CAN网络在汽车上的应用分析

易坤仁

【摘 要】随着现代汽车的不断发展，汽车电子设备不断增加，汽车综合性控制系统控制信号需实时交换。CAN是控制器局域网，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性，灵活性特点，由于其良好的性能，汽车领域广泛的应用CAN总线实现汽车内部控制系统的数据通信，本文重点详细介绍CAN总线在汽车上的应用。介绍了车身控制系统结构，可作为我国汽车企业自主开发CAN总线控制系统有益探索。

【关键词】CAN;汽车制造

中图分类号： U463.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）23-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.018

自80年代后，汽車领域飞速发展，单片机广泛应用于汽车上，ABS装置，主动悬架等电子控制单元在汽车上的应用日益广泛。原始的布线方式连接欧诺供电设备与开关，大大增加了电线的数量，电控系统复杂的线路提高维修的难度，迫切需要运用CAN解决此问题。汽车电控技术的广泛应用对车内部通信网络提出了更高的要求，基于CAN总线的通信网络具有速度高级通用性好等优点，CAN接口的软硬件设计能满足汽车应用的需要。控制器局域网是德国Bosch公司为解决现代企业众多控制仪器之间数据交换开发的通信协议，CAN在欧洲被广泛应用于汽车生产中。

1 CAN总线概念

控制器局域网络在汽车产业中得到广泛应用，出于对安全性，低成本的要求，各种电子控制系统被开发出来，由于系统之间的通信由多条总线构成的情况很多，为适应减少线束数量的需求，1986年德国电器商博世公司开发面向汽车的CAN通信协议，现在在欧洲已成为汽车网络的标准协议，目前全世界有110多种CAN总线控制器芯片[1]。

总线开放时，具有最高优先权的报文单元赢得总线的访问权，可用液晶显示器作为多主机的公用监视器，节约系统成本。网络上的每个主机可同时发送。收到报文的标识符与本机的接收码寄存器比较，网络上的每个节点可发送远程帧，与对应的远程帧以相同的标识符ID命名。

数据共享减少了数据的重复处理，如对电喷发动机，其他电器可共享提供的转速等。可省去额外的水稳，可将数据显示在仪表上，便于发动机保养维护。应用CAN总线可减少车身布线，采用总线技术，模块间的信号传递仅需两条信号线，其他横贯车身的线不需要布线。数据共享节省了线路，车速信号要接到电流缓速器，闷控制及电喷发动机。

2 CAN技术的研究

SAE车辆网络委员会将汽车数据网划分为A、B、C三类，最近几年许多新的车用通信协议推出，考虑功能分布于位传输速率等因素，现有汽车通信网络大致分为车辆控制网络，排放控制网络，安全系统网络。网络使用不同的总线结构，目前世界各大汽车公司车身网络控制技术平台基本建立，全面采用网络控制技术成为可能。

CAN总线技术在汽车领域占有了一定的市场地位，CAN总线技术最早为德国Bosch公司研制，在北欧国家早期CAN总线技术非常流行。由于CAN总线技术自身的高可靠性，其应用日益受到人们的重视。其应用范围向过程工业，楼宇自动化，农业机械，数控机床等领域发展。

我国在CAN总线研究应用方面起步较晚，在汽车上的应用自2002年后，在几大汽车研究单位启动。目前处于研究初级阶段，重点集中于动力系统的CAN通讯，未对汽车车身电控部件进行CAN总线应用的研究[2]。

3 CAN总线硬件电路设计

3.1 CAN管理结构

发动机，安全气囊等都是现代汽车动作的核心部件，设计采用传输速率为1000kbps的高速CAN通信网络，仪表管理控制等对实时性要求较低。采用传输速率小于125kbps的CAN通信网络，总线与各节点进行数据交换，实现网络互连。

采用CAN总线技术可实现ECU之间的信息共享，如具有CAN总线接口的电喷发动机，其他电器可共享其提供的水稳，机油温度等。可省去额外的传感器，将数据显示在仪表上，便于发动机的维护保养。

新型电子通讯产品对汽车的综合布线提出了更高的要求，传统电气系统布线系统庞大。一辆采用传统布线方法的高档汽车导线长度达2000m，CAN总线可有效减少线束长度，如某车针对后门，摇窗机等功能的传统布线需20-30根，用总线CAN仅需2根，传统布线方法不能适应汽车的发展。

CAN总线技术可实现多ECU的实时关联控制，汽车上的多个气囊通过CAN总线将传感器信号传送到中央处理器中。电控喷油系统，防抱死控制系统，废气再循环控制系统，为满足子系统的实时性要求，需实时共享汽车数据。控制单元对实时性的要求因数据更新速率不同，要求数据交换网具有较高的通信率，CAN总线能够满足这些要求。

3.2 CAN硬件构架

CAN采用PHILIPS公司高性能8位处理器P89C668，自带串行接口序列，80C51中央处理单元，12个时钟周期下速度高达330MHz，P89C668是出色的微处理器，8K字节RAM内存是许多高速存储应用场合首选。

PHILIPS提供编程软件由串行口通信即可实现程序线升级。复位电路采用X25045芯片进行智能控制，汽车节点开关器件复杂繁多，水温油位传感器信号是非线性模拟信号，可靠实时对开关量进行检测成为汽车电子硬件必须解决的问题。

4 CAN总线在国内汽车产品上的应用

4.1 CAN在小轿车上的应用

一般小轿车CAN总线的应用最为广泛，CAN总线拓扑结构主要有线型，环形网络与星型网络拓扑结构。线式拓扑结构采用单线作为传输介质，站点通过相应硬件接口连接到传输介质，网络中气他站点可同时收到。所有的节点在同一线路进行通信，总线式网络结构简单，造价低廉，站点接入灵活。

环型网络中的信息为单方向，信息在网络中环游一圈后由发动节点收回。环型网络的任一节点包括环中线路损坏都会使网络通信故障，环型拓扑结构的优点是传送速度快[3]。

星型网络每个站点通过单独的通信线路连接到中央节点。星型拓扑网络结构安装较总线式容易，价格便宜。移动某一节点简单，单个连接点的故障只影响相应站点的工作。每个站点直接与中央节点连接，如中央节点发生故障导致网络瘫痪。

大众汽车的CAN总线系统分为5个不同的总线区域，其動力CAN数据总监经短时无载运行后切除，舒适CAN数据总线在一条数据线短路时，可用另一条继续工作。动力CAN总线数据与信息CAN数据信号不同。确保车辆更好的实现CAN总线控制功能，避免突发情况造成操作失灵。

动力系统主要包括发动机控制单元，组合仪表控制单元等，市场基本被外资企业垄断，信息系统主要包含自动空调控制单元，舒适控制单元等，国内企业由于资金不足等原因，发展速度较慢。

4.2 CAN在大中型客车中的应用

随着城市生活水平的提高，客车厂家为满足客户日益增加的需求，加装电子器件使客车电气系统愈加复杂，电缆总长不断延伸，客车电气系统安全性能呈现下降趋势。高危安全事故时有发生。国内主流的客车企业，如郑州宇通，苏州金龙，中通客车等都在加大CAN技术的应用力度，致力于不断提高客车电控系统技术水平，确保客车安全性水平的提升。

大中型客车CAN总线应用在动力传动系统方面，CAN总线技术在变速箱TCU等关键零部件方面全部应用，部分厂商未使用CAN总线接口。

由于客户要求分散，依靠CAN总线智能的配置功能，实现系统的灵活配置成为趋势。客车CAN总线系统研发进入壁垒较低，国内主要研发CAN总线产品的企业集中于大中型客车市场。

总线智能化诊断成为电气化发展的主流。目前国内企业主要的竞争点在于与外资产品的价格上，国内企业与外资企业在用户体验上的竞争稍有逊色。

客车车身控制要形成独立的解决方案，国内推出车身CAN总线控控制系统，通过BCM模块架构全车网络平台，优化控制逻辑等形成车身智能控制。国外企业电子企业与国内企业时间介入差距不大，目前市场国内拥有自主产权知识的企业占主导地位。

4.3 CAN在重型货车中的应用

CAN总线技术在全世界范围应用不断扩大，SAE 1939由SAE制定，适用卡车及客车产品，已基本被许多国家接受采用。定义网络层与应用层，提出电子系统间的开放互联系统，使电控单元之间可实现相互通信，电控单元可通过网络连接彼此通信不需额外的功能接口。

SAE1939-11中描述的物理层可作为主网，桥接器用来连接子网，可行的放置方式是在需要提供地址分配进行电气分离的每个挂车放置桥接器。台车使用与挂车使用的桥接器是可行的。

载货车企业针对不同产品对CAN车身控制系统功能要求不同，需针对不同功能对协议中的冗余部分进行剪裁，改造空间较大。尚未形成统一的模式，对系统供应商的科研能力提出较高的要求，目前国内CAN总线系统供货商多为原西门子VDO。

5 结语

技术的先进性是汽车应用的最大动力，CAN已成为现代轿车设计中必须采用的装置，大众等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段，奇瑞公司已装配成功国内首辆CAN网络系统混合动力轿车，POLO汽车等开始引进此技术，CAN总线技术将成为汽车领域发展的新方向。

【参考文献】

[1]李添瑜.汽车电子简介及网络在汽车上的应用[J].山西电子技术，2019（01）：6-7+37.

[2]周定华，付贝贝.电动/混合动力汽车的CAN网络系统[J].电子技术与软件工程，2018（22）：23-25.

[3]贾爱芹，闫志国.CAN总线在汽车上的应用探讨[J].南方农机，2018，49（13）：194+199.