CAN总线在汽车车身控制中的应用

CAN总线在汽车车身控制中的应用 总线在汽车车身控制中的应用1 2 3 4 5 概述 CAN总线技术简介 CAN总线技术的特点及优点 CAN 总线在车身控制中的应用 CAN前景展望

概 述随着汽车行业的不断发展，尤其是汽车电 子技术的快速发展，使得车用电气设备越来越 多，从发动机控制到传动系统的控制，从行驶、 制动、转向系统到安全保证系统及仪表报警， 从电源管理到为提高舒适性而作的各种努力， 使汽车电气系统形成了一个庞大的系统。传统 的布线形式已经不能满足现代汽车高速智能化 的发展 。

在现代汽车工作过程中，汽车上几十甚至上 百块的电子控制单元不断接受外界传感器的信号， 然后发出指令去控制执行器的动作，因而满足各 系统对数据的实时性的要求、提高控制单元间通 讯可靠性和降低导线成本已成为迫切需要解决的 问题。为此以研发和生产汽车电子产品著称的德 国BOSCH公司开发了CAN总线协议，并使其成为 国际标准(ISO11898)。

CAN总线又称为汽车总线，其全称为“控制 器局域网(CAN-Controller Area Network)”, 是一种串行 多主站控制器 局域网 总线。它具有 很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且 简单实用，网络成本低。特别适用于汽车计算机 控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大 的工业环境。串行(serial)通讯，每个字符的二进制位按位排列进行传输，传输距离相对 较远，鼠标口和USB口都是串行端口； 并行(parallel)通讯，每个字符的二进制位使用多条数据线同时进行传输， 传输速度相对要快些，但传输距离相对不能太远，计算机内部数据传输一般 都是采用这种方法，标准打印口是属并行端口。

各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共 享所有信息和资源，达到简化布线、减少传感器 数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和维 护性、降低成本，更好地匹配和协调各个控制系 统的目的。

CAN总线技术简介对于汽车上的众多电控单元而言， 如果按照传统的汽车数据传输方式建立 数据传递将是一个庞大的数据网络(如 图1-1所示),这样的网络不仅效率底， 故障率高，而且功能局限性大，无法实 现功能的升级和多个系统的同步协调。

图1-1 传统方式数据传递示意图

CAN串行总线系统(如图1-2所示),把车 辆上相关控制器都联系起来，实现了各种控制器 的相互通信，做到了全车信息及时共享。CAN不 仅减少了直接线束的连接，使整车线束布置紧凑， 车辆更安全。同时，也确保了整车在行驶过程中 各个部件之间的匹配达到最佳状态，使故障率大 大降低，安全性能大大提高。

图1-2 CAN数据总线

传递方式示意图

CAN总线技术的特点及优点1 CAN总线的特点CAN作为一种多主总线，支持分布式实时控制 的通信网络。在汽车发动机控制部件、传感器、抗 滑系统等应用中，总线的位速率最大可达1Mbit/s。 CAN总线属于总线式串行通信网络，由于其采用了许 多新技术及独特的设计，与一般的通信总线相比， CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵 活性。其特点可以概括如下：

1) CAN为多主方式工作，网络上任一节点均在任意时 刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通 信方式灵活，利用这一点可方便地构成多机备份系统。 2) 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134us内得 到传输。中断源：是两个外中断INT0(P3.2)和INT1(P3.3)、两个片内定时/计数器溢出 中断TF0和TF1,片内串行口中断TI或RI

中断处理分为四个阶段1、保存被中断程序的现场 2、分析中断源，判断中断原因

3、转去执行相应的处理程序 4、恢复被中断程序现场，继续执行被中断程序。

3) CAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术，当两个节点同 时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发 送，而高优先级的节点可不受影响继续传输数据，有效避 免了总线冲突。按节点类型分成不同的优先级，可满足不 同的实时要求 4) 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，无需专门的“调度”。

5) CAN采用NRZ(非归零制编码方式)编码，直接通信距离最远可 达10km(5Kbit/s);通信速率最高可达1Mbit/s(此时通信距离最长 为40m)。 6) CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；标 识符可达2032种(CAN2.0A),而扩展标准(CAN2.0B)的标识符几 乎不受限制。 7) 采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率底，具有极好的检错效 果。 8) CAN的每帧信息都有CRC(一种校验码)校验及其他检错措施， 保证数据出错率极低。 9) CAN的通信介质可分为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 10)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 上其他节点的操作不受影响。

2 CAN总线的优点1) 数据共享减少了数据的重复处理，节省了成本。例如，在传 统的布线形式中，自动变速器、空气悬架、巡航定速控制等都会 用到车速数据，结果这些电控单元内部都有一套处理电路，浪费 了资源。而采用总线技术后，各控制单元都可以从总线上获得车 速数据，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，使布线局部

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。 2) 具有诊断错误的能力和自动恢复能力，节省了生产维护成本。 比如通过适当的CAN分析模块可以对总线系统进行诊断，如传感 器的故障诊断、车灯的故障诊断、各个模块的诊断以及线路连接 间的诊断等。对于总线内部的错误，总线系统可以通过自身软件 进行自动恢复。而非总线车辆，一旦出现故障，要依赖人工对复 杂线束逐个测量，而且需要对相关电器依次测定，整个过程非常 费时费力。

3)各电控单元对所连接的CAN总线进行实地监测，当出 现故障时电控单元会存储故障码。 4)使用小型控制单元及小型控制单元插孔，可节省空间。 5)总线的利用率高。数据传输距离较长，可达10km, 数据的传输率高，可达1Mbit/s。 6)CAN总线具有线间干扰小、抗干扰能力强的优点。 7)价格占有绝对的优势。随着CAN的批量推广，其成本 会进一步降低。 8)CAN总线符合国际标准，因此可应用于不同型号控制 单元间的数据传输。

CAN 总线在车身控制中的应用1 车身系统的CAN控制设计 1.1. CAN总线网络系统架构 现代汽车典刑的控制单元 有发动机控制模块、变速器 控制模块、多媒体控制模块、 气囊控制模块、空调控制模 块、巡航控制模块、车身控 制模块(包括照明指示和车 窗、刮雨器等)、防抱死制 动系统(ABS)防滑控制系统 (ASR)等。完善的汽车CAN 总线网络系统架构如右图所 示。

2 舒适CAN数据总线舒适CAN数据总线连接一般连接五块控制单元， 包括中央控制单元及四个车门的控制单元。舒适CAN 数据传递一般具有五个功能：中央门锁控制、电动车 窗控制、照明开关控制、后视镜加热及自诊断功能。 控制单元的各条传输线以星状形式会聚一点。这样做 的好处是：如果一个控制单元发生故障，其他控制单 元仍可发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数 量减少，线路变的简单。如果线路中某处出现对地短 路，对正级短路或线路间短路，CAN系统会立即为应 急模式运行或转为单线模式运行。四个车门控制单元 都是中央控制，只需较少的自诊断线。

3 CAN总线在汽车安全上的应用

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”。

CAN前景展望CAN协议已经有15年的历史，但它仍处在 改进之中。从2000年开始，一个有数家公司组 成的ISO任务组织定义了一种时间触发CAN报 文传输的协议，此协议定义为“时间触发通信 的CAN(TTCAN)”。计划在将来被标准化为 ISO11898-4。目前这个CAN的扩展已经在硅片 上得以实现。不仅可以实现传输时间触发的报 文，也可以实现传输事件触发的报文

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。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。但总的来说，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，国内在技术、 设计和应用上进行网络总线的“深造”势在必行，相信 总线系统在中国的普及应用为期不远。

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