CAN网络协议在车辆上的应用研究

布仁

摘要:汽车网络的发展主要受汽车电子的驱动,未来车辆中大约需要20多种多媒体设备,这类网络要求很高的数据传输速率(250kbps～400Mbps)。由于有低成本、抗干扰、高带宽、实时同步高质量通信等优点,MOST(Media Oriented Systems Transport)协议在车上网络技术应用的前景最为广阔。

关键词:汽车电子CAN网络协议

中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(c)-0014-01

1 汽车网络的发展

随着对汽车安全性、舒适性,排放和经济性要求的日益严格,各电控单元间的数据交换也越来越复杂。这就需要设计一个良好数据传递方式来确保车辆中的电气/电子部件更容易管理且节省空间。由博士公司生产的CAN数据总线是专门为汽车开发研制,并已在大众和奥迪车型上得到应用。CAN是控制单元区域网络(CONTROLLER AREA NETWORK)的缩写,意思是控制单元通过网络交换数据。

美国汽车工程师协会(SAE)将汽车网络根据速率划分为A、B、C三个等级(表1):A类面向传感器/执行器控制的低速网络,速率通常只有1kbps～10kbps,主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制;B类面向独立模块间数据共享的中速网络,速率一般为10kbps～100kbps,主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统;C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网,最高位速率可达1Mbps,主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统。

2 CAN网络的简介

所谓网络是连接数个装置并以数字信号交换信息的系统。

CAN数据总线可以比作公共汽车,乘客即可当做需要传输的信息,公共汽车站即可当做各种控制器,公共汽车可以运送大量乘客,到各自要到目的地车站,CAN数据总线包含大量的数据信息,并把它们输送到相应的控制器中。

2.1 CAN数据总线的构成(见图1)

该系统由一个控制器,一个收发器,2各数据传输终端和2条数据传输线构成。

2.2 各部件的功能

CAN网络的结构简介

(1)CAN控制器。接收在控制单元中的微处理器中数据,处理数据并传给CAN接收器。同时,控制器接收收发器的数据,处理并传给微处理器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合。他将CAN控制器提供的数据转化为电信号并通过数据线发送出去,同时,它接收数据,并将数据传输到CAN控制器。

(2)数据传输终端。是一个电阻器。住址数据在传输在传输终了被反射回来产生反射波,这将破坏数据。

(3)数据传递线。用以传输数据的双向数据线。分为CAN高位数据线和地位数据线。数据总线没有制定的接收器,数据通过数据总线发送并由个控制单元接受和计算。数据总线是模块间运行数据的通道,即所谓的信息高速公路。数据总线可以实现在一条数据线上传递的信号能被多个系统(控制单元)共享,从而最大限度地提高系统整体效率,充分利用有限的资源。

为了避互电磁干扰和对外辐射,两条数据总线相互缠绕。

3 数据传递的原理

CAN数据总线中的数据传递就像一个电话会议。一个电话用户(控制单元)将数据 “讲” 入网络中,其他用户通过网络“接听”这个数据,对这个数据感兴趣的用户就会利用数据,而其他用户就会选择忽略数据。

数据传递过程

提供数据:控制单元向CAN控制器提供需要发送的数据

发送数据:CAN收发器接受由CAN控制器传来的数据。转换为电信号并发送。

接收数据:CAN系统中,所有控制单元转化为接收器。

检查数据:控制单元检查判断说接受的数据是否是所需要的数据。

接受数据:如果接收的数据重要,它将被接受并进行处理,否则就将忽略。

4 CAN数据传输系统

汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN,一条用于驱动系统的高速CAN,速率达到500kb/s,即动力总线;另一条用于车身系统的低速CAN,速率是100kb/s。驱动系统CAN主要连接对象是发动机控制器(ECU)、ABS/ASR控制器、安全气囊控制器、组合仪表等,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、雨刮电机等电器。国内完全引进技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用CAN总线替代原有线束,PassatB5、 Bora、Polo、Fiat的Palio、 Siena、哈飞赛马等车型都不同程度地使用了CAN总线技术。

4.1 CAN数据传输系统

CAN数据总线是控制单元间的一种数据传递形式。它连接各个控制单元形成一个完整的系统,一个控制单元从整个系统中获得的信息越多,那么他协调齐声的功能会更好。

4.2 动力传动系统中的下列控制单元组成了一个完整CAN系统

(1)发动机控制单元;(2)自动变速器控制单元;(3)ABS控制单元。

4.3 舒适系统中的下列控制单元组成了一个完整的CAN系统

(1)中央控制系统;(2)车门控制系统。

4.4 CAN数据传输系统的优点

(1)如果需要增加额外信息,只需要修改软件即可;(2)通过控制单元和辅助安全措施对传递信息的持续性检查,可以达到最低的故障率;(3)利用最少的传感器信号线传递多用的传感器信号;(4)控制单元间实现高速数据传递;(5)控制单元和控制单元插角最小化应用,从而节省更多有用空间。

CAN数据总线符合国际标准,便于不同的控制单元进行数据交换。