汽车电子中CAN总线应用分析

李佳良

【摘  要】随着汽车总线技术的不断发展和信息化水平的不断提升，传统的点对点通信模式已经不能满足当前汽车电器设备的通信需求，为了进一步降低整车布线难度，提高布线效率，宜采用CAN总线技术作为汽车电子控制系统信息传输方式。

【关键词】CAN总线;汽车;检测;维修

随着电子技术的不断发展，电子控制系统和通信系统在汽车制造中的应用也越来越广泛，如ABS防抱死系统、仪表系统、汽车底盘电控系统等等，另外，随着ITS技术的发展，对汽车的布线工作和信息共享提出了更高要求，增加了布线难度。CAN总线技术的运用，提高了汽车各单元的可靠性，降低了整车布线的成本，实现了电子装备间的资源共享，使各个单元之间的控制更加方便、协调。

1CAN总线的产生及其特点

随着汽车动力、控制、排放、节能、安全和舒适性等使用性能和要求的不断提高，对于汽车电子控制程度的要求也越来越高。汽车电子控制装置的增多，使得连接汽车电子控制装置之间导线也变得更为复杂。如果采用传统的点到点的布线方法，势必导致车身布线越来越长，越来越复杂，运行可靠性低、故障维修难度大。因此，为解决现代汽车中众多控制装置和电子仪表间数据交换问题，车载电子装置问的数据通信变得越来越重要，于是电子控制系统在车身上的大量应用和通讯的要求，产生了车载网络。CAN总线是一种现场总线，通讯线可以是一根双绞线或是同轴电缆或光导纤维，将各种汽车电子装置连接成为一个网络。它可以有效地支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，在这个系统中，各控制装置独立运行，控制和改善汽车某一方面的性能，同时可为其它控制装置提供数据服务。由于CAN总线具有通信速率高、可靠性好、连接方便、多主站点、通讯协议简单和性能价格比高等突出的优点，适用于汽车环境的汽车局域网，如今CAN总线在汽车分布式控制系统中得到了广泛的应用。

2汽车CAN总线控制结构

CAN的全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，它是将汽车上各个控制单元通过中央控制器进行连接，形成汽车电子控制网络结构，这样就可以加强对各个控制单元的管理，使各个单元之间的工作更加协调。不管整车有多少个电控单元，只需要用两根导线将其于总控进行连接。CAN总线上的每个节点都有固定的地址，数据由控制单元发出，经总线传输至CAN控制器上，控制器将数据转化为电信号，再将电信号传输至控制单元，控制单元对接收到的信号进行检测，看是否符合该单元需要，如果需要就将其接收，如果不需要就将其忽略。

网关与各节点之间的通信主要由以下几点内容：（一）车辆启动时的自检。当车辆启动时，网管负责向各个电控单元发送自检信号，并将电控单元返回的数据进行收集进行分析处理，及时发现电控单元是否存在问题，为更顺利解决汽车故障提供基本信息。（二）车辆运行过程中监控。在车辆行驶过程中，监控单元负责检测各条线路上数据的收发情况，观察数据传输是否出现异常，当出现异常时要启动紧急处理程序并向驾驶员报警，确保行车过程中车辆和人身安全。同时CAN控制系统还可以对驾驶员的一系列操作動作进行检测，根据驾驶员驾驶动作的变换在不同控制系统之间进行相应的切换，同时对车辆的各项参数进行监测，确保车辆始终在正常状态下行驶。（三）周期性数据刷新通信。发动机转速、车速、变速箱数据等电控单元的信息要定时传输至控制单元，控制单元对这些数据进行对比分析，判断其是否处于正常的工作状态。

3CAN总线硬件系统组成和传输原理

3.1车载CAN总线系统的基本组成

CAN总线传输系统中主要由CAN控制器、CAN收发器、传输介质、数据传递终端电阻等组成。SJA1000和 PCA2C250组成的CAN控制器和CAN收发器是CAN总线中的典型组合通讯模块。

3.1.1CAN控制器。

CAN控制器时一块可编程芯片上通过逻辑电路的组合实现这些功能的组合实现这些功能的，对外提供了与微处理器物理连接的线路接口。通过对它的编程，CPU可以设置它的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送和接收。CAN控制器可以是独立的芯片，也可以是和微处理器封装在一起的。它的作用是接收电控单元中微处理器发出的数据，对这些数据进行处理，并传送给CAN收发器。CAN控制器也接收CAN收发器的数据，在处理后传给微处理器。

3.1.2CAN收发器

它是一个发送器和接收器的组合，将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收从总线来的数据，并传送到CAN控制器。

3.1.3终端电阻

在CAN总线的两端连接有两个终端电阻，用来防止数据在终端被反射并以回声的形式返回，数据在终端的反射会影响数据的传输。

3.2车载CAN总线传输原理

3.2.1CAN总线参考型介绍

CAN网络结构主要包括两大部分：一是通信部分，二是网络管理部分。通信部分相当于OSI模型的物理层、数据链路层、传输层和应用层。网络管理部分的功能是为获得操作的安全性和可靠性，它是各种功能和实体的合集，能对网络配置进行检测，对实效进行校正，并支持网络诊断功能等。CAN数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。CAN总线的物理层是将ECU连接至总线的电路实现。ECU总线将受限于总线上的电器负载。

3.2.2CAN总线的传输过程

CAN总线所传输的信息帧有数据帧、远程帧、错误帧和超载帧四种类型。

每条数据的传递包括五个过程：提供数据、发送数据、接收数据、检查数据、接收数据。

汽车发动机电控单元ECU向ECU的CAN收发器发送数据，该CAN收发器接收到数据后，转换信号并发给本ECU的控制器。CAN数据传输系统的其他ECU收发器均接收到此数据，检验判断是否需要接收的数据，是的话接收，不是的话忽略。

4CAN总线在汽车控制系统中的具体应用

车载局域网在汽车上的应用非常的广泛，按照应用功能来划分的话分为车身系统、动力系统、安全系统、和信息系统4个部分。按车身上通讯速度来分的话，分为高速CAN总线和低速CAN总线两部分。高速CAN总线部分连接着动力系统，安全系统;低速CAN总线连接着车灯开关、车门控制、座位调节等简单事件对信息传输延迟的要求不高的功能简单的控制和调节器件。

动力传动系统内利用网络将发动机舱内的电控单元连接起来，这些电控单元分别是发动机电控单元、防抱死刹车系统电控单元和自动变速器电控单元。在这个系统中，数据传递要求快速、高效，通信实时性高。

车身系统内模块、节点数量多，连接线索较长，为了防止电磁干扰，降低通信速度，采用直接总线和辅助总线。车身系统的数据总线也称舒适CAN总线，连接5块电控单元，中央电控单元和4个车门的电控单元。

安全系统是根据多个传感器的信息使安全气囊启动的系统，在这个系统中连接着加速度计、安全传感器等装置[3]，因此对这个系统总线的要求是：成本低、速度快、通信可靠性高。

信息系统的通信总线的要求是：容量大、通信速度高，保证带宽。

5CAN总线发展趋势

从1986年Robert Bosch在美国汽车工程师协会SAE的大会上介绍CAN，到SAE通过了CAN标准，转向CAN协议后，CAN总线目前是汽车工业上应用最广泛和普遍的总线，其技术规范已经从CAN1.2发展到了CAN2.0A和CAN2.0B。目前我国的国产轿车和合资轿车大都采用CAN总线作为汽车控制系统的通信网络总线。虽然在目前情况下，CAN在汽车控制上的应用与其他技术标准的网络应用还会共存很长的时间，但早期的一些不符合汽车网络控制与通讯的标准和协议正在退出汽车控制的历史舞台，而CAN总线依然是目前不可替代的汽车网络解决方案。目前的汽车厂商正在扩展CAN网与無线通讯的连接，比如蓝牙技术等，这将为未来的汽车控制和通讯创建一个更加便捷的渠道。

6结语

随着信息技术的发展，汽车CAN总线技术还会越来越多地应用在汽车控制系统上，降低汽车布线难度，实现信息资源共享，提升汽车行驶安全性和操作稳定性。技术人员必须不断提升自身的技术水平，熟练操作CAN系统，为汽车故障的排除和汽车生产做出贡献。

参考文献：

[1]谭本忠.汽车车载网络维修教程[M].北京：机械工业出版社，2008，2（1）.

[2]饶运涛.现场总线C AN原理与应用设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[3]于万海.车载网络系统原理与检修[M].北京：电子工业出版社，2008，7（1）.

（作者单位：吉利汽车研究院（宁波）有限公司）