基于CAN总线的汽车电气系统的设计研究

桂知进

摘要：CAN总线技术就是为了能够让人类的出行更加安全且方便的技术，这一项技术当前广泛应用在各个领域，汽车领域对其的应用水平也非常的深入，由于其具有提升汽车工作效率，并且有效减少成本的特点，因此当前被汽车制造企业所喜爱。在汽车的电气系统中使用CAN总线，已经成为了当前汽车设计与制造的主流趋势，因此如何才能更加合理地设计与应用CAN总线技术，成为了当前在汽车制造行业的热议话题。

Abstract： Can bus technology is to make human travel more safe and convenient technology， this technology is currently widely used in various fields， the automotive field of its application level is also very in-depth， because it has the characteristics of improving the efficiency of the car， and effectively reducing the cost， so it is currently loved by automobile manufacturing enterprises. Using CAN bus in automobile electrical system has become the mainstream trend of automobile design and manufacturing. Therefore， how to design and apply can bus technology more reasonably has become a hot topic in automobile manufacturing industry.

关键词：CAN总线;汽车;电气系统

Key words： can bus;automobile;electrical system

中图分类号：U463.6;TP273                           文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）23-0010-02

0  引言

对于汽车制造业的企业而言，如果企业的运行效率高，且成本低，就能够在市场中获得更高的口碑，并且能够成功地吸引更多的消费者，让自己品牌的汽车在行业内拥有较高的口碑，占有更多的市场资源，获得消费者的喜爱，从而能够拥有更加广阔的发展空间，从而能够让企业在市场中逐渐占据更加有利的地位。因此本文针对基于CAN总线的汽车电气系统进行设计，首先分析了在汽车电气系统设计中应用CAN总线的优势，之后介绍了如何应用CAN总线对汽车的电气系统进行设计，并且对该技术未来在汽车制造行业中的发展前景进行分析。希望能够为我国的汽车制造企业带来新的思路，更加成熟地将CAN总线技术运用在汽车的电气系统设计工作中。

1  CAN总线的优势

CAN总线相比与传统的R线构建的形式，具有更多的优势，是一种串行通信网络，能够有效地对汽车的线路进行实时的控制。CAN总线技术的优势主要有以下几点：

1.1 具有较高的实时通信效率

因为CAN总线技术能够让各个节点的数据信息都以竞争的形式相总线进行传输，并且采用通信数据编码，并非传统的站地址编码，因此能够在相同的时间接收到不同节点传输的数据信息，从而能够有效地保障这些信息的传输效率，因此能够实现实时通信。再者，由于其为冗余结构，因此还能够保障系统的稳定性与可靠性。这种CAN总线技术与传统的R构建技术相比，通信的效率更高，因此也受到了各个汽车制造企业的喜爱，使用CAN总线技术所设计的汽车电气系统的通信效率跟高，能够技能更加快速地反映，因此有效地提升了汽车整体的效率。

1.2 对汽车电气系统的保护水平高

因为CAN总线技术使用82C250芯片的CANL与CANH两个端口，因此可以在与总线连接的时候有更加清晰的传输脉络。CANL端口所处于的状态为悬浮转台，并且为低电平，而CANH所处于的状态也为悬浮状态，但是为高电平。因此，这样子的两个端口可以让汽车的电气系统有效的避免出现系统障碍的问题，总线所能接收数据的节点较多的时候，也不会出现因为短路故障而导致节点出现问题的情况，因此其对于汽车电气系统的保护水平非常高。一旦CAN总线技术中存在着某一节点产生了严重的问题，也会启动系统的自动保護机制，将该节点的输出功能关闭，所以总线仍然可以正常地工作，不会导致其他的节点受到影响，汽车电气系统也不会因为某一节点出现了问题而出现整体故障的问题，因此能够对整个电气系统进行更高地保障。

1.3 CAN总线技术的开发需要的时间短

对于任何一个企业而言，在研发新型的技术时，都需要花费大量的时间，并且投入大量的金钱，如果在研发的过程中，有同行研发出了更优秀的技术，就会导致企业的发展预期水平降低。研发技术的开发越困难，所需要的时间就越长，因此企业所承受的风险也就越高。但是CAN总线技术所需要的研发时间不长，因此企业所需要承担的研发风险也会有所下降。这是因为CAN总线技术使用CAN接口芯片与控制器芯片，对于研发工作人员，这两种芯片自身就能有效地降低研发的难度，因能够帮助企业快速地研发出应用CAN总线技术的汽车电气系统，所以企业的研发时间就会缩短。

2  CAN总线的汽车电气系统设计

2.1 整体架构设计

CAN总线是汽车电气系统中通信介质的平台，这些通信介质主要产生于汽车在运用的过程中系统所生成的数据，且数据量非常大，电子单元是这些数据的进行交换与共享的关键，而CAN总线就是实现将这些数据在电子单元交换与共享的平台。因此，汽车的电气系统信息传递的效率也会明显提升，而这些信息就是为了控制电气系统，驾驶人员对汽车的控制效率也就随之上升。在CAN总线的汽车电气控制系统中，可以将其划分为左、右、前、后、主五个ECU节点。基于CAN总线的汽车电气控制系统可以采用星型拓扑结构。其中左、右、前、后这四个节点负责采集开关信息，然后依托于通信协议生成报文信息，同时传输到主节点。而主节点则负责信息的分析和判断，并在此基础上输出相应的分析结果，同时依托于通信协议反馈给左、右、前、后这四个节点。最后，这四个节点再针对反馈信息进行滤波，依托于UART总线将功率负载反馈给控制模块，并最终完成了功率输出的有效驱动。

2.2 ECU节点设计

对于ECU节点的设计需要根据汽车电气控制的实际需要进行，因此应当将其主要分为五个部分，中央处理器用于处理信息，输出模块用于控制功率，信息采集模块用于对信息的传递进行控制，软件、安设模块用于实现通信。在汽车电气控制系统中的ECU节点中，需要四种接口，即CAN互通接口、功率负载驱动接口、开关量输出接口以及电源端口。首先，负责功率负载的驱动口必须能够符合30A的电流。而开关量输入接口主要进行开关信息的处理，如果开关处于闭合的状态，输入电平将被拟定为偏低电平，当开关处于关闭的状态的时候，就会成为偏高电平。其次，开关量输出接口则负责开关量信息的采集工作。当开关闭合的时候，电平被拟定为偏低电平;而当开关断开电平则被替换为偏高电平。再次，CAN互通接口则主要负责为ECU与外围的衔接提供接入点，实现整个系统的通信。最后，电源端口主要负责系统电源的输入，满足控制系统运行所需的电力供应。

2.3 软件架构设计

设计汽车电气系统CAN总线必须对软件做好设计规划，在软件设计中，必须要涉及到通信车、驱动层和转换层，这三个层次都非常的重要，如果其中一个层次的软件设计出现了问题，都会导致整个汽车的电气系统的CAN总线的信号传输出现问题，最终的导致对汽车的控制也出现问题。首先，通信层主要是起到了将各个层次的信号进行传导的作用，主要为驱动与转换各层之间信号两类，能够高效地将各个层级之间的信号通过接口进行输入与输出，并且可以对器件信息进行转换。驱动层是对汽车电气系统CAN总线对信号的输入和输出起到驱动的作用。转换层由输入和输出转换构成。在汽车电气控制系统中的CAN总线不同层次的软件都具有各自的功能属性。在驱动层，输入驱动负责把输入引脚电平进行转换并将其信息输送到转换层，而输出驱动则把从转化层中获得的信息转换为引脚。在轉换层，输入转换把驱动层中的状态信息进行转换变成器件信息发送给处理层进行逻辑状态分析，而输出转换则把处理层的器件信息进行转换得到输出信息发送给驱动层。在通信层主要通过通信模块来负责处理与转换层的信息交换。

3  基于CAN总线的汽车电气系统的发展前景

当前，CAN总线技术已经在汽车设计与制造中被广泛地使用，因为该技术的高效与低成本的优势，能够让汽车制造企业节约大量的成本。因此，在未来，该技术的应用前景仍然十分的广阔，因为各个企业都在努力提升汽车电气系统的效率，并且通过节约成本，让高性能的汽车能够以更低的市场价格投放到市场中，从而获得更多的消费者。对于CAN总线技术在未来的发展中，可以主要集中于提升芯片的性能和端口的性能。首先，因为芯片对于整个CAN总线系统而言，就像是“心脏”一样的存在，如果可以提升芯片的性能，就可以有效地提升整个CAN总线系统的性能，并且能够进一步减少研发的时间，帮助汽车制造企业节约更多的成本。再者，因为CAN总线的两个端口能够有效地避免系统出现整体故障的问题，因此还以将研发与设计的精力放置在端口上，努力提升端口的性能，不仅仅让其能够减少单个节点对系统的干扰水平，还可以让多个节点故障时也能够让汽车的电气系统维持运行状态。

4  结语

汽车是人类出行的重要交通工具，关乎人类生活的质量。随着我国的综合国力不断地提升，人民对于生活质量的要求也更高，尤其是城市中生活的人民，基本上每家每户都配备了私家车，因此我国的汽车行业的市场具有非常广阔的前景。与此同时，国家也在努力推进我国汽车制造行业在国际上的发展水平。对此，CAN总线技术成为了当前被各个汽车制造企业所钟爱的技术，将其广泛地应用在了汽车的电气系统中。这是因为CAN总线技术具有很多的优势，例如，具有较高的实时通信效率，对汽车电气系统的保护水平高，CAN总线技术的开发需要的时间短，以及国际化的现场总线形式。在汽车电气系统中设计CAN总线的时候，会注意整体架构设计、ECU节点设计以及软件架构设计。在未来，为了能够让CAN总线技术拥有更加广阔的发展空间，可以从CAN总线的两个端口和芯片作为研究的重点，提升其使用性能，从而全面提升整个汽车电气系统的工作效率，帮助企业节约更多的经济成本。

参考文献：

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