CAN总线系统的应用

唐军松

（浙江交通技师学院，浙江 金华 321015）

1 CAN总线的发展背景

随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛应用，汽车电子化程度越来越高，特别是微控制器进入汽车控制领域后，给汽车发展带来了划时代的变化，汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性、环保性都得到了大幅提升。电子技术的广泛采用在改善汽车性能的同时，也带来了二个方面的问题：

（1）传统的电气线路都采用点对点的通信方式。电子技术的广泛采用，车上计算机、传感器、执行器也成倍增加，这样势必构成庞大的布线系统。汽车上有限的可用空间给日益加粗的线束布置造成障碍。

（2）现代汽车的多个电控单元需要同一传感器的信号（如发动机转速、节气门开度、车速等），同时单个执行器也可能受多个电控单元的控制。这就需要各个电控单元、控制器之间必须对公共数据实行共享和进行信息相互交换，这样既会使线束进一步加粗，又会影响控制单元数据实时性。

上述问题，采用数据总线技术后，都得到了很好解决。现在汽车上采用的数据总线多为CAN总线。

2 CAN总线的定义、组成及相关概念

2.1 CAN总线的定义

CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、ABS、ASR及巡航系统中，均嵌入CAN控制装置（如图1）。

图1 汽车CAN总线系统架构

一个由CAN总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。例如，当使用Philips P82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。CAN可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。

2.2 CAN-BUS数据总线的组成与结构

CAN-BUS系统主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收发器、CAN-BUS数据传输线和CAN-BUS终端电阻（图2）。

3 汽车CAN总线特点

CAN总线属于串行传输总线通讯网络，由于其采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通讯总线相比，CAN总线的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可以概括如下：

图2 CAN总线的结构

（1）根据各数据更新速率、控制周期、传输速率不同，对各控制单元、控制器、传感器进行网络划分（图2）。高速总线的最大位速率可达中1Mbps，满足主要电控单元或系统间大量数据信息实时交换需要，使汽车各方面性能趋于最佳状态。中速总线面向独立模块间数据共享，以减少传感器和其它电子部件。低速总线一般不单独使用，而是和中速总线结合使用，成为CAN总线的一个节点，这样无须在各传感器、执行器部件间安装CAN控制器就使得信号在CAN总线上传输。

（2）网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息。如节气门位置传感（TPS），既可以向电控燃油喷射系统（EFI）发送信息，也可以向电控自动变速箱（ECT）发送信息。故CAN为多主工作方式。

（3）CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。CAN网络系统中数据信息量非常大，有快速变化信号，有渐变信号。为保证总线上交通畅通，重要信息在发生总线访问冲突时需优先发送。合理地安排数据信息总线访问优先级显得尤为重要。各电子控制单元正常工作所能容许的最大时间延迟是决定数据访问总线优先级的主要因素。对转矩、车速及发动机转速等快速变化的信号必须进行高速运算。

4 CAN总线在轿车上的实际应用

由于CAN总线系统在我们国家发展的比较滞后,所以技术的提高很慢我们国家最具有代表性的车系就是大众,其车载网络系统在很多车上基本都得到了应用如:帕萨特领驭、宝来、速腾等。

5 结语

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总线在汽车上的广泛应用将使汽车的动力性、操作稳定性、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。CAN总线是控制策略驱动的总线，主要实现对车辆本身的控制，而IDB总线则以信息交互、共享为目的。按汽车局域网发展趋势，新型总线替代现CAN总线也是完全可能的。

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