1、CAN 总线技术、系统实现及发展趋势摘 要汽车 CAN 总线技术是一种全新的汽车电控系统信息通信方式，是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信协议，适应汽车恶劣的工作环境和通信速度要求，在信息传递、资源共享方面有着独特的优势，并可有效减少线束的长度和节点数量。本文就 CAN 总线技术、系统实现及发展趋势进行探讨。 关键词CAN 总线 系统实现 发展趋势 中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）01-0269-01 引言 现场总线是近 20 年发展起来的新技术，CAN 总线是一种应用广泛的现场总线，在汽车等领域有很大
2、的应用前景。 一、CAN 总线技术特点 CAN 总线可有效支持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，其主要特点是： （1）CAN 总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信灵活。 （2）CAN 总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，可满足实时性要求。 （3）CAN 总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。（4）CAN 总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为 8 个，数据传输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。并有 CRC 及其他校验措施，数据出错率极低保证了数据传输的高可靠性，适于在高干扰环境
3、中使用。 （5）CAN 总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响。 （6）CAN 总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活。 （7）CAN 总线最大传输速率可达 1Mb/s（此时通信距离最长为 40m） ，直接通信距离最远可达 10km（速率 5kbps 以下） 。 （8）CAN 总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）可达 110 个，而在扩展帧（29 位报文标识符）其个数几乎不受限制。 （9）CAN 可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播集中方式传送和接受数据。 （10）采用不归零码（NRZ-N
4、on-Return-to-Zero）编码/解码方式，并采用位填充（插入）技术。 二、CAN 总线技术优点 （1）数据共享，节省成本 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、机油温度、油量瞬时流速等等，一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于司机检查发动机运行工况，从而便于发动机的保养维护。再比如，电涡流缓速器、空气悬架、门控制及巡航定速控制都用到车速数据，结果这些电器都有一套车速处理电路，浪费了资源。而采用总线技术后，都可以从总线上即可获得车速数据。 （2）车身布线减少，节省成本 由于采用总线技术，模块之间的
5、信号传递仅需要两条信号线。布线局部化，车上除掉总线外，其他所有横贯车身的线都不再需要了，节省了布线成本。另外，数据共享也节省了线路，还拿车速信号打比方，在没有总线的情况，车速信号要接到电涡流缓速器、空气悬架、门控制及电喷发动机。有了总线后只要接到一处，其他电器可以通过总线共享数据。 （3）硬件方案的软件化实现，减小硬件和设计生产成本发动机点火控制，点火时必须满足下列条件：1、空档；2、钥匙处于 ON 档另外还需点火保护装置，以往是靠一系列继电器来实现这些功能，既不可靠又增大成本，而用软件实现，既可靠又无资金投入。软件具有错误诊断能力和自动恢复能力，节省了生产维护成本。对于总线内部错误，总线系统
6、可以通过自身软件进行自动恢复。而非总线车辆，一旦出现故障，第一，更依赖于人工。第二，往往需要对复杂线束逐根测量。第三，需要对相关电器依次测定。整个过程非常费工时，而且准确率不高。 （4）扩充性强，产品升级快，节省新产品开发设计成本 CAN 节点几乎可以在不改动原有线束的情况下增加新的组件。数据稳定可靠，CAN 总线具有线间干扰小、抗干扰能力强的特点。由于 VITI-CAN 系统采用的是模块化管理，各模块按其功能分散的摆放在车内，简化了布线并缩短了线束的长度，从而降低了耦合电流的产生，减小了线间干扰。同时在软件上，CAN 总线采用短帧传输，这样使总线数据报文在传输过程中有较强的抗干扰能力。CAN
7、 总线专为汽车量身订做，可靠性有保障。CAN 总线的设计充分考虑了汽车上恶劣工作环境，比如点火线圈点火时产生的强大的反冲电压，电涡流缓速器切断时产生的浪涌电流及汽车发动机舱内100左右的高温。 三、CAN 总线技术在汽车中的实际应用优势 3.1 信息共享 采用 CAN 总线技术可以实现各 ECU 之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。例如具有 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、机油温度、油量瞬时流速等，这样一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，便于司机检查发动机运行工况，从而便于发动机的保养维护。 3.2 减少
8、线束 新型电子通讯产品的出现对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据统计一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达 2000 米，电气节点达 1500 个，而且该数字大约每十年增长 1 倍。这种传统布线方法不能适应汽车的发展。CAN 总线可有效减少线束，节省空间。例如某车门-后视镜、摇窗机、门锁控制等的传统布线需要 20-30 根，应用总线 CAN 则只需要 2 根。 3.3 关联控制 在一定事故下，需要对各 ECU 进行关联控制，而这是传统汽车控制方法难以完成的。CAN 总线技术可以实
9、现多 ECU 的实时关联控制。在发生碰撞事故时，汽车上的多个气囊可通过 CAN 协调工作，它们通过传感器感受碰撞信号，通过 CAN 总线将传感器信号传送到一个中央处理器内，控制各安全气囊的启动弹出动作。 四、CAN 总线的发展趋势 4.1 近年来，由于企业规模的不断扩大，生产过程控制系统也越来越复杂，系统的非线性增强、时滞增大，而且很难给系统的每个环节建立精确的数学模型，这就要求模糊逻辑控制的应用。现场总线的强大网络功能实现集中化管理，而对必要的现场环节实行分散的模糊控制。 4.2 随着企业管理水平和信息化水平的提高、集成电路技术和计算机技术的发展，必然要求处于底层的现场总线测控网段与企业高层
10、的管理网络互联，以便及时了解生产现场状况并实现管理和控制现场的操作。因此，CAN 总线网络将进一步发展，通过网关或网桥向上与企业管理系统以太网联接构成管控一体化网络。 五、结束语 随着电子技术和大规模集成电路的迅速发展，网络控制芯片性能逐步提高，体积逐步减小，价格进一步降低，为汽车局域网的普及推广创造了良好的条件。CAN 以其优异的品质具有明显的优势，越来越受到业界的欢迎。CAN 总线在汽车上的广泛应用将使汽车的动力性、操纵稳定性、安全性、燃油经济性都上升到新的高度，给汽车技术的发展注入新的活力。 参考文献 1甘永梅等编著.现场总线技术及其应用M.机械工业出版社，2004 2邬宽明主编.现场总线技术应用选编M.北京航空航天大学出版社，2003 3袁爱进，唐明新，乔毅，杨国勋，苏晓达，陈晓侠，李原.CAN 现场总线系列仪表一种通用化软件设计技术J.计算机工程.2001（04） 4王毅峰，李令奇.模糊控制在现场总线控制系统中的应用J.基础自动化.2001（02） 5徐颖莉.一种适用的工业过程测控网络 CANJ.交通与计算机.2000（02）
