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一文看懂汽车CAN总线技术原理

一文看懂汽车CAN总线技术原理

随着现代汽车技术的不断发展, CAN总线逐渐成为现代汽车上不可缺少的技术,并大大推动了汽车技术的高速发展。本文将对汽车CAN 总线技术的工作原理、特点及优点,CAN总线在汽车制造中的应用及发展趋势做了简单介绍,具体的跟随小编一起来了解一下。

  CAN总线的由来

  由于现代汽车的技术水平大幅提高,要求能对更多的汽车运行参数进行控制,因而汽车控制器的数量在不断的上升,从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加,使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH 公司(和inter 公司共同) 开发了一种设计先进的解决方案-CAN 数据总线,提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。


  CAN 是ControllerAreaNetwork 的缩写,称为控制单元的局域网,它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。

  CAN总线技术简介

  CAN总线又称作汽车总线,全称为“控制器局域网(Controller Area Network)”,意思是区域网络控制器,它将各个单一的控制单元以某种形式(多为星形)连接起来,形成一个完整的系统。在该系统中,各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享,称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块(ECU)之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。

  在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。随着车用电气设备越来越多,从发动机控制到传动系统控制,从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统,使汽车电子系统形成一个复杂的大系统,并且都集中在驾驶室控制。另外,随着近年来智能运输系统(ITS)的发展,以3G(GPS、GIS和GSM)为代表的新型电子通讯产品的出现,它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。

  CAN总线主要有四部分组成:导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责接受和发送网络上共享的信息。电阻是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射,当电阻出现故障,控制单元的信号无效。

  CAN总线技术的工作原理

  一文看懂汽车CAN总线技术原理

  CAN总线使用串行数据传输方式,可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行,也可以使用光缆连接,而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。 CAN与I2C总线的许多细节很类似,但也有一些明显的区别。

  当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符,定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时,这种配置十分重要。

  当一个站要向其它站发送数据时,该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片,并处于准备状态;当它收到总线分配时,转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出,这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测,判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。

  由于CAN总线是一种面向内容的编址方案,因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时,数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化,即总线上控制器需要测量数据时,可由网上获得,而无须每个控制器都有自己独立的传感器。

  CAN总线技术的特点及优点

  1、CAN总线技术的特点

  CAN作为一种多主总线,支持分布式实时控制的通讯网络,采用了许多新技术及独特的设计,具有可靠性、实时性和灵活性。其特点如下:

  CAN为多主方式工作,网络上任一点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息,而不分主从,通讯方式灵活;

  CAN网络上的节点信息分成不同的优先级,可满足不同的实时要求,高优先级的数据最多可在134μs内得到传输;

  CAN只需通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据,无需专门“调度”;

  CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活;

  CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其它节点的操作不受影响。

  2、CAN总线技术的优点

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  硬件方案的软件化实现,简化了设计,降低了成本,且在数据更新增加新信息时,只需软件升级即可,扩充性强;

  控制单元对所传输的信息进行实时检测,具有错误诊断能力和自动恢复能力,节省生产维护成本;

  CAN总线符合国际标准,因此可应用不同型号控制单元间的数据传输;

  数据共享减少了数据的重复处理,节省成本。如对于具有CAN总线接口的电喷发动机,其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力温度等,可省去额外的水温、油压、油温传感器。

  CAN总线在汽车制造中的应用

  应用CAN总线,可以减少车身布线,进一步节省了成本,由于采用总线技术,模块之间的信号传递仅需要两条信号线。布线局部化,车上除掉总线外其他所有横贯车身的线都不再需要了,节省了布线成本。CAN总线系统数据稳定可靠,CAN总线具有线间干扰小、抗干扰能力强的特点。CAN总线专为汽车量身定做,充分考虑到了汽车上恶劣工作环境,比如点火线圈点火时产生的强大的反充电压,电涡流缓冲器切断时产生的浪涌电流及汽车发动机仓100℃左右的高温。

  一文看懂汽车CAN总线技术原理

  随着安全性能日益受到重视,安全气囊也将逐渐增多,以前是在驾驶员前面安装一个,今后侧面与后座都会安装安全气囊,这些气囊通过传感器感受碰撞信号,通过 CAN总线将传感器信号传送到一个中央处理器内,控制各安全气囊的启动弹出动作。同时,先进的防盗设计也正基于CAN总线网络技术。首先,确认钥匙合法性的校验信息通过CAN网络进行传递,改进了加密算法,其校验的信息比以往的防盗系统更丰富;其次,车钥匙、防盗控制器和发动机控制器相互储存对方信息,而且在校验码中搀杂随机码,无法进行破译,从而提高防盗系统的安全性。而这些功能的实现无一不借助CAN总线来完成,CAN总线成为汽车智能化控制的“定海神针”。

  在现代轿车的设计中,CAN已经成为必须采用的装置。奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据报道,中国首辆CAN 网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司试装成功,并进行了初步试运行。在上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引入了CAN总线技术。但总的来说,目前 CAN总线技术在我国汽车工业中的应用尚处于试验和起步阶段,绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计。国内在技术、设计和应用上进行网络总线的“深造”势在必行。

  车用CAN未来发展趋势

  技术的先进性是CAN总线在汽车上应用的最大动力,也是汽车生产商竞相应用CAN总线的主要原因。在现代轿车的设计中,CAN已经成为必须采用的装置,奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据相关报道,中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司装配成功,并进行运行。上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引用了CAN总线技术。CAN总线控制技术是提高汽车性能的一条很好途径。但总的来说,目前CAN总线技术在我国汽车工业总的应用尚处于试验和起步阶段,绝大部分的汽车还没有采用汽车总线的设计,因而存在着不少弊端。就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样,现在数据CAN总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。
山不在高,有仙则名;水不在深,有龙则灵。
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