鄧桂芳

微機(jī)控制系統(tǒng)在汽車上運(yùn)用

鄧桂芳

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）的簡稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。隨著科技的飛速發(fā)展，汽車裝備日趨完善，車用電氣設(shè)備越來越多，使汽車電氣系統(tǒng)變得復(fù)雜而龐大。如果按照傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)的布線法，整個汽車的布線將十分復(fù)雜，不僅增加了材料成本，還給汽車的檢測維修帶來了麻煩。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的多路復(fù)用通信技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用，則能夠很好地解決上述矛盾而得到廣泛地應(yīng)用。

1、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)與運(yùn)用是現(xiàn)代汽車一個信息化網(wǎng)絡(luò)的平臺

互聯(lián)網(wǎng)日益普及的今天，這種新型的通訊技術(shù)自然也滲透到了汽車領(lǐng)域。早在1998年，歌樂（Clarion）公司就與微軟合作，利用Windows操作系統(tǒng)開發(fā)出世界上第一臺車載電腦系統(tǒng)“歌樂PC”。它綜合運(yùn)用了汽車音響、計算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)及自動語音識別技術(shù)，將汽車帶人一個將音響、視像與通訊三結(jié)合的信息網(wǎng)絡(luò)空間。與此同時，通用汽車公司也實施“Onstar”汽車通訊系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的顯示屏，乘客在車內(nèi)不但可以打電話，還能運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)通訊，或是觀看文娛節(jié)目等。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代信息化技術(shù)將越來越多地應(yīng)用在轎車上?，F(xiàn)代汽車是一個智能化網(wǎng)絡(luò)計算平臺。汽車網(wǎng)絡(luò)貫穿整車的每個單元，即控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、駕駛系統(tǒng)和傳感執(zhí)行系統(tǒng)。專家預(yù)測：通過CAN-BUS技術(shù)，將車內(nèi)的控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)，如故障信息檢測系統(tǒng)、車況自動記錄系統(tǒng)、實時駕駛信息顯示系統(tǒng)（智能化數(shù)字儀表）與嵌入式因特網(wǎng)互聯(lián)（支持IPv4及IPv6），甚至使每個汽車有一個Web網(wǎng)頁，將會是今后汽車計算平臺的關(guān)鍵核心技術(shù)?？梢灶A(yù)測，未來的汽車一定會因為數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，而變得更加智能化。上世紀(jì)計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)達(dá)到實用化，這為汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展提供了成熟的技術(shù)樣版。汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的設(shè)計目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及通信協(xié)議等都與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有許多相似之處。同時集成電路技術(shù)和功率驅(qū)動器件的發(fā)展也推動了汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，豐富的硬件資源為工程師設(shè)計網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了方便。

比較高級的汽車上裝有幾十個微機(jī)控制器和上百個傳感器。這為汽車的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了條件，而且解決了汽車一直存在的集中控制和分散控制的矛盾。所謂分散控制就是汽車上的一個部件如點(diǎn)火或噴油，用一個微控器進(jìn)行控制，這是微機(jī)在汽車上應(yīng)用的起始。后來又發(fā)展出了汽車集中控制系統(tǒng)，包括完全集中控制系統(tǒng)、分級控制系統(tǒng)和分布集中控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)在汽車上應(yīng)用后，就可發(fā)揮各型控制的優(yōu)點(diǎn)。例如集中控制的最大問題是可靠性不高，一旦微機(jī)出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致全車癱瘓，而采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，不但共用所有傳感器，還可以共用其他設(shè)備，如環(huán)形網(wǎng)控制，幾十個微機(jī)，即使個別出現(xiàn)問題，整車還可以正常運(yùn)行。所以網(wǎng)絡(luò)在汽車應(yīng)用中不但增加了許多功能，而且還大大提高了可靠性。

汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)除具有一般網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)外，還應(yīng)具有以下特點(diǎn)：一是靈活的組成結(jié)構(gòu)，針對不同的汽車電子設(shè)備配置，無需對整個系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計就可以使用，擴(kuò)展容易；二是系統(tǒng)構(gòu)成方便，系統(tǒng)所用軟硬件均是普遍流行的器件，設(shè)計人員易于進(jìn)行開發(fā)和升級；三是資料的一致性，所有子系統(tǒng)均使用同一資料，不僅減少了傳感器的使用，而且還因資料的同一性提高了子系統(tǒng)的控制精度，解除了子系統(tǒng)采集、轉(zhuǎn)換資料所帶來的負(fù)擔(dān)，提高了工作效率；四是生產(chǎn)成本降低，由于所需傳感器、導(dǎo)線束及接插件的減少，使得生產(chǎn)成本降低，安裝工作減輕；五是由于大量資料的交換流通，使在不增加硬件的情況下提高、擴(kuò)充子系統(tǒng)的功能成為現(xiàn)實；六是使車載電子設(shè)備的自診斷成為現(xiàn)實。

為適應(yīng)汽車網(wǎng)絡(luò)控制的需要，世界各國積極合作，進(jìn)行汽車局域網(wǎng)的研究與開發(fā)。國外在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定以及符合網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的微處理器、通信協(xié)議等方面都已經(jīng)有了成果。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面有博世公司制定的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）協(xié)議和因特爾推出的SAEJ18065網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。飛利浦，英特爾，摩托羅拉等公司推出了符合網(wǎng)絡(luò)相關(guān)協(xié)議的微處理器產(chǎn)品。同時，為整合各種標(biāo)準(zhǔn)，一份有關(guān)汽車網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn)正在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織起草。

除了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，汽車還有一個外部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，讓人們在駕駛、乘坐汽車時，能像在家里一樣進(jìn)行上網(wǎng)、發(fā)E-mail等所有網(wǎng)上操作。目前不少公司在進(jìn)行這方面的工作。如IBM公司和摩托羅拉公司已合作開發(fā)車用無線英特網(wǎng)技術(shù)。這項技術(shù)將使駕駛員和乘客能夠在車上從事網(wǎng)上各種活動，如電子商務(wù)、網(wǎng)上購物、查看股市行情和天氣預(yù)報等。另外微軟公司新推出了專門為“車上網(wǎng)”設(shè)計的Auto PC軟件，它具有交互式語言識別等各種多媒體功能。這些功能能夠有效地保障汽車行車安全，因為它可以讓汽車駕駛員在手不離方向盤、眼不離行駛前方的情況下，與PC系統(tǒng)交換各種信息，例如了解前方道路有無塞車狀況，用最短時間導(dǎo)航及收發(fā)電子郵件、打網(wǎng)絡(luò)電話等其他上網(wǎng)活動。

汽車局域網(wǎng)技術(shù)要走出現(xiàn)在的高、中檔轎車，實現(xiàn)普及應(yīng)用，首先就要降低網(wǎng)絡(luò)的造價。為此，眾多汽車公司和電子制造廠家都開發(fā)了各自的普及型產(chǎn)品，如日本豐田公司開發(fā)了SAEJ1850標(biāo)準(zhǔn)的脈寬調(diào)制（PWM）編碼通信協(xié)議及相應(yīng)的兩種集成電路產(chǎn)品；德國博世公司為奔馳公司開發(fā)的CAN協(xié)議產(chǎn)品等。豐田公司在汽車LAN網(wǎng)絡(luò)中用一根帶屏蔽的雙絞線電纜作為通信總線，通信總線設(shè)計成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將5個汽車微機(jī)控制系統(tǒng)（ECU）當(dāng)作節(jié)點(diǎn)與其相連接。ECU中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、汽車車速等數(shù)據(jù)都經(jīng)由環(huán)形總線進(jìn)行傳輸。將通信控制和驅(qū)動器/接收器IC開發(fā)作為汽車多路復(fù)用通信的核心控制塊，由其構(gòu)成的LAN在對汽車的操縱性、抑制無線電噪聲及減少汽車配線（線束）等方面，較傳統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)要進(jìn)步得多。

LAN是微機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一種類型，如按SAE-J1850-PWM編碼的豐田皇冠汽車，其信號傳輸速率只達(dá)41.6kbps，屬中、低速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著電子信息系統(tǒng)特別是視頻技術(shù)引入到汽車設(shè)計中，汽車網(wǎng)絡(luò)通信要求具有更高的傳輸速率。由德國博世公司和奔馳公司開發(fā)的CAN協(xié)議，是LAN中高速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一。CAN允許40m總線長度的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)1Mbps，它實際上已成為最有代表性的汽車高速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。目前CAN芯片的制造廠商有英特爾、摩托羅拉、NEC、飛利浦、西門子和國家半導(dǎo)體等公司，在市場上很容易購到，因此CAN技術(shù)被廣泛應(yīng)用在汽車、飛機(jī)、輪船以及工業(yè)控制等領(lǐng)域。針對于汽車燈光、刮水器、電動窗、照后鏡、中央門鎖、加熱-通風(fēng)-空調(diào)以及其它低速數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，沃威克大學(xué)先進(jìn)技術(shù)中心與飛利浦公司通過對CAN技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展，共同開發(fā)了串行鏈路輸入/輸出控制器區(qū)域網(wǎng)（SLIO CAN），它能以低成本的造價滿足低速車身控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

2、現(xiàn)代汽車微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多路總線技術(shù)

多個計算機(jī)間的通訊利用“總線”進(jìn)行。多路總線技術(shù)是指利用同一根線傳遞許多數(shù)據(jù)信息以保證電控單元（ECU）相互通訊，這根線稱為“總線”。1980年起，汽車內(nèi)開始裝用網(wǎng)絡(luò)。1986～1989年德國Bosch提出汽車車載局域網(wǎng)（LAN）基本協(xié)議CAN（Controller Area Network），美國汽車工程師學(xué)會SAE提出J1850協(xié)議，X-by-wire從Fly-by-wire發(fā)展過來。

各種不同的通訊方式：一是并行方式：在這種通訊方式下，每根線只傳輸一個二進(jìn)制位。因此如果需要傳輸多個二進(jìn)制位的話，就需要多根線進(jìn)行；二是串行方式：在這種通訊方式下，每個bit一個一個地被傳輸。汽車選用的就是這種連接方式。

局域網(wǎng)是在一個有限區(qū)域內(nèi)連接的計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，通過這個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)這個系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通信。局域網(wǎng)一般的數(shù)據(jù)傳輸距離在100～250m，汽車上的局域網(wǎng)傳輸距離在幾十米范圍，速度10～10000Kbit/s。汽車微機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意見圖1。

數(shù)據(jù)總線是模塊間運(yùn)行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息告訴公路。數(shù)據(jù)總線可以實現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號能被多個系統(tǒng)共享，從而最大限度提高系統(tǒng)整體效率。將過去一線一用的專線制改為一線多用制。汽車上使用了很多總線和網(wǎng)絡(luò)，必須用一種有特殊功能的計算機(jī)達(dá)到信息共享和不產(chǎn)生協(xié)議間的沖突，實現(xiàn)無差錯數(shù)據(jù)傳輸，這種計算機(jī)就叫網(wǎng)關(guān)。為了可靠的傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元，這個數(shù)據(jù)單元稱為幀。一幀內(nèi)包括同步信號，錯誤控制，流量控制，控制信息，數(shù)據(jù)信息，尋址信息等。

PLC數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計：1)設(shè)備運(yùn)行指示燈、故障指示燈。2)收帶和放帶變頻器啟?？刂?、排線伺服控制器啟?？刂?。3)收帶和放帶剎車電磁閥控制。需要7個數(shù)字量輸出點(diǎn)。

總線規(guī)則是公路運(yùn)輸需要交通規(guī)則維持正常運(yùn)行，數(shù)據(jù)總線也需要信號傳遞規(guī)范。一是分時規(guī)則：在某一個時刻，數(shù)據(jù)總線被兩個部件占用，在兩個部件之間傳遞信號；二是多路總線技術(shù)的執(zhí)行步驟：收集相關(guān)信息；編碼；傳輸信息；向相關(guān)ECU分配信息；信息解碼（數(shù)模轉(zhuǎn)換）；執(zhí)行相應(yīng)功能。

網(wǎng)絡(luò)分級如下：A級命令單元多路連接（車身控制、儀表顯示）；B級傳感器、開關(guān)及控制單元多路傳輸（信號設(shè)備、舒適性設(shè)備）；C級實時控制單元多路傳輸（電控發(fā)動機(jī)、自動變速器、制動防滑系統(tǒng)）；D級針對視覺數(shù)據(jù)連接（多媒體）。

總線進(jìn)行幀的傳輸，它由兩根截面為0.6mm2的絕緣銅線組成。它們傳輸反相位的電信號；這兩根線將鉸接在一起。CAN數(shù)據(jù)幀格式是我們現(xiàn)在用的CAN2.0B規(guī)范遵循SAE1939標(biāo)準(zhǔn)，采用了29位ID的擴(kuò)展幀格式。29位ID中指出了信號的優(yōu)先級、協(xié)議數(shù)據(jù)單元及其格式，以及信號源。每一個ID規(guī)定有一個重復(fù)發(fā)送時間，如：轉(zhuǎn)速信號ID是CF00400，發(fā)送周期為20ms；油位、油壓信號ID是18feef00，發(fā)送周期為500ms。假若整車電控單元（EECU、VECU）沒有按照規(guī)定的發(fā)送周期發(fā)送數(shù)據(jù)，液晶屏?xí)@示通信故障。同樣，當(dāng)VECU、EECU檢測到車身和發(fā)動機(jī)的某些部件存在故障或參數(shù)超出正常值，就會向儀表發(fā)送故障代碼，儀表翻譯后，在液晶屏上顯示故障形態(tài)，故障發(fā)生次數(shù)。同時，儀表單片機(jī)發(fā)出指令，使相應(yīng)報警燈亮。駕駛員就知道了車子有問題了。對于每個要指示的量，在ID確定后，其具體值由數(shù)據(jù)長度碼（DLC）中不同的字節(jié)確定。

J1939故障處理：EECU和VECU之間的CAN總線通訊失效是最嚴(yán)重的故障，一旦出現(xiàn)，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速將被限定在900rpm，并且不能再次起動發(fā)動機(jī).引起汽車多路信息傳輸系統(tǒng)故障原因有三種：一是電源系統(tǒng)引起的故障（電源故障）；二是多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路故障（線路故障）；三是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)故障（ECU故障）。

CAN-H對地短路：CAN-H和CAN-L對電源短路：CAN-H和CAN-L之間短路。

部分故障：CAN總線上的一個分支開路（一或兩根線）。

容許故障（可能會出現(xiàn)干擾）：CAN-L對地短路。

檢查：每根線的連續(xù)性；檢查每根線對地的絕緣；CAN-H和CAN-L之間的電阻應(yīng)為60Ω。

3、現(xiàn)代汽車微機(jī)網(wǎng)絡(luò)多路總線技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)勢

CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率最高可達(dá)1Mbps。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN協(xié)議的一個最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識符可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個以上不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

CAN總線數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個節(jié)點(diǎn)可以向任何其他（一個或多個）節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)信息在134μs通信；多個節(jié)點(diǎn)同時發(fā)起通信時，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會對通信線路造成擁塞；通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM（速率低于5Kbps）速率可達(dá)到1Mbps（通信距離小于40M）；CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節(jié)點(diǎn)平等的現(xiàn)場中使用。

為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯誤而對司機(jī)造成危險，汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋撸蛘邭埩粝聛淼臄?shù)據(jù)錯誤足夠低的話，這一目標(biāo)不難實現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看，可靠性可以理解為，對傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤的識別能力。殘余數(shù)據(jù)錯誤的概率可以通過對數(shù)據(jù)傳輸可靠性的統(tǒng)計測量獲得。它描述了傳送數(shù)據(jù)被破壞和這種破壞不能被探測出來的概率。殘余數(shù)據(jù)錯誤概率必須非常小，使其在系統(tǒng)整個壽命周期內(nèi)，按平均統(tǒng)計時幾乎檢測不到。計算殘余錯誤概率要求能夠?qū)?shù)據(jù)錯誤進(jìn)行分類，并且數(shù)據(jù)傳輸路徑可由一模型描述。如果要確定CAN的殘余錯誤概率，可將殘留錯誤的概率作為具有80～90位的報文傳送時位錯誤概率的函數(shù)，并假定這個系統(tǒng)中有5～10個站，并且錯誤率為1/1000，那么最大位錯誤概率為10— 13數(shù)量級。例如，CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率最大為1Mbps，如果數(shù)據(jù)傳輸能力僅使用50％，那么對于一個工作壽命4000h、平均報文長度為80位的系統(tǒng)，所傳送的數(shù)據(jù)總量為9×1010。在系統(tǒng)運(yùn)行壽命期內(nèi)，不可檢測的傳輸錯誤的統(tǒng)計平均小于10—2量級。即一個系統(tǒng)按每年365天，每天工作8h，每秒錯誤率為0.7計算，那么按統(tǒng)計平均，每1000年才會發(fā)生一個不可檢測的錯誤。

CAN總線在工控領(lǐng)域主要使用低速-容錯CAN即ISO11898-3標(biāo)準(zhǔn)，在汽車領(lǐng)域常使用500Kbps的高速CAN。某進(jìn)口車型擁有車身、舒適、多媒體等多個控制網(wǎng)絡(luò)，其中車身控制使用CAN網(wǎng)絡(luò)，舒適使用LIN網(wǎng)絡(luò)，多媒體使用MOST網(wǎng)絡(luò)，以CAN網(wǎng)為主網(wǎng)，控制發(fā)動機(jī)、變速箱、ABS等車身安全模塊，并將轉(zhuǎn)速、車速、油溫等共享至全車，實現(xiàn)汽車智能化控制，如高速時自動鎖閉車門，安全氣囊彈出時，自動開啟車門等功能。

CAN系統(tǒng)又分為高速和低速，高速CAN系統(tǒng)采用硬線是動力型，速度：500kbps，控制ECU、ABS等；低速CAN是舒適型，速度：125Kbps，主要控制儀表、防盜等。

4、豐田皇冠CAN通信系統(tǒng)的運(yùn)用

一汽豐田皇冠CAN通信系統(tǒng)（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）總線是實時應(yīng)用的串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。它是為車輛配備的多路通信系統(tǒng)，具有高通信速度（500kbps）檢測故障的功能。通過成對使用CAN—H總線和CAN—L總線，CAN可以根據(jù)不同的電壓進(jìn)行通信。該車采用CAN通信系統(tǒng)，用來進(jìn)行帶EBD、BA、TRC和VSC的ABS系統(tǒng)組件間的通信。CAN通信系統(tǒng)有兩個與主總線通信所必需的120Ω的電阻器。通過CAN通信系統(tǒng)進(jìn)行通信的組件有：制動防滑控制ECU；轉(zhuǎn)向角傳感器；偏移率傳感器；ECM；動力轉(zhuǎn)向ECU（EPS）；網(wǎng)關(guān)ECU；電視攝像頭ECU。CAN通信系統(tǒng)的故障碼。CAN通信系統(tǒng)的故障碼顯示如下：U0073/94、U0123/62、U0124/95、U0126/63、U0100/65、U0073/49、U0105/41、U0121/42、U0001。CAN總線（通信線路）中的故障可以由DLC 3（除DLC 3分總線以外的其他線路斷路）進(jìn)行檢查。即使DLC 3連接到CAN通信系統(tǒng)上，CAN通信系統(tǒng)也不能檢測到DLC 3分總線中的故障。在CAN通信系統(tǒng)中，所有CAN J/c的連接器形狀相同。CAN J/C的連接器可以通過總線顏色和連接器連接側(cè)來識別。一汽豐田皇冠CAN通信系統(tǒng)電控元件位置如圖2所示。

5、東風(fēng)重卡CAN總線通信系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代汽車的快速發(fā)展，汽車電子設(shè)備不斷增加，傳統(tǒng)的接線方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足汽車愈加復(fù)雜的控制系統(tǒng)要求，汽車控制局域網(wǎng)CAN總線應(yīng)運(yùn)而生，它廣泛應(yīng)甩于汽車電子控制系統(tǒng)中，也是唯一一個成為國際標(biāo)準(zhǔn)的汽車局域網(wǎng)。隨著駕駛員安全和舒適性的要求提升，整車電氣功能不斷增加，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、電控門窗裝置、空氣懸架等等。這些電子控制器之間，每時每刻都有大量的信息傳輸，如何能有效、可靠地使這些功能正常工作，同時保證整車的線束的便捷性，利用CAN總線可實現(xiàn)動力系統(tǒng)智能控制，在優(yōu)化動力性能，降低油耗的基礎(chǔ)上集成的電子控制技術(shù)可實現(xiàn)娛樂設(shè)備、防盜、全球定位等系統(tǒng)的一體化，大幅度提高了操控人性化；利用無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)實現(xiàn)了在線故障檢測、診斷、分析，讓整車的可靠性、行駛的安全性“時刻在線”。

CAN是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。東風(fēng)重卡CAN總線包括底盤、發(fā)動機(jī)和儀表總成，CAN總線控制系統(tǒng)設(shè)有儀表控制模塊、前部控制模塊、中部控制模塊、尾部控制模塊及車門控制模塊，各控制模塊通過CAN總線互相連接。東風(fēng)重卡CAN總線主復(fù)要有：VECU-整車控制器，包括EECU-發(fā)動機(jī)電控單元；ABS/EBS-防抱死制動/電子制動控制器；AMT-自動機(jī)械變速箱控制器；ECAS-電控空氣懸掛控制器。東風(fēng)重卡采用CAN總線控制系統(tǒng)，克服了在有限的空間內(nèi)由于電器的增多帶來的可靠性降低和布置困難的問題，從而提高了整車的可靠性。

東風(fēng)重卡應(yīng)用總線類型：KWP2000，SAE J1587/J1708；SAE J1939（CAN）；KWP2000總線、波特率10.4kbits/s。用于診斷所有安裝在車上的ECU（包括ABS，AT或AMT，EECU，VECU，儀表，行駛記錄儀，緩速器，ECAS，EBS）；輸出診斷信息至診斷工具。該總線出故障不會影響ECU功能。KWP2000總線故障診斷：診斷總線發(fā)生故障并不影響各個電控單元的工作，但不能進(jìn)行診斷和參數(shù)設(shè)置功能；可以用萬用表檢查：K線和L線與電源和地絕緣；K線和L線（如果裝了的話）之間絕緣；K線和L線的連續(xù)性。

J1587總線：J1587/J1708網(wǎng)絡(luò)是在RS-485總線上定義的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，也是串行通信。其數(shù)據(jù)幀的第3、4個字節(jié)來控制報警燈。D310雷諾歐3儀表的水位過低、水溫過高、油壓過低、功率輸出PTO。波特率9600bits/s。為了獲得良好的電磁兼容性，采用兩根電線傳送差分信號，使干擾相互抵消；保護(hù)模式：因防盜器接在該總線上，如果該總線出故障將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不能啟動；報警由J1587信號控制。同時，液晶指示相應(yīng)故障狀態(tài)。該數(shù)據(jù)幀發(fā)送周期為240ms，若不是，則液晶屏顯示VECU與儀表的J1587通信故障。

發(fā)動機(jī)信息處理：VECU從CAN總線上接收發(fā)動機(jī)報警信息，經(jīng)過處理后發(fā)送到J1587總線上，儀表點(diǎn)亮相應(yīng)報警燈，其余變量由EECU發(fā)至CAN總線，由儀表接收檔位顯示。預(yù)先輸入變速箱各檔速比；預(yù)先輸入輪胎滾動半徑與后橋主減速比；VECU接收發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與傳動軸轉(zhuǎn)速并計算比對，得出當(dāng)前檔位；應(yīng)用于巡航控制策略；通過J1587將檔位信息發(fā)至儀表顯示；對于自動變速箱，檔位信息直接發(fā)出。

6、現(xiàn)代汽車微機(jī)網(wǎng)絡(luò)多路總線技術(shù)的發(fā)展趨勢

控制器局部網(wǎng)是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)域推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，由于其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門?？刂破骶植烤W(wǎng)將在中國迅速普及推廣。

隨著計算機(jī)硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進(jìn)步。由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制面向多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負(fù)載分散、功能分散、危險分散和地域分散。分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機(jī)為核心，將5C技術(shù)--COMPUTER（計算機(jī)技術(shù)）、CONTROL（自動控制技術(shù)）、COMMUNICATION（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機(jī)控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。

典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計算設(shè)備以及通信設(shè)備組成。現(xiàn)場總線（FIELDBUS）能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要，因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個領(lǐng)域。現(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場總線的高性能價格必將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時，正由于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮，并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據(jù)?？刂破骶植烤W(wǎng)CAN（CONTROLLER AERANETWORK）正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的。

由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報文的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION 2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報文格式，能提供11位地址；而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)載工具--數(shù)字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。

目前汽車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用2條CAN，一條用于動力系統(tǒng)的高速CAN，速率達(dá)到500kb/s；另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN，速率是100kb/s。動力系統(tǒng)CAN主要連接對象是發(fā)動機(jī)控制器（ECU）、變速箱、ABS控制器、安全氣囊控制器等等，它們的基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。車身系統(tǒng)CAN主要連接和控制的汽車內(nèi)外部照明、燈光信號、空調(diào)、組合儀表及其他輔助電器等。動力系統(tǒng)CAN和車身系統(tǒng)CAN這兩條獨(dú)立的總線之間設(shè)計有網(wǎng)關(guān)，以實現(xiàn)在各個CAN之間的資源共享，并將各個數(shù)據(jù)總線的信息反饋到儀表板上。駕車者只要看儀表板，就可以知道各個電控裝置是否正常工作了。

CAN總線是國際上應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場總線之一，可實現(xiàn)對車輛本身的控制。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性要求不盡相同，且因多條總線構(gòu)成的情況復(fù)雜、線束數(shù)量增加。對于汽車工業(yè)而言，它的實時性、靈活性、可靠性以及低成本，有著較大的市場空間。如發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN總線控制裝置。CAN總線技術(shù)因具備獨(dú)特的設(shè)計、較高的可靠性及特性，適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，眾多知名品牌汽車也已采用CAN總線技術(shù)。自1989年以來，支持CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的公司越來越多，其中有奔馳、大眾、寶馬、保時捷、勞斯萊斯、美洲豹等。支持CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的電子公司有英特爾、摩托羅拉、菲利普、Microchip、西門子等。標(biāo)準(zhǔn)化組織SAE和JSAE也都支持CAN總線標(biāo)準(zhǔn)，SAE的J1939就是CAN的新標(biāo)準(zhǔn)。汽車總線技術(shù)很快將得到普及，是汽車發(fā)展的一個必然趨勢。

7、結(jié)束語

總之，汽車電子技術(shù)是一個技術(shù)復(fù)雜、門類多、知識密集的高技術(shù)領(lǐng)域，涉及電子、機(jī)械、計算機(jī)多個學(xué)科。CAN（控制器局域網(wǎng)）屬于現(xiàn)場總線的范疇，作為一種高速、可靠、并且對分布式實時控制應(yīng)用來說是低成本的串行總線，它被廣泛用汽車電子控制領(lǐng)域里。具有多種自診斷功能和自我保護(hù)功能的CAN智能節(jié)點(diǎn)可以迅速有效的與網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了汽車控制部件的智能化和汽車控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化的目標(biāo)。利用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應(yīng)速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應(yīng)的降低了維修成本；而且，先進(jìn)集成技術(shù)的應(yīng)用，也大幅提高了車輛自身的科技含量，增強(qiáng)了產(chǎn)品競爭力。

The Microcomputer Control System Used in Cars

Deng Guifang