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CAN总线在汽车领域的应用

电子设计工程 王文海?? 2011年06月28日 ?? 收藏0

  摘要 CAN总线技术因具备独特的设计、较高的可靠性及特性,适合工业过程监控设备的互连。众多知名品牌汽车也已采用CAN总线技术。文中分析了CAN总线的发展和汽车CAN总线技术的特征,对CAN总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。

  CAN总线是国际上应用较为广泛的现场总线之一,可实现对车辆本身的控制。对于汽车工业而言,它的实时性、灵活性、可靠性以及低成本,有着较大的市场空间。如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中,均嵌入CAN总线控制装置。

  1 CAN总线的发展

  在当前的汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性要求不尽相同,且因多条总线构成的情况复杂、线束数量增加。原以为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN,进行大量数据的高速通信”的需要,1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后,CAN通过IS011898及IS0 11519进行了标准化,在欧洲已是汽车网络的标准协议,CAN的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

  2 汽车CAN总线技术的特征

  (1)设计目标。

  对于汽车CAN总线传输而言,必须要保证以下几方面:信号的逻辑“0”要与信号的逻辑“1”进行明显的区分;具备利用信息内容解决总线访问堵塞的能力;具备最优化的传输速率;节点自动故障诊断和节点快速成功访问总线的能力;汽车CAN总线能够随着数据传输率的增加具备一定的可扩充性等。

  (2)数字信号的编码。

  正确编码数字信号对于确保信息可靠性传输,具有重要作用。汽车局域网数据信号基本采用两种方式:不归零制(NRZ)和脉宽调制PWM)。采用不归零制进行信息传输,一般用于传输速率较高的场合,速率上限为1 Mb·s-1;而采用脉宽调制作为编码方案时,一般用于传输速率较低的场合,速率上限为3 x 105kb·s-1。

  (3)网络拓扑结构。

  汽车CAN总线具有以下优点:总线结构简单、可靠性高、电缆短、无源元件、布线容易、易于扩充。如果需要增加CAN总线长度,可利用中继器加入一个附加段。如需增加新节点,只需在汽车CAN总线的某点将其接入。CAN能够使用多种物理介质,例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送,两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”,静态时均约为2.5 V,此时状态表示为逻辑“1”,也可称为“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”,称为“显性”,此时,通常电压值为CAN_H=3.5 V和CAN_L=1.5 V。

  3 CAN总线在汽车领域的应用

  (1)CAN总线技术的应用。

  国外知名汽车基本都已经采用了CAN总线技术,例如沃尔沃、林肯、奥迪、宝马等,而国内汽车品牌,例如奇瑞等公司也已经有几款车型应用了总线技术。CAN总线技术就是通过遍布车身的传感器,将汽车的各种行驶数据发送到“总线”上,在这个信息共享平台上,凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息,从而使汽车的各个系统协调运作、信息共享、保证车辆安全行驶、舒适和可靠。一般来说,越高档的车配备的CAN_BUS数量越多,价格也越高,如途安、帕萨特等车型当中都配备了多个CAN总线。

  (2)汽车CAN总线节点ECU的硬件设计。

  汽车CAN总线研发的核心技术就是对带有CAN接口的ECU进行设计,其中ECU的CAN总线模块由CAN控制器和CAN收发器构成。CAN控制器执行完整的CAN协议,完成通讯功能,包括信息缓冲和接收滤波。CAN控制器与物理总线之间需CAN收发器作为接口,它实现CAN控制器与总线之间逻辑电平信号的转换。

  (3)CAN总线在国内自主品牌汽车中的应用。

  由于受成本控制、技术实力等因素的限制,CAN_BUS总线技术一般都出现在国外高端汽车,在A级及以下级别车型当中,该项技术大多出现在合资品牌当中,如POLO、新宝来等。在自主品牌中,采用CAN总线技术的车型中很少,风云2则是其中的代表车型。风云2 CAN总线技术,可以实现发动机、变速箱、ABS、车身、仪表及其他控制器的通讯,做到全车信息及时共享。在风云2的组合仪表盘当中,阶段里程、未关车门精确显示、安全带未系提醒等20多项信息全部可以显示,比同级产品增加一倍,这样增加了驾驶过程中的安全度。

  另外,在CAN总线技术的帮助下,内部各种传感器实现信息共享后,大大减少了车体内线束和控制器的接口数量,避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患,降低了汽车电气系统的故障发生率。打开发动机舱盖,看到的是清晰简洁的舱内布局。维修方面,CAN总线技术的应用也使得故障排查得到最便利的保证。CAN总线智能管家系统符合欧美OBDII标准法规,实现了在线诊断的功能。在车辆发生故障后,各个控制器通过CAN总线智能管家系统存储故障代码,由专业人员,通过诊断仪为车辆诊断出各种故障状态,快速准确地查找到故障点,第一时间排除故障。利用CAN总线技术实现系统集成的信息传输,大大提高了各部件的响应速度,减少了配件磨损发生率,也相应的降低了维修成本;而且,先进集成技术的应用,也大幅提高了车辆自身的科技含量,增强了产品竞争力。


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