基于CAN总线的汽车车身线束设计

李洪阳 刘相皓

摘要：电子技术的发展，越来越多的电器、电子设备在汽车上安装使用。在为人们带来方便、舒适的同时，却使车内线束增多、空间紧张、布线复杂，从而导致车身重量明显增加、运行可靠性降低、故障维修难度增大。另外，各电控单元之间传递的大部分信息是可由多个电控单元共享的，而传统的点对点的通信方式不能实现信息共享。相應的，将CAN总线技术运用于车身电控单元线束设计即可轻松解决问题。

关键词：CAN总线；汽车车身；线束设计

1 CAN总线概述

20世纪80年代末，德国BOSCH（博世）公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换，提出最初用于汽车电子装置互联的控制器局域网——CAN串行通信总线系统，之后被汽车行业和控制领域广泛应用，已成为国际标准（ISO11898）。到目前为止，世界上已拥有20多家CAN总线控制器芯片生产商，110多种CAN总线协议控制器芯片和集成CAN总线协议控制器的微控制器芯片。CAN总线由于采用了独特的设计和新的技术，与一般的通信总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN采用多主工作方式，成本低，且具有极高的总线利用率；CAN总线具有可靠的错误处理和检错机制，采用短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低；采用非破坏性总线仲裁技术，节点在错误严重的情况下具有自动退出功能。

2 汽车线束的规格和功能

对于汽车的线束规格，我们通常采用电线的标称截面积来界定，常用的规格有0.35mm2～16.0mm2不等，例如指示灯等耗电量较小的电器通常采用0.5mm2规格的电线就可以，而蓄电池搭铁线则常选用的规格16mm2。由于汽车中的线束相当于人大脑中的神经和血管，起着传输信号的作用，加之现代汽车行业的快速发展使得汽车中电子电气元件越来越多，相应的线束也越来越密集，一旦出现问题，必然修理困难。

3 总体结构

车身网络常由车内仪表、照明及信号灯组、自动车窗、座椅等电控节点组成。本系统中，网络中包含车内仪表板和四组照明、信号灯组共五个节点。其中，照明、信号灯组中包括远光灯、近光灯、转向灯、雾灯、倒车灯、刹车灯，且不同灯的安装位置不尽相同。中央控制节点安装在汽车仪表板上，接收司机的操作指令；其余四个节点则分别安装在车头、尾部的左侧和右侧，与不同车灯相连，控制车灯状态。CAN总线将所有节点连接起来，组成一个汽车内部控制网络。由于每个CAN节点与网络连接只用两根线：CAN_H线、CAN_L线，从而大大减少了线束使用量。

4 CAN节点结构

本系统中，CAN节点采用以下电路结构：ECU（AT89C51）+CAN控制器（SJA1000）+CAN收发器（PCA82C250）AtmelAT89C51单片机是一种低功耗、低电压、高性能的8位CMOS单片机，片内含有4KBFlashROM，4个I/O口共32个I/O引脚，都可供用户使用，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，灵活性高且价廉。独立CAN控制器PHILIPSSJAl000主要完成CAN的通信协议，支持CAN2.0A/B协议，支持11/29位标识码，具有扩展的64字节接收缓冲器，通信位速率可达1Mbps，即使在恶劣环境中也可正常、稳定地工作。PHILIPSPCA82C250是一种通用CAN收发器，是CAN控制器与物理总线之间的接口，对总线提供差动发送能力、对CAN控制器提供差动接收能力。

5 报文传输

CAN2.0B给出了标准帧和扩展帧两种报文格式，二者的主要区别在于报文所含标识符的位数不同，标准帧包含11位标识符，扩展帧包含29位标识符。考虑到系统的可扩展性和与其它系统的兼容性，本系统使用扩展帧格式。报文中的标识符描述数据的含义，不同的帧的标识符不同。每个节点的接收器通过对帧进行接收滤波来确定此帧是否与自己有关，接收有关的，滤掉无关的。标识符同时定义了报文的静态优先权。总线空闲时，任何单元都可以开始传送报文，具有较高优先权报文的单元可以获得总线的访问权。车辆驾驶过程中，驾驶员根据需要控制仪表板上的车灯开关。中央控制节点实时监测每个开关的状态变化，若发生变化则向总线上发出控制信号；其它节点对信号报文进行有选择地接收、处理，并产生对相应车灯状态的控制。表1中，每种车灯信号拥有一种报文标识符（除ID.20-ID.13外，其它位均为0）。

由于不同车灯在保障车辆安全行驶方面的重要性有轻重之分，车灯对应信号的优先级也应有所区别。表1中各报文的优先级由高到低排列为：刹车灯、倒车灯、应急灯、转向灯、近光灯、远光灯、雾灯。由于在同一时间总线上最多只能传输一个信号，当有多个信号同时发送时，优先级高的报文先传输，优先级低的报文后传输。

6 软件流程

中央控制节点的流程：变量STATE存储AT89C51的P1端口的状态。从P1.0至P1.7，程序顺序检查每一位是否与STATE的对应位相同。若不同，表示与该端口相连的开关发生状态变化，则根据变化的实际情况向总线发送报文。P1.7检查完毕后重新对P1.0进行下一轮检查。主节点的P1端口连接如表1。其余节点的软件流程：程序不断查询状态寄存器（SR），监视RXFIFO中是否有新报文。若已收到新报文，首先根据报文标识符确定操作对象是哪个车灯；其次根据报文数据域的内容确定操作内容（开启/关闭/闪烁）；最终实施操作并开始重新查询SR。其中，当使车灯（转向灯、应急灯）闪烁时，车灯每两次点亮之间的时间间隔为1s，即需要设定0.5s的延时，每到0.5s产生中断，中断服务程序将车灯的状态（P1.0）置反。由于AT89C51定时器无法产生长达0.5s的延时，程序使用定时器T0（定时0.1s）和变量N（初值5）配合使用产生0.5s延时。T0中断服务程序流程图见图1。

7结语

在国外，汽车总线技术已经基本形成了统一的标准，硬件接口也已统一，芯片也已定型、量产。目前国内许多汽车电子厂商都在开发CAN总线系统，各个产品正在陆续推出。就中国而言，汽车总线更是一项朝阳产业，有着无限的前景；相信总线系统在中国的普及应用为期不远，因此，我国对CAN总线的汽车车身线束设计研究势在必行，预期目标达到与国际接轨。

参考文献：

[1]张运涛，现场总线CAN原理与应用技术.2016.

[2]王兴平.探讨基于CAN总线的车身网络设计.2017.

[3]王贵和，梁玮.浅谈基于CAN总线的汽车车身线束设计.2017.

（作者单位：欧立腾（北京）技术咨询有限公司上海分公司1

长城汽车股份有限公司-哈弗技术中心2）

第一作者简介：李洪阳，男，汉，河北张家口，本科，初级工程师，汽车电子电器开发。