汽車車載網絡的應用初探

王艷陽

摘要：車載網絡是現代汽車電子技術發展的必然趨勢，本文就車載網絡形成的必要性及其應用進行了系統地分析，以便更好地理解新一代汽車電子控制系統。

關鍵詞：車載網絡；車身系統；動力傳動系統；安全系統；信息系統

1 引言

隨著汽車工業日新月異的發展，現代汽車上使用了大量的電子控制裝置，許多中高檔轎車上采用了十幾個甚至二十幾個電控單元，而每一個電控單元都需要與相關的多個傳感器和執行器發生通訊，并且各控制單元間也需要進行信息交換，如果每項信息都通過各自獨立的數據線進行傳輸，這樣會導致電控單元針腳數增加，整個電控系統的線束和插接件也會增加，故障率也會增加等諸多問題。

為了簡化線路，提高各電控單元之間的通信速度，降低故障頻率，一種新型的數據網絡CAN數據總線應運而生。CAN總線具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強;在自動化電子領域的汽車發動機控制部件、傳感器、抗滑系統等應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。同時，它可以廉價地用于交通運載工具電氣系統中。

2 CAN-BUS數據總線的組成與結構

CAN-BUS系統主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發器、CAN-BUS數據傳輸線和CAN-BUS終端電阻。

2.1CAN控制器，CAN收發器

CAN-BUS上的每個控制單元中均設有一個CAN控制器和一個CAN收發器。CAN控制器主要用來接收微處理器傳來的信息，對這些信息進行處理并傳給CAN收發器，同時CAN控制器也接收來自CAN收發器傳來的數據，對這些數據進行處理，并傳給控制單元的微處理器。

CAN收發器用來接收CAN控制器送來的數據，并將其發送到CAN數據傳輸總線上，同時CAN收發器也接收CAN數據總線上的數據，并將其傳給CAN控制器。

2.2數據總線終端電阻

CAN-BUS數據總線兩端通過終端電阻連接，終端電阻可以防止數據在到達線路終端后象回聲一樣返回，并因此而干擾原始數據，從而保證了數據的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內。

2.3數據傳輸總線

數據傳輸總線大部分車型用的是兩條雙向數據線，分為高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞數據線。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條數據線纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線上的電位是相反的，電壓的和總等于常值。

3 車載網絡的應用分類

車載網絡按照應用加以劃分，大致可以分為4個系統：車身系統、動力傳動系統、安全系統、信息系統。

3.1 動力傳動系統

在動力傳動系統內，動力傳動系統模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網絡將發動機艙內設置的模塊連接起來。在將汽車的主要因素-跑、停止與拐彎這些功能用網絡連接起來時，就需要高速網絡。

動力CAN數據總線一般連接3塊電腦，它們是發動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數據總線實際可以連接安全氣囊、四輪驅動與組合儀表等電腦）。總線可以同時傳遞10組數據，發動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動變速器電腦2組。數據總線以500Kbit/s速率傳遞數據，每一數據組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms發送一次數據。優先權順序為ABS/EDL電控單元→發動機電控單元→自動變速器電控單元。

在動力傳動系統中，數據傳遞應盡可能快速，以便及時利用數據，所以需要一個高性能的發送器，高速發送器會加快點火系統間的數據傳遞，這樣使接收到的數據立即應用到下一個點火脈沖中去。CAN數據總線連接點通常置于控制單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設在發動機電控單元內部。

3.2車身系統

與動力傳動系統相比，汽車上的各處都配置有車身系統的部件。因此，線束變長，容易受到干擾的影響。為了防干擾應盡量降低通信速度。在車身系統中，因為人機接口的模塊、節點的數量增加，通信速度控制將不是問題，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價的解決方案，目前常常采用直連總線及輔助總線。

舒適CAN數據總線連接一般連接七個控制單元，包括中央控制單元、車前車后各一個受控單元及四個車門的控制單元。舒適CAN數據傳遞有七大功能：中控門鎖、電動窗、照明開關、空調、組合儀表、后視境加熱及自診斷功能。控制單元的各條傳輸線以星狀形式匯聚一點。這樣做的好處是：如果一個控制單元發生故障，其他控制單元仍可發送各自的數據。該系統使經過車門的導線數量減少，線路變得簡單。如果線路中某處出現對地短路，對正極短路或線路間短路，CAN系統會立即轉為應急模式運行或轉為單線模式運行。

數據總線以62.5Kbit/s速率傳遞數據，每一組數據傳遞大約需要1ms，每個電控單元20ms發送一次數據。優先權順序為：中央控制單元→駕駛員側車門控制單元→前排乘客側車門控制單元→左后車門控制單元→右后車門控制單元。由于舒適系統中的數據可以用較低的速率傳遞，所以發送器性能比動力傳動系統發送器的性能低。

整個汽車車身系統電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門控單元電路。

主控單元按收開關信號之后，先進行分析處理，然后通過CAN總線把控制指令發送給各受控端，各受控端響應后作出相應的動作。車前、車后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執行，并把執行的結果反饋給主控端。門控單元不但通過CAN總接收主控端的指令，還接收車門上的開關信號輸入。根據指令和開關信號，門控單元會做出相應動作，然后把執行結果發往主控單元。

（1）安全系統

這是指根據多個傳感器的信息使安全氣囊啟動的系統，由于安全系統涉及到人的生命安全，加之在汽車中氣囊數目很多，碰撞傳感器多等原因，要求安全系統必須具備通信速度快、通信可靠性高等特點。

（2）信息系統

信息系統在車上的應用很廣泛，例如車載電話、音響等系統的應用。對信息系統通信總線的要求是：容量大、通信速度非常高。通信媒體一般采用光纖或銅線，因為此兩種介質傳輸的速度非常快，能滿足信息系統的高速化需求。

4 CAN總線技術在汽車中應用的關鍵技術

利用CAN總線構建一個車內網絡，需要解決的關鍵技術問題有：總線傳輸信息的速率、容量、優先等級、節點容量等技術問題；高電磁干擾環境下的可靠數據傳輸；確定最大傳輸時的延時大小；網絡的容錯技術；網絡的監控和故障診斷功能；實時控制網絡的時間特性；安裝與維護中的布線；網絡節點的增加與軟硬件更新(可擴展性)

5 結束語

CAN總線作為一種可靠的汽車計算機網絡總線，現已開始在先進的汽車上得到應用，從而使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源，以達到簡化布線、減少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統可靠性和可維護性、降低成本、更好地匹配和協調各個控制系統之目的，隨著汽車電子技術的發展，具有高度靈活性、簡單的擴展性、優良的抗干擾性和糾錯能力的CAN總線通信協議必將在汽車電控系統中得到更廣泛的應用。

參考文獻

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