汽车CAN网络通讯技术实际应用浅谈

康昌盛

摘要：随着汽车工业不断发展，其中使用的电气化设备也越来越多，无人驾驶、新能源汽车均是现阶段的一个研究方向。但研究方向越智能化，在汽车中线路的综合布置就需要更加精细化，尤其是无人驾驶方面，更加要求了信息传输的重要性。在共享交互高度精确的要求下，就需要汽车内部总线性能十分优越。现在控制局域网CAN就是以比较优越的运行性能走进汽车人的眼中，经过验证，发现CAN在保证性能的情况下，成本也很有优势，这两方面结合下，逐步应用在汽车的控制网络中，并且应用前景也越来越广泛。文章主要以汽车中CAN总线的主要特点、技术以及在汽车中的实际应用展开。

关键词：汽车CAN总线;技术;应用

0  引言

随着车用电器设备如发动机、空调、倒车雷达等电子设备越来越多，以GPS、GIS、GSM即3G為代表的一系列新型的电子通信产品大规模应用，对汽车线路的综合布置以及信息之间的相互共享交互有了更高层次的需求。之前对汽车电子产品应用能力有限，传统的线路布置一般都比较单一，相互之间对于信息的交流几乎没有，这种认知下导致整个线路十分庞大。并且在材料上，也大大浪费了资源的消耗，还有就是人力成本也相应增加。如何将汽车多重功能综合应用并进行信息传送是一大问题，而CAN总线正好满足这一要求。汽车的电控燃油系统、防抱死制动系统以及尾气的循环利用系统、导航空调等系统作为一个小小的控制单元，每个控制单元之间对实时性要求的不同，数据的更新速率和控制周期都会不同，从而形成一个基于优先权竞争的数据网络，CAN都满足这些要求。

1  CAN总线原理及特点

CAN首先是属于多路传输系统的一种。CAN（ControllerAreaNetwork）也就是控制器局域网络，一般称它为“CANbus”、CAN总线[1]。CAN数据总线主要是由一个控制器、一个收发器、两个数据终端以及两条数据传输线组成。除了线路之外，其他一些元件均分布在控制单元内。CAN控制器主要作用就是用来接收控制单元从微电脑发出的指令，这个指令是汽车系统单元传输的数据，然后对数据进行处理再传输到CAN收发器中，同样的CAN控制器也可以将CAN收发器中的数据进行处理并且传送到控制单元之中，这是一个双向传导的过程。CAN收发器主要就是信息的转化，它将数据转化为一种电信号运送到数据的传输线，它担任信息的转运站，为CAN总线进行信息接收并发送，因此，CAN收发器这么重要的作用是其他元件不能代替的。数据传送终端主要就是一个电阻器，主要功能就是防止数据在传送过程中被反射，影响在线数据的传输。它主要是以回声的形式返回这是它最重要的一个特点。最后便是数据传输线，它是对数据进行双向传输的。有两条数据线，分别是CAN高线（CAN-H）和CAN低线（CAN-L）。这两条线是缠绕在一起的，称为双绞线，主要是为了防止外界的电磁波对其的干扰，也为了防止信号对外面的辐射。但是这两条线路的电压是相反的，如果一条是5V，那另一条则为0V，我们要始终保证电压总和是一个常数，这种方法主要是保护CAN总线，既保证无辐射环境，也有利于信号源无损耗传输。

CAN有两种比较典型的通信方式，第一种是多主方式，在这种方式下，网络上可以在任何一个节点任意一个位置主动地向网络发送信息，并且不分主次，这种方式最好的特点就是通信比较灵活。也不需要占用节点地址，从而完成了点对点、一点对多点、全局的进行接收信号传递数据的任务。还有一种是主从方式，这种方式主要是根据各个节点的优先级，在两个信号同时出现时，按照程序设定，优先等级比较低的主动停止发送，让优先等级比较高的先完成信息传递，完成作业内容，这种方式解决了主线冲突，尤其是当网络负载比较严重的情况下，尽可能避免了出现网络瘫痪的现象。

CAN总线的特点有下面几点：

①目前为止，它是成本比较低并且唯一一个拥有国际标准的总线。

②CAN多主方式工作即它不分主次，可以在任何时候在网络上的任意一个节点向其他网络节点发送信息，大大提高了利用率。

③采用了短帧结构，这种结构传输时间较短且效率高、质量高。

④CAN选择为双绞线、光纤或电缆，这种介质应用灵活。

⑤CAN在有错误时，它会自动的关闭输出功能，这样可以保证总线上其他的节点不受影响继续工作，而且发送信息有破坏时，还可以自动的重新发送。

⑥CAN的直接通信的距离最远可以达到10KM并且通信速率最高可以达到1MB/s，这个时候的距离是40m。

2  CAN总线的应用及发展

CAN总线在工业上的应用始于汽车且不止于汽车，CAN总线的开始是专门为汽车量身定制的。作为一个控制器系统，局域网通讯协议CAN总线在汽车上发挥了重要的作用。CAN总线通讯只需要两条线路，大大减少了在车身上线路布局。在没有CAN总线的汽车上，打开车身你会看到很多的线路交叉连接着各种机器元件。这些线路容易老化，不仅危险系数极高还大大缩短汽车的寿命，给检修工作带来不少麻烦。CAN总线可以连接各种传感器，把传感器探测到的信号通过CAN总线直接传递给中心控制系统，让中心控制系统做出适当的指令自动控制车辆所有系统智能运行。比如连接防撞传感器、安全囊里的传感器、路障识别传感器等。把无人驾驶智能汽车的诞生推上日程。

汽车动力系统CAN主要连接对象是发动机控制器（ECU）、变速箱、ABS控制器、安全气囊控制器等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、空调、组合仪表及其他辅助电器等。目前，动力系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间设计有“网关”，以实现在各个CAN之间的资源共享，并将各个数据总线的信息反馈到仪表板上。驾车者只要看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常。

CAN总线系统防干扰能力强，信号稳定可靠。这一点对汽车路上安全行驶十分重要。汽车上的机器工作环境如此恶劣，比如点火线圈点火时产生的强大的反充电压，电涡流缓冲器切断时产生的浪涌电流及汽车发动机仓100℃左右的高温。这些因素并不会对CAN总线系统运作产生影响。同时，先进的防盗设计也正基于CAN总线网络技术。首先，确认钥匙合法性的校验信息通过CAN网络进行传递，改进了加密算法，其校验的信息比以往的防盗系统更丰富;其次，车钥匙、防盗控制器和发动机控制器相互储存对方信息，而且在校验码中搀杂随机码，無法进行破译，从而提高防盗系统的安全性。而这些功能的实现无一不借助CAN总线来完成，CAN总线成为汽车智能化控制的“定海神针”。

现在汽车的技术性能已经越来越好，但结构也变得越来越复杂，因此出现故障时，诊断难度也越来越大，因此就需要建立一个系统来监控整车的运行状态，不断的检测汽车情况，出现故障时候也能够采取一定的措施，但是一些问题需要专业的人员来解决，更加需要一个相互连接的系统，因此利用CAN总线系统构建物联网环境再让电动汽车和充电桩通过以太网，WiFi或GPRS网络接入电动汽车制造商和充电桩运营商的监控中心。电动汽车厂商和充电桩运营商监控中心：包含了企业的全部核心应用。其一般由有线网络接入（带有固定公网IP地址）、支持VPN接入的防火墙、企业应用服务器群，及维护人员组成。作为管理人员可通过人工方式，或企业已有的应用服务，对现场的电动汽车进行维护或监控。出差维护工程师：身处异地的维护工程师会由于多种原因参与到远程的客户支持中。维护工程师可以接入Internet，通过电动汽车厂家监控中心的安全认证，与客户现场的设备建立连接，实现远程诊断维修[2]。

CAN总线与5G网络的结合打造全新的升级版车联网系统。达到车与车、车与人、车与城市更加紧密的联系在一起，形成一个无缝隙对接网。传统意义的车联网因网络技术的限制只是简单的将机车联网，联网节点以机车为单位，只能在网络上获得关于车辆的地点、位置、速度等简单的信息。这些信息量还不能够满足我们对汽车的控制与管理。5G时代的来临，解决了数据网络传输的问题，CAN总线与5G网络搭建的升级版车联网不再仅仅以机车节点为单位，甚至可以以机车上的每一个传感器、控制器、电子设备为单位。通过无线网络的传播，可以在网络中获取更过关于汽车的信息。比如可以随时远程了解汽车发动机、汽车油量、电量、精准里程、精准轨迹、甚至车灯状态等情况。对车辆控制器的远程控制可以实现对整辆车的远程操控，无人驾驶。

实现汽车CAN总线联网服务，当前基于GSM网络的GPRS技术被广泛的应用于各个领域，如果将CAN总线通信与5G无线网络对接，将进一步突破CAN总线通讯方式的地域限制，充分发挥无限网通信，免布线，网络覆盖范围广等优点。升级版的车辆网不管对车辆的远程操作，还是对车辆的安全管理，又或者对车辆制造商的后期车辆维护与保险公司对车辆的损坏理赔甄别都无疑是不可多得的工具。

3  结语

随着现代化集成程度越来越高，CAN的应用也越来越普遍。医疗、航天、军工均有涉猎。在信息化极高的今天，要对通信理论、传输调度进行完善。汽车领域，电子技术的速猛发展，各大厂商都开始角逐车载网络协议的制定，不断的完善创新各自的车载网络标准。但是从发展来看，还需要更加注重安全性、有效性以及紧凑型、使用寿命长等特点，而且各大厂商没有形成一个整体，不能形成国际标准，后续研究中车载网络应该会形成一个网络标准化，有助于行业不断前进。

参考文献：

[1]相铁武.基于CAN/LIN总线的汽车通信网络设计[J].内燃机与配件，2020（06）：213-214.

[2]梁应杰.浅谈汽车CAN网络通讯技术[J].日用电器，2016（11）：52-54.

[3]相铁武.基于CAN/LIN总线的汽车通信网络设计[J].内燃机与配件，2020（06）：213-214.