崔巍

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528000）

隨著汽車功能的增加與電子控制技術(shù)的普遍應(yīng)用，汽車電氣件越來(lái)越多，電線也會(huì)越來(lái)越多，汽車上的電路數(shù)量與用電量顯著增加，線束也就變得越粗越重。

如何使大量線束在有限的汽車空間中，更有效合理地布置，使汽車線束發(fā)揮更大的功能，已成為汽車制造業(yè)面臨的問題。CAN總線技術(shù)的開發(fā)，對(duì)于汽車電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用無(wú)疑是一個(gè)突破，并將得到更大的發(fā)展。

1 CAN總線概述

CAN（Controller Area Network的縮寫），即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。CAN總線是由德國(guó)BOSCH公司于1986年進(jìn)行開發(fā)，并隨后通過(guò)國(guó)標(biāo)ISO11898及ISO11519，如今已經(jīng)成為國(guó)際上被最為廣泛應(yīng)用的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線之一。尤其在歐洲和北美地區(qū)，CAN協(xié)議已經(jīng)是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線。

在目前的汽車產(chǎn)業(yè)中，為了滿足對(duì)于汽車安全性、便捷性、舒適度、低成本等多種要求，各種不同的電子控制系統(tǒng)不斷被開發(fā)，并應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)中。但是由于這些電子系統(tǒng)之間通信時(shí)所需要的數(shù)據(jù)類型及要求有不同之處，所以，就要由很多條總線構(gòu)成，并且不同的地方越多，電氣件也越多，電線也就越多，線束也就變得越粗越重。

而與一般的總線相較，CAN總線在數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用中，擁有十分突出的實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性等優(yōu)勢(shì)，其性能良好、設(shè)計(jì)獨(dú)特，與傳統(tǒng)線束比較，多路傳輸裝置大大減少了導(dǎo)線及聯(lián)插件數(shù)目，使布線更為簡(jiǎn)易，因此，越來(lái)越受到人們的重視和青睞，并且被廣泛應(yīng)用在汽車領(lǐng)域。

因此，為了適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”等要求，先進(jìn)的汽車就引入了CAN總線配置，采用多路傳輸系統(tǒng)。如世界上著名的汽車制造商BMW（寶馬）、BENZ（奔馳）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯）等等都采用了CAN總線，作為控制總線，用來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部的系統(tǒng)控制和檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。

2 智能汽車和智能汽車系統(tǒng)

智能汽車具有自動(dòng)駕駛的功能，并且集計(jì)算機(jī)、信息處理和控制、通訊和傳感器等多種高端技術(shù)于一身。而智能汽車的主要用途，是體現(xiàn)在野外環(huán)境中的，其能夠依照事先設(shè)定的指令，并根據(jù)地圖信息進(jìn)行全局路徑的規(guī)劃，還能在行進(jìn)過(guò)程中對(duì)周圍的環(huán)境信息有著極為敏感和及時(shí)的感知能力，從而自行做出相應(yīng)的決策，來(lái)引導(dǎo)其自身安全地進(jìn)行行駛，并完成先前制定的規(guī)劃和任務(wù)。

智能汽車除了擁有普通汽車具備的各種功能外，還增加了多種特有的功能。例如，其可以測(cè)算車身的位置，能夠精準(zhǔn)測(cè)出車頭方向，還能控制汽車自帶有向天線方向使其與基地之間進(jìn)行無(wú)線通信等功能。

如此眾多的信息，如果采用一般的總線進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，是比較困難的，但是使用CAN總線技術(shù)，可以保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換過(guò)程中的高速率和安全可靠的性能，因而采用CAN總線，作為智能汽車的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是必然的。

3 CAN總線技術(shù)在智能汽車中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

CAN總線技術(shù)在智能汽車中的應(yīng)用，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）實(shí)現(xiàn)信息的共享。采用CAN總線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)ECU（Electronic ControlUnit的縮寫，即電子控制單元，又稱“行車電腦”?！败囕d電腦”等，從用途上講是汽車專用微機(jī)控制器，也叫汽車專用單片機(jī)）之間的信息共享，從而避免增加很多不必要的線束，操作起來(lái)更為簡(jiǎn)易。

假設(shè)某輛汽車的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是CAN總線技術(shù)，那么發(fā)動(dòng)機(jī)提供的轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力等等，也可以被其他電器共享。這樣，一方面可以不用再額外設(shè)置水溫、機(jī)油壓力等；另一方面可以將這些數(shù)據(jù)全部顯示在儀表盤上，便于司機(jī)及時(shí)能夠查看發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況，也利于發(fā)動(dòng)機(jī)的及時(shí)保養(yǎng)維護(hù)。

（2）大量減少線束。汽車線束作為汽車內(nèi)部電路的網(wǎng)絡(luò)主體結(jié)構(gòu)，用于連接汽車的電氣部件并使之發(fā)揮功能，可以說(shuō)沒有線束，就不存在汽車電路。

在現(xiàn)代汽車上，汽車線束特別多，電子控制系統(tǒng)與線束有著密切關(guān)系。隨著各種新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)，對(duì)于汽車布線的問題上，也有了越來(lái)越高的要求。而傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)的通信方式，大多是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一形式，相互間的共享難以達(dá)到。隨著電氣件越來(lái)越多，電線也會(huì)越來(lái)越多，汽車上的電路數(shù)量與用電量隨之顯著增加，線束也就變得越粗越重，這樣形成的龐大的布線系統(tǒng)，已經(jīng)不能順應(yīng)時(shí)代的要求。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果一輛高檔汽車采用傳統(tǒng)布線方法，其導(dǎo)線的總長(zhǎng)度可以達(dá)到2 000m，電氣節(jié)點(diǎn)約有1 500個(gè)，并且大約每10年就會(huì)增長(zhǎng)1倍。

而CAN總線技術(shù)的采用，則可以實(shí)現(xiàn)有效合理的布置線束，節(jié)省空間。假如某汽車的門鎖控制、搖窗機(jī)等需要的傳統(tǒng)布線需要20到30根左右，但CAN總線卻只需要2根，這之間的差距可想而知。

（3）進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制。在出現(xiàn)某些事故的時(shí)候，會(huì)需要對(duì)各個(gè)ECU進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，但是這種要求，傳統(tǒng)控制方法是難以達(dá)到的，可CAN總線卻可以加以實(shí)現(xiàn)。

假如發(fā)生了碰撞事故，汽車上的多個(gè)氣囊會(huì)打開，并通過(guò)CAN總線進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，可以通過(guò)傳感器感受到碰撞信號(hào)，并通過(guò)CAN總線系統(tǒng)將傳感器信號(hào)傳輸?shù)揭粋€(gè)中央處理器內(nèi)，以控制各安全氣囊的啟動(dòng)彈出動(dòng)作。

（4）實(shí)現(xiàn)突出的可靠性能。如果汽車在使用中，出現(xiàn)交換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，汽車的安全就會(huì)出現(xiàn)問題，會(huì)大大提高對(duì)司機(jī)形成危險(xiǎn)的概率。因此，汽車的安全系統(tǒng)必須要求有較高安全性的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。換而言之，如果數(shù)據(jù)傳輸具有足夠高的可靠性，或者殘留下來(lái)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤非常低的話，實(shí)現(xiàn)高度安全這一目標(biāo)將不再是難事。

4 CAN總線技術(shù)應(yīng)用舉例

世界上很多著名的汽車制造商，都已經(jīng)開始采用CAN總線技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和執(zhí)行之間的數(shù)據(jù)通信功能。如我們熟知的BMW（寶馬）、BENZ（奔馳）、ROLLS-ROYCE（勞斯萊斯），還有很多國(guó)產(chǎn)的汽車上，也開始引入CAN總線技術(shù)，例如帕薩特、大眾途觀等。

CAN總線一般分為低速和高速。低速的總線速度，為10～125 kbps，主要應(yīng)用在車身控制模塊領(lǐng)域；高速為250 kbps～1Mbps，主要應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、ABS等對(duì)于實(shí)時(shí)性要求比較高的控制模塊。

當(dāng)然，根據(jù)車型的不同，會(huì)根據(jù)具體情況選擇適用于自身的總線結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)下位機(jī)傳送給上位機(jī)的數(shù)據(jù)包括：汽車車頭當(dāng)前的方向、GPS坐標(biāo)以及有向天線相對(duì)車頭的角度方向；而上位機(jī)傳送給下位機(jī)的數(shù)據(jù)包括：電極旋轉(zhuǎn)的方向角度以及基地的GPS坐標(biāo)。那么，這些需要上位機(jī)和下位機(jī)相互傳送的數(shù)據(jù)通信，就能都由CAN模塊和CAN總線技術(shù)來(lái)完成。

按照汽車的檔次來(lái)設(shè)計(jì)，基本上可以歸納為兩個(gè)方案：

（1）作為一個(gè)完整的汽車電子系統(tǒng)，采用的是多CAN子網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用CAN總線技術(shù)將信息交換較為密切的系統(tǒng)，放在一個(gè)子網(wǎng)當(dāng)中，從而使得整個(gè)系統(tǒng)具有極高的實(shí)時(shí)性，不同的子網(wǎng)之間，采用不同的接口和通信速率，從而優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這樣一來(lái)，簡(jiǎn)化了各個(gè)CAN子網(wǎng)的設(shè)計(jì)難度，但是硬件上對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求比較高，系統(tǒng)成本就偏高，因此適合于中高檔汽車使用。

（2）第二種方案的系統(tǒng)，具有極高的性價(jià)比，將車身控制模塊在區(qū)分高速和低速總線的接觸上加以簡(jiǎn)化，保留中央控制模塊和4個(gè)門模塊作為車身控制總線的方案，由于成本較低，主要適用于希望采用CAN總線的中低檔轎車。

5 應(yīng)用的注意事項(xiàng)

CAN總線技術(shù)應(yīng)用在汽車中的實(shí)質(zhì)，其實(shí)就是在汽車中搭建一個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，有若干需要注意的技術(shù)問題：

（1）在高電磁環(huán)境下被干擾的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?/p>

（2）CAN總線傳輸信息時(shí)的容量、速率、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)；

（3）CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性；

（4）容錯(cuò)技術(shù)功能；

（5）CAN總線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控功能；

（6）CAN總線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于故障的診斷功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

智能汽車系統(tǒng)，是在普通汽車系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了功能的擴(kuò)展，加入了人工智能領(lǐng)域中的一些技術(shù)。傳統(tǒng)布線過(guò)于厚重和繁瑣，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。而CAN總線技術(shù)可靠性強(qiáng)、擴(kuò)展性強(qiáng)，還具有靈敏的自我診斷和監(jiān)控功能，不僅提高了通信的品質(zhì)，還方便了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

因此，CAN總線作為一種可靠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線，已經(jīng)開始在先進(jìn)的汽車上得到使用，達(dá)到了簡(jiǎn)化汽車布線、有效降低成本和協(xié)調(diào)各個(gè)控制系統(tǒng)等一系列的效果。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，這種具有實(shí)時(shí)性、可靠性、擴(kuò)展性的CAN總線通信技術(shù)，必將在汽車電子控制系統(tǒng)中，得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]程文敏.基于CAN總線技術(shù)的汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].管理觀察，2009，(34)：61-62.

[2]黃 鵬，宋學(xué)瑞.基于總線的智能車身系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2008，30(6)：32-35.

[3]俞 洪.基于CAN總線技術(shù)的供暖計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2009，(11)：78-80.

[4]侯書朋，孫永榮，項(xiàng)文炳.基于CAN總線的智能汽車行駛記錄儀[J].中國(guó)儀器儀表，2008，(6)：165-166.

[5]張百山，雍加望，唐艷榮.基于CAN總線智能車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].信息通信，2011，(01)：15-17.