，各節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信靈活。 ?。?）CAN總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，可滿足實(shí)時(shí)性要求。 ?。?）CAN總線具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能。 ?。?）CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，并有CRC及其他校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 （5）CAN總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，可自動(dòng)脫離總線，而總線上的其他操作不受影響。 （6）CAN總線系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴(kuò)充容易，改型靈活。 ?。?）CAN總線******傳輸速率可達(dá)1Mb/s（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m），直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）。 ?。?）CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路。在標(biāo)準(zhǔn)幀（11位報(bào)文標(biāo)識(shí)符）可達(dá)110個(gè)，而在擴(kuò)展幀（29位報(bào)文標(biāo)識(shí)符）其個(gè)數(shù)幾乎不受限制。 四、 CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì)： （1）信息共享 采用CAN總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各ECU之間的信息共享，減少不必要的線束和傳感器。例如具有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、機(jī)油溫度、油量瞬時(shí)流速等，這樣一方面可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器，另一方面可以將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表上，便于司機(jī)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，從而便于發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)。 ?。?）減少線束 新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)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，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長(zhǎng)度可達(dá)2000米，電氣節(jié)點(diǎn)達(dá)1500個(gè)，而且該數(shù)字大約每十年增長(zhǎng)1倍。這種傳統(tǒng)布線方法不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。CAN總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車門-后視鏡、搖窗機(jī)、門鎖控制等的傳統(tǒng)布線需要20～30根，應(yīng)用總線CAN則只需要2根。 ?。?）關(guān)聯(lián)控制 2 在一定事故下，需要對(duì)各ECU進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，而這是傳統(tǒng)汽車控制方法難以完成的。CAN總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多ECU的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)控制。在發(fā)生碰撞事故時(shí)，汽車上的多個(gè)氣囊可通過(guò)CAN協(xié)調(diào)工作，它們通過(guò)傳感器感受碰撞信號(hào)，通過(guò)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。 五、CAN總線技術(shù)在汽車中的應(yīng)用實(shí)例 世界上一些著名汽車制造廠商如奔馳、寶馬等都已開始采用CAN總線來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。目前國(guó)產(chǎn)的很多汽車上也引入了CAN總線技術(shù)，如大眾途安、帕薩特等車型一般將CAN總線分為低速CAN和高速CAN。低速CAN的總線速度為10kbps～125kbps，主要運(yùn)用在車身控制模塊領(lǐng)域;高速為250kbps～1Mbps，應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī),變速箱,ABS等實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)的控制模塊。但各種車型都會(huì)視具體情況采用適合于自身的總線結(jié)構(gòu)。下面是幾種比較典型的CAN總線應(yīng)用方案。 CAN總線方案 CAN總線應(yīng)用方案如圖所示。 六、CAN總線技術(shù)在汽車中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)利用CAN總線構(gòu)建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有： ?。?）總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)題; ?。?）高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸; （3）確定******傳輸時(shí)的延時(shí)大小; 3 ?。?）網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù); （5）網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能; ?。?）實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性; ?。?）安裝與維護(hù)中的布線; ?。?）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新（可擴(kuò)展性） 。 七、結(jié)束語(yǔ) CAN總線作為一種可靠的汽車計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線已開始在先進(jìn)的汽車上得到應(yīng)用,使得各汽車計(jì)算機(jī)控制單元能夠通過(guò)CAN總線共享所有的信息和資源,達(dá)到簡(jiǎn)化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個(gè)控制系統(tǒng)的目的。這樣使得汽車的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、安全性都上升到新的高度。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展,具有高度靈活性、簡(jiǎn)單的擴(kuò)展性、優(yōu)良的抗干擾性和處理錯(cuò)誤能力的CAN總線通信協(xié)議必將在汽車電控系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。 |
