CAN網絡協議在車輛上的應用研究

布仁

摘要:汽車網絡的發展主要受汽車電子的驅動,未來車輛中大約需要20多種多媒體設備,這類網絡要求很高的數據傳輸速率(250kbps～400Mbps)。由于有低成本、抗干擾、高帶寬、實時同步高質量通信等優點,MOST(Media Oriented Systems Transport)協議在車上網絡技術應用的前景最為廣闊。

關鍵詞:汽車電子CAN網絡協議

中圖分類號:TP27 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0014-01

1 汽車網絡的發展

隨著對汽車安全性、舒適性,排放和經濟性要求的日益嚴格,各電控單元間的數據交換也越來越復雜。這就需要設計一個良好數據傳遞方式來確保車輛中的電氣/電子部件更容易管理且節省空間。由博士公司生產的CAN數據總線是專門為汽車開發研制,并已在大眾和奧迪車型上得到應用。CAN是控制單元區域網絡(CONTROLLER AREA NETWORK)的縮寫,意思是控制單元通過網絡交換數據。

美國汽車工程師協會(SAE)將汽車網絡根據速率劃分為A、B、C三個等級(表1):A類面向傳感器/執行器控制的低速網絡,速率通常只有1kbps～10kbps,主要應用于電動門窗、座椅調節、燈光照明等控制;B類面向獨立模塊間數據共享的中速網絡,速率一般為10kbps～100kbps,主要應用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統;C類面向高速、實時閉環控制的多路傳輸網,最高位速率可達1Mbps,主要用于懸架控制、牽引控制、先進發動機控制、ABS等系統。

2 CAN網絡的簡介

所謂網絡是連接數個裝置并以數字信號交換信息的系統。

CAN數據總線可以比作公共汽車,乘客即可當做需要傳輸的信息,公共汽車站即可當做各種控制器,公共汽車可以運送大量乘客,到各自要到目的地車站,CAN數據總線包含大量的數據信息,并把它們輸送到相應的控制器中。

2.1 CAN數據總線的構成(見圖1)

該系統由一個控制器,一個收發器,2各數據傳輸終端和2條數據傳輸線構成。

2.2 各部件的功能

CAN網絡的結構簡介

(1)CAN控制器。接收在控制單元中的微處理器中數據,處理數據并傳給CAN接收器。同時,控制器接收收發器的數據,處理并傳給微處理器。CAN收發器是一個發送器和接收器的組合。他將CAN控制器提供的數據轉化為電信號并通過數據線發送出去,同時,它接收數據,并將數據傳輸到CAN控制器。

(2)數據傳輸終端。是一個電阻器。住址數據在傳輸在傳輸終了被反射回來產生反射波,這將破壞數據。

(3)數據傳遞線。用以傳輸數據的雙向數據線。分為CAN高位數據線和地位數據線。數據總線沒有制定的接收器,數據通過數據總線發送并由個控制單元接受和計算。數據總線是模塊間運行數據的通道,即所謂的信息高速公路。數據總線可以實現在一條數據線上傳遞的信號能被多個系統(控制單元)共享,從而最大限度地提高系統整體效率,充分利用有限的資源。

為了避互電磁干擾和對外輻射,兩條數據總線相互纏繞。

3 數據傳遞的原理

CAN數據總線中的數據傳遞就像一個電話會議。一個電話用戶(控制單元)將數據 “講” 入網絡中,其他用戶通過網絡“接聽”這個數據,對這個數據感興趣的用戶就會利用數據,而其他用戶就會選擇忽略數據。

數據傳遞過程

提供數據:控制單元向CAN控制器提供需要發送的數據

發送數據:CAN收發器接受由CAN控制器傳來的數據。轉換為電信號并發送。

接收數據:CAN系統中,所有控制單元轉化為接收器。

檢查數據:控制單元檢查判斷說接受的數據是否是所需要的數據。

接受數據:如果接收的數據重要,它將被接受并進行處理,否則就將忽略。

4 CAN數據傳輸系統

汽車上的網絡連接方式主要采用2條CAN,一條用于驅動系統的高速CAN,速率達到500kb/s,即動力總線;另一條用于車身系統的低速CAN,速率是100kb/s。驅動系統CAN主要連接對象是發動機控制器(ECU)、ABS/ASR控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等,它們的基本特征相同,都是控制與汽車行駛直接相關的系統。車身系統CAN主要連接和控制的汽車內外部照明、燈光信號、雨刮電機等電器。國內完全引進技術生產的奧迪A6車型已于2000年起采用CAN總線替代原有線束,PassatB5、 Bora、Polo、Fiat的Palio、 Siena、哈飛賽馬等車型都不同程度地使用了CAN總線技術。

4.1 CAN數據傳輸系統

CAN數據總線是控制單元間的一種數據傳遞形式。它連接各個控制單元形成一個完整的系統,一個控制單元從整個系統中獲得的信息越多,那么他協調齊聲的功能會更好。

4.2 動力傳動系統中的下列控制單元組成了一個完整CAN系統

(1)發動機控制單元;(2)自動變速器控制單元;(3)ABS控制單元。

4.3 舒適系統中的下列控制單元組成了一個完整的CAN系統

(1)中央控制系統;(2)車門控制系統。

4.4 CAN數據傳輸系統的優點

(1)如果需要增加額外信息,只需要修改軟件即可;(2)通過控制單元和輔助安全措施對傳遞信息的持續性檢查,可以達到最低的故障率;(3)利用最少的傳感器信號線傳遞多用的傳感器信號;(4)控制單元間實現高速數據傳遞;(5)控制單元和控制單元插角最小化應用,從而節省更多有用空間。

CAN數據總線符合國際標準,便于不同的控制單元進行數據交換。