車(chē)載控制器局域網(wǎng)技術(shù)研究
控制器局域網(wǎng)是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN被設計作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。以下是yjbys小編為您整理的車(chē)載控制器局域網(wǎng)技術(shù)研究，歡迎參考閱讀。
摘要：控制器局域網(wǎng)(CAN)廣泛應用于汽車(chē)工業(yè)，是目前最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。近年來(lái)，進(jìn)口汽車(chē)及國產(chǎn)轎車(chē)廣泛采用CAN技術(shù)，標志著(zhù)汽車(chē)電子控制技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。本文介紹了控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)特點(diǎn)、構成及通信速率的設定。
關(guān)鍵詞：控制器局域網(wǎng) 通信速率 總線(xiàn)特點(diǎn)
為了減少汽車(chē)電器線(xiàn)束，保證各電子控制系統的電子控制單元(控制器)之間快速準確地進(jìn)行大容量的數據通信，目前，國內外中高檔轎車(chē)都已開(kāi)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(chē)應用最多的車(chē)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實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )[1]。CAN總線(xiàn)允許多站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，因此，既保證信息處理的實(shí)時(shí)性，又保證網(wǎng)絡(luò )系統的可靠性。
一、控制器局域網(wǎng)(CAN)的構成
汽車(chē)控制器局域網(wǎng)是指分布在汽車(chē)上的多個(gè)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
CAN是由中央控制組件CEM、控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)(CAN總線(xiàn))和若干個(gè)電子控制器(電控單元ECU)等器件構成[2]。圖1所示為動(dòng)力及其傳動(dòng)系統和車(chē)身系統部分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(chē)網(wǎng)絡(luò )系統的控制中心，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(xiàn)的特點(diǎn)
CAN總線(xiàn)由物理層和數據鏈路層構成，其中數據鏈路層定義了不同的信息類(lèi)型、總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的仲裁規則、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(guò)CAN控制器硬件完成，因此，用戶(hù)組建兩線(xiàn)CAN僅需極少的軟件開(kāi)發(fā)。CAN總線(xiàn)具有以下特點(diǎn)。
(1)所有節點(diǎn)均可發(fā)送和接收信息。CAN總線(xiàn)是一種共享信息的通信總線(xiàn)，即總線(xiàn)上所有的節點(diǎn)都可發(fā)送和接收傳輸的信息(由于所有的節點(diǎn)都能接收全部信息，因此信息不能送達某個(gè)指定節點(diǎn))。
(2)信息發(fā)送按信息優(yōu)先級進(jìn)行。與總線(xiàn)相連的所有節點(diǎn)都可發(fā)送信息，發(fā)送信息的節點(diǎn)通過(guò)改變所連總線(xiàn)的電平就可將信息發(fā)送到接收節點(diǎn)。在兩個(gè)以上節點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始發(fā)送信息的情況下，信息優(yōu)先級最高的節點(diǎn)獲得發(fā)送權，其他所有節點(diǎn)轉為信息接收狀態(tài)。
(3)通信速率高。CAN總線(xiàn)采用兩線(xiàn)差分傳輸數據，可支持高達1Mbps的通信速率。
(4)通信距離遠。CAN總線(xiàn)上任意兩個(gè)節點(diǎn)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(xiàn)通信距離可達40m;在 10Mbps速率下，通信距離可達6700m。因此，CAN總線(xiàn)既可用于動(dòng)力及其傳動(dòng)系統網(wǎng)絡(luò )的連接，又可用于車(chē)身控制系統網(wǎng)絡(luò )的連接。
三、控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)的連接
在車(chē)載局域網(wǎng)中，CAN總線(xiàn)是由兩根線(xiàn)CAN―H(CAN―High或CAN+)數據線(xiàn)和CAN―L(CAN-Low或CAN-)數據線(xiàn)構成。在某些高檔轎車(chē)的CAN中設有第3條CAN總線(xiàn)，用于衛星導航系統和智能通信系統。
動(dòng)力與傳動(dòng)系統的控制器采用C類(lèi)高速CAN總線(xiàn)連接，數據傳輸速率可達500kbps，以便實(shí)現高速實(shí)時(shí)控制。車(chē)身控制系統的控制器采用了低數據傳輸速率的B類(lèi)CAN總線(xiàn)連接，數據傳輸速率為125kbps。各電控單元之間依據CAN通信協(xié)議相互進(jìn)行通信，從而完成各種數據的交換。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(guò)CAN收發(fā)器分別與高速 (500kbps)CAN總線(xiàn)和低速(125kbps)CAN總線(xiàn)連接。各電控單元通過(guò)CAN總線(xiàn)與CAN收發(fā)器相連而相互交換數據。CAN控制器根據兩根總線(xiàn)的電位差判定總線(xiàn)電平�？偩�(xiàn)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)通信速率的設定
(1)動(dòng)力及其傳動(dòng)系統網(wǎng)絡(luò )通信速率的設定。汽車(chē)動(dòng)力及其傳動(dòng)系統的控制器主要包括發(fā)動(dòng)機電子控制系統EEC、電子控制自動(dòng)變速系統ECT、防抱死制動(dòng)系統ABS、電子調節懸架系統EMS、車(chē)輪防滑轉控制系統ASR、電子控制制動(dòng)力分配系統EBD、電子控制制動(dòng)輔助系統EBA、動(dòng)態(tài)穩定控制系統DSC 和巡航控制系統CCS等。由于這些系統控制的對象與汽車(chē)行駛直接相關(guān)，并與發(fā)動(dòng)機轉速或汽車(chē)行駛速度同步，所以其CAN一般都采用C類(lèi)高速CAN總線(xiàn)連接，數據傳輸速率可達1Mbps。將這些控制器連接到CAN總線(xiàn)上，可以實(shí)現高速實(shí)時(shí)控制。
(2)車(chē)身控制系統網(wǎng)絡(luò )通信速率的設定。汽車(chē)車(chē)身控制系統主要包括座椅安位置調節系統SPC、中央門(mén)鎖控制系統CLC、自動(dòng)空調系統ACS和車(chē)頂天窗控制系統TWC等。由于這些系統通常是以低速率進(jìn)行數據傳輸，因此車(chē)身控制系統采用了低數據傳輸速率速的B類(lèi)總線(xiàn)。早期的汽車(chē)車(chē)身控制系統通常采用基于 J1850標準的總線(xiàn)進(jìn)行連接。
CAN總線(xiàn)用于車(chē)身控制系統的連接時(shí)，采用的是一種容錯式總線(xiàn)，即總線(xiàn)內置容錯功能。因為汽車(chē)內部CAN總線(xiàn)是由兩根線(xiàn)(CANH、CANL)構成，并采用雙線(xiàn)串行通信方式傳輸數據，當2條總線(xiàn)中有1條出現斷路或短接而搭鐵時(shí).網(wǎng)絡(luò )可以切換至1線(xiàn)方式繼續工作。CAN通信協(xié)議要求從2線(xiàn)切換至1線(xiàn)期間不能丟失數據位，為此其物理層芯片比動(dòng)力傳動(dòng)系統更復雜，數據傳輸速率較低，通常采用的傳輸速率為125kbps。此類(lèi)總線(xiàn)逐漸被局部互聯(lián)網(wǎng)總線(xiàn)(LIN 總線(xiàn))取代，其根本原因是低速CAN總線(xiàn)應用于車(chē)身控制面臨的最大困難是成本較高。
五、結語(yǔ)
把眾多的電控單元連成網(wǎng)路，其信號通過(guò)總線(xiàn)的形式傳輸，就可以達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(chē)具備實(shí)現許多復雜功能的能力。CAN可提供高達1Mb/s的數據傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤校驗功能增強了 CAN的抗干擾能力。CAN具有國際標準，是目前應用最廣泛的網(wǎng)絡(luò )。
參考文獻：
[1]舒華，姚國平.汽車(chē)新技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社，2005.
[2]舒華.汽車(chē)電子控制技術(shù)[M].人民交通出版社，2011.
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