高速CAN总线在车身CAN上的应用

王玮，余超（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



高速CAN总线在车身CAN上的应用

王玮，余超
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车CAN总线主要有两种类型的总线，即高速CAN总线与容错CAN总线。两者分别在动力CAN系统和车身CAN系统中广泛的应用，各有各的特点和优势。近年来，不断出现以高速CAN取代容错CAN而应用在车身CAN上的案例，文章就高速CAN总线在车身CAN上的应用做出分析和论述。

CAN总线；高速CAN；容错CAN

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.058

CLC NO.: U463.67Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-182-03

前言

CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，由于具有高性能、高可靠性以及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。CAN已经形成国际标准，并已经被公认为几种最有前途的现场总线之一。

目前CAN总线标准ISO 11898中描述了两种类型的总线：ISO 11898-2高速CAN总线和ISO 11898-3容错CAN总线。在实际应用中，前者由于传输速度快主要用于动力、安全等系统，后者因芯片成本低廉并具备一定的容错能力而广泛用于对时效性要求不高的车身舒适系统。随着技术的发展，高速 CAN芯片的大量应用使得其成本大大降低，甚至低于容错CAN芯片，另一方面，高速CAN芯片也具备一定的容错能力。因此高速CAN在车身总线系统上的应用越来越多。

本文就高速CAN与容错CAN的区别以及高速CAN在车身CAN系统上的实际应用进行阐述。

1、高速CAN与容错CAN区别

1.1信号特性

高速CAN与容错CAN在信号上都采用了差分传输，见下图。

两者均由CAN_H和CAN_L的差分来表达隐性和显性状态，但在电平特性上却有很大区别。

在传输速率上，高速CAN最高可达到1Mbits/s，而容错CAN只能达到125kbits/s。

1.2容错能力

容错CAN，顾名思义，在总线通讯上有着高速CAN所部具备的容错能力，在一些故障情形发生时，容错 CAN总线能进入单线通信模式，这些故障有：CAN_H 与 CAN_L短路，CAN_H 与地短路，CAN_H 与VCC短路，CAN_H 与蓄电池电压短路，CAN_L 与地短路，CAN_L 与VCC短路，CAN_L 与蓄电池电压短路，CAN_H 线断路，CAN_L 线断路。

而高速 CAN本身可以不具备容错能力，近年来，一些新款的高速 CAN收发器芯片也具备了一定的容错能力，如在 CAN_H 与蓄电池电压短路和 CAN_L 与地短路的情形下，同样可以正常通讯。

1.3硬件

高速CAN与容错CAN采用不同的收发器，在硬件电路上也由许多不同。

高速 CAN总线系统中存在两个终端节点，在收发器端CAN_H和CAN_L之间接有一个等效为120Ω的电阻，见图的两个R60，其他节点均为高阻抗，则整个总线系统中存在等效为60Ω的电阻，用于吸收反射波。而容错CAN系统中每个收发器均接有终端电阻，见图的RRTH和RRTL，并要求整个总线系统的等效电阻接近100Ω。

2、应用分析

通过对高速CAN与容错CAN的比较可以发现，主要的影响在于对容错能力的要求上。随着汽车制造技术水平的提升，线束的可靠性也有了很大提高，在可以充分保障总线线路的稳定可靠的前提下，用高速 CAN总线可以替代容错CAN总线；另一方面，车身总线系统上的模块多为舒适系统，在安全性方面要求并不高，可以降低对容错能力的需求。因此，用高速CAN总线取代容错CAN的车身总线是完全可行的。而在实际应用中，也确实有越来越多的整车厂采用这种方法。

下面以某汽车采用的两路高速CAN总线结构为例来说明，下图为网络拓扑图：

该网络采用仪表为集成网关，连接两路总线，左端为高速CAN总线系统，连接有发动机、ABS等与动力安全相关的模块，右端为低速CAN总线系统，连接有车身控制、空调等舒适相关模块。与采用容错CAN的方案相比，优点有如下几个方面：

1）灵活的网络系统设计

网络中两路总线是对等的，即两路总线的模块具有高度的可互换性。（注：高速CAN与容错CAN模块无法在同一条总线上兼容）例如需将空调模块从低速CAN放入高速CAN总线系统时，只需设定其传输速率到500kbps，将收发的信号做调整即可，无需进行硬件的变动而造成大量的开发成本。变动的网络拓扑如下图所示：

由此可见，在设计和调整时，具有很大的灵活性，不用受到总线类型不兼容而无法调整网络拓扑设计的限制。

2）简便的物理层设计

由于汽车产品开发，往往具备多种配置，尤其在车身总线系统，可能存在多种可选的总线模块，在物理层设计时，若采用容错 CAN方案，受终端电阻匹配的问题的影响，可能存在各模块电阻设定多样化的问题，难以在硬件上通用。而高速CAN总线仅需要选择两个节点作为终端即可。

3）更好的可扩展性

传统车身容错CAN总线最高速率是125kbps，但是随着汽车技术的发展，配置不断增加，总线模块也越来越多，容错CAN可能无法满足未来的需求，而采用高速CAN总线的车身总线系统则最高可以达到1Mbps的速率，具有很大的可扩展空间。

4）降低成本

近年来，随着高速CAN收发器芯片的大量应用，更多性能优越且成本更低的高速CAN芯片被开发出来，甚至低于容错CAN的成本，应用高速CAN在零部件成本上更有优势在测试应用中，由于传输的都是CAN信号，通过测试工具在应用了高速 CAN的车身总线上测得的数据来看，与采用容错CAN没有任何区别，也同样可以具备网络管理等功能。

3、总结

高速CAN总线与容错CAN总线各有特点，并在汽车各模块通讯中得到了广泛的应用。综合本文的分析，高速CAN总线取代容错 CAN总线在车身总线系统中应用是完全可行的，从成本、网络设计灵活性、可扩展性等方面带来了诸多便利，并越来越多的被应用在在汽车总线系统开发中。

[1]史久根.CAN现场总线系统设计技术[M].第1版,北京:国防工业出版社,2004.21～22.

[2]ISO11898-2,Roadvehicles—Controllerareanetwork(CAN)—Part2: H igh- speedmediumaccessunit[S].

[2]ISO11898-3,Roadvehicles—Controllerareanetwork(CAN)— Part3:L ow-speed,fault-tolerant,medium-dependentinterface[S].

Topology Design Of The Vehicle CAN Bus

Wang Wei,Yu Chao
（Anhui Jianghuai Automotive Co.,Ltd.,Anhui Hefei 230601）

There are two types of Vehicle CAN bus,high speed CAN and fault tolerant CAN.They are widely used in powertrain and body CAN respectively.They have respective specialty and advantage.These years,there are some examples that high speed CAN replaced fault tolerant CAN which used in body CAN.This text will specify the application of high speed CAN in body CAN.

CAN Bus; High Speed CAN; Fault Tolerant CAN

U463.67

A

1671-7988（2016）08-182-03

王玮（1985-），男，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。