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車載控制器局域網(wǎng)技術(shù)分析與研究
摘要：控制器局域網(wǎng)(CAN)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，是目前最有前途的現(xiàn)場總線之一。近年來，進(jìn)口汽車及國產(chǎn)轎車廣泛采用CAN技術(shù)，標(biāo)志著汽車電子控制技術(shù)進(jìn)入一個新的時代。本文介紹了控制器局域網(wǎng)(CAN)總線特點、構(gòu)成及通信速率的設(shè)定。
關(guān)鍵詞：控制器局域網(wǎng) 通信速率 總線特點
為了減少汽車電器線束，保證各電子控制系統(tǒng)的電子控制單元(控制器)之間快速準(zhǔn)確地進(jìn)行大容量的數(shù)據(jù)通信，目前，國內(nèi)外中高檔轎車都已開始采用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN，Controller Are Network)技術(shù)�？刂破骶钟蚓W(wǎng)(CAN，Controller Area Network)是汽車應(yīng)用最多的車載局域網(wǎng)，其通信協(xié)議(即CAN協(xié)議)是一種支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)[1]。CAN總線允許多站點同時發(fā)送，因此，既保證信息處理的實時性，又保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性。
一、控制器局域網(wǎng)(CAN)的構(gòu)成
汽車控制器局域網(wǎng)是指分布在汽車上的多個控制器(即電控單元ECU)在物理上相互連接，并按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議(CAN協(xié)議)相互通信，以共享硬件、軟件和信息等資源為目的的控制器系統(tǒng)
CAN是由中央控制組件CEM、控制器局域網(wǎng)總線(CAN總線)和若干個電子控制器(電控單元ECU)等器件構(gòu)成[2]。圖1所示為動力及其傳動系統(tǒng)和車身系統(tǒng)部分ECU組成的CAN示意圖。
中央控制組件CEM由CAN控制器、CAN收發(fā)器和微處理器CPU等組成。CEM既是整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制中心，又是高速局域網(wǎng)與低速局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，電路連接如圖2所示。
二、控制器局域網(wǎng)(CAN)總線的特點
CAN總線由物理層和數(shù)據(jù)鏈路層構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)鏈路層定義了不同的信息類型、總線訪問的仲裁規(guī)則、錯誤檢測與處理的方式。所有的錯誤檢測與處理、信息的傳輸與接收等都是通過CAN控制器硬件完成，因此，用戶組建兩線CAN僅需極少的軟件開發(fā)。CAN總線具有以下特點。
(1)所有節(jié)點均可發(fā)送和接收信息。CAN總線是一種共享信息的通信總線，即總線上所有的節(jié)點都可發(fā)送和接收傳輸?shù)男畔?由于所有的節(jié)點都能接收全部信息，因此信息不能送達(dá)某個指定節(jié)點)。
(2)信息發(fā)送按信息優(yōu)先級進(jìn)行。與總線相連的所有節(jié)點都可發(fā)送信息，發(fā)送信息的節(jié)點通過改變所連總線的電平就可將信息發(fā)送到接收節(jié)點。在兩個以上節(jié)點同時開始發(fā)送信息的情況下，信息優(yōu)先級最高的節(jié)點獲得發(fā)送權(quán)，其他所有節(jié)點轉(zhuǎn)為信息接收狀態(tài)。
(3)通信速率高。CAN總線采用兩線差分傳輸數(shù)據(jù)，可支持高達(dá)1Mbps的通信速率。
(4)通信距離遠(yuǎn)。CAN總線上任意兩個節(jié)點之間的最大允許傳輸距離與其信息傳輸速率有關(guān)。在1Mbps速率下，CAN總線通信距離可達(dá)40m;在10Mbps速率下，通信距離可達(dá)6700m。因此，CAN總線既可用于動力及其傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連接，又可用于車身控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連接。
三、控制器局域網(wǎng)(CAN)總線的連接
在車載局域網(wǎng)中，CAN總線是由兩根線CAN―H(CAN―High或CAN+)數(shù)據(jù)線和CAN―L(CAN-Low或CAN-)數(shù)據(jù)線構(gòu)成。在某些高檔轎車的CAN中設(shè)有第3條CAN總線，用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和智能通信系統(tǒng)。
動力與傳動系統(tǒng)的控制器采用C類高速CAN總線連接，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)500kbps，以便實現(xiàn)高速實時控制。車身控制系統(tǒng)的控制器采用了低數(shù)據(jù)傳輸速率的B類CAN總線連接，數(shù)據(jù)傳輸速率為125kbps。各電控單元之間依據(jù)CAN通信協(xié)議相互進(jìn)行通信，從而完成各種數(shù)據(jù)的交換。在中央電子控制組件CEM中，CAN控制器具有雙通道(CRX0、CTX0通道;CRX1、CTX1通道)的CAN接口，經(jīng)過CAN收發(fā)器分別與高速(500kbps)CAN總線和低速(125kbps)CAN總線連接。各電控單元通過CAN總線與CAN收發(fā)器相連而相互交換數(shù)據(jù)。CAN控制器根據(jù)兩根總線的電位差判定總線電平�？偩�電平分為顯性電平與隱性電平兩種，二者必居其一。
四、控制器局域網(wǎng)(CAN)通信速率的設(shè)定
(1)動力及其傳動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信速率的設(shè)定。汽車動力及其傳動系統(tǒng)的控制器主要包括發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)EEC、電子控制自動變速系統(tǒng)ECT、防抱死制動系統(tǒng)ABS、電子調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)EMS、車輪防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)ASR、電子控制制動力分配系統(tǒng)EBD、電子控制制動輔助系統(tǒng)EBA、動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC和巡航控制系統(tǒng)CCS等。由于這些系統(tǒng)控制的對象與汽車行駛直接相關(guān)，并與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或汽車行駛速度同步，所以其CAN一般都采用C類高速CAN總線連接，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1Mbps。將這些控制器連接到CAN總線上，可以實現(xiàn)高速實時控制。
(2)車身控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信速率的設(shè)定。汽車車身控制系統(tǒng)主要包括座椅安位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)SPC、中央門鎖控制系統(tǒng)CLC、自動空調(diào)系統(tǒng)ACS和車頂天窗控制系統(tǒng)TWC等。由于這些系統(tǒng)通常是以低速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此車身控制系統(tǒng)采用了低數(shù)據(jù)傳輸速率速的B類總線。早期的汽車車身控制系統(tǒng)通常采用基于J1850標(biāo)準(zhǔn)的總線進(jìn)行連接。
CAN總線用于車身控制系統(tǒng)的連接時，采用的是一種容錯式總線，即總線內(nèi)置容錯功能。因為汽車內(nèi)部CAN總線是由兩根線(CANH、CANL)構(gòu)成，并采用雙線串行通信方式傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)2條總線中有1條出現(xiàn)斷路或短接而搭鐵時.網(wǎng)絡(luò)可以切換至1線方式繼續(xù)工作。CAN通信協(xié)議要求從2線切換至1線期間不能丟失數(shù)據(jù)位，為此其物理層芯片比動力傳動系統(tǒng)更復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，通常采用的傳輸速率為125kbps。此類總線逐漸被局部互聯(lián)網(wǎng)總線(LIN總線)取代，其根本原因是低速CAN總線應(yīng)用于車身控制面臨的最大困難是成本較高。
五、結(jié)語
把眾多的電控單元連成網(wǎng)路，其信號通過總線的形式傳輸，就可以達(dá)到信息資源共享的目的。這樣聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)的控制單元就可以“協(xié)同工作”，從而獲得最佳的工作狀態(tài)，并使汽車具備實現(xiàn)許多復(fù)雜功能的能力。CAN可提供高達(dá)1Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤校驗功能增強(qiáng)了CAN的抗干擾能力。CAN具有國際標(biāo)準(zhǔn)，是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)。
參考文獻(xiàn)：
[1]舒華，姚國平.汽車新技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社，2005.
[2]舒華.汽車電子控制技術(shù)[M].人民交通出版社，2011.
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