桂知進

摘要：CAN總線技術(shù)就是為了能夠讓人類的出行更加安全且方便的技術(shù)，這一項技術(shù)當(dāng)前廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域?qū)ζ涞膽?yīng)用水平也非常的深入，由于其具有提升汽車工作效率，并且有效減少成本的特點，因此當(dāng)前被汽車制造企業(yè)所喜愛。在汽車的電氣系統(tǒng)中使用CAN總線，已經(jīng)成為了當(dāng)前汽車設(shè)計與制造的主流趨勢，因此如何才能更加合理地設(shè)計與應(yīng)用CAN總線技術(shù)，成為了當(dāng)前在汽車制造行業(yè)的熱議話題。

Abstract： Can bus technology is to make human travel more safe and convenient technology， this technology is currently widely used in various fields， the automotive field of its application level is also very in-depth， because it has the characteristics of improving the efficiency of the car， and effectively reducing the cost， so it is currently loved by automobile manufacturing enterprises. Using CAN bus in automobile electrical system has become the mainstream trend of automobile design and manufacturing. Therefore， how to design and apply can bus technology more reasonably has become a hot topic in automobile manufacturing industry.

關(guān)鍵詞：CAN總線;汽車;電氣系統(tǒng)

Key words： can bus;automobile;electrical system

中圖分類號：U463.6;TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0010-02

0? 引言

對于汽車制造業(yè)的企業(yè)而言，如果企業(yè)的運行效率高，且成本低，就能夠在市場中獲得更高的口碑，并且能夠成功地吸引更多的消費者，讓自己品牌的汽車在行業(yè)內(nèi)擁有較高的口碑，占有更多的市場資源，獲得消費者的喜愛，從而能夠擁有更加廣闊的發(fā)展空間，從而能夠讓企業(yè)在市場中逐漸占據(jù)更加有利的地位。因此本文針對基于CAN總線的汽車電氣系統(tǒng)進行設(shè)計，首先分析了在汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用CAN總線的優(yōu)勢，之后介紹了如何應(yīng)用CAN總線對汽車的電氣系統(tǒng)進行設(shè)計，并且對該技術(shù)未來在汽車制造行業(yè)中的發(fā)展前景進行分析。希望能夠為我國的汽車制造企業(yè)帶來新的思路，更加成熟地將CAN總線技術(shù)運用在汽車的電氣系統(tǒng)設(shè)計工作中。

1? CAN總線的優(yōu)勢

CAN總線相比與傳統(tǒng)的R線構(gòu)建的形式，具有更多的優(yōu)勢，是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，能夠有效地對汽車的線路進行實時的控制。CAN總線技術(shù)的優(yōu)勢主要有以下幾點：

1.1 具有較高的實時通信效率

因為CAN總線技術(shù)能夠讓各個節(jié)點的數(shù)據(jù)信息都以競爭的形式相總線進行傳輸，并且采用通信數(shù)據(jù)編碼，并非傳統(tǒng)的站地址編碼，因此能夠在相同的時間接收到不同節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，從而能夠有效地保障這些信息的傳輸效率，因此能夠?qū)崿F(xiàn)實時通信。再者，由于其為冗余結(jié)構(gòu)，因此還能夠保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。這種CAN總線技術(shù)與傳統(tǒng)的R構(gòu)建技術(shù)相比，通信的效率更高，因此也受到了各個汽車制造企業(yè)的喜愛，使用CAN總線技術(shù)所設(shè)計的汽車電氣系統(tǒng)的通信效率跟高，能夠技能更加快速地反映，因此有效地提升了汽車整體的效率。

1.2 對汽車電氣系統(tǒng)的保護水平高

因為CAN總線技術(shù)使用82C250芯片的CANL與CANH兩個端口，因此可以在與總線連接的時候有更加清晰的傳輸脈絡(luò)。CANL端口所處于的狀態(tài)為懸浮轉(zhuǎn)臺，并且為低電平，而CANH所處于的狀態(tài)也為懸浮狀態(tài)，但是為高電平。因此，這樣子的兩個端口可以讓汽車的電氣系統(tǒng)有效的避免出現(xiàn)系統(tǒng)障礙的問題，總線所能接收數(shù)據(jù)的節(jié)點較多的時候，也不會出現(xiàn)因為短路故障而導(dǎo)致節(jié)點出現(xiàn)問題的情況，因此其對于汽車電氣系統(tǒng)的保護水平非常高。一旦CAN總線技術(shù)中存在著某一節(jié)點產(chǎn)生了嚴(yán)重的問題，也會啟動系統(tǒng)的自動保護機制，將該節(jié)點的輸出功能關(guān)閉，所以總線仍然可以正常地工作，不會導(dǎo)致其他的節(jié)點受到影響，汽車電氣系統(tǒng)也不會因為某一節(jié)點出現(xiàn)了問題而出現(xiàn)整體故障的問題，因此能夠?qū)φ麄€電氣系統(tǒng)進行更高地保障。

1.3 CAN總線技術(shù)的開發(fā)需要的時間短

對于任何一個企業(yè)而言，在研發(fā)新型的技術(shù)時，都需要花費大量的時間，并且投入大量的金錢，如果在研發(fā)的過程中，有同行研發(fā)出了更優(yōu)秀的技術(shù)，就會導(dǎo)致企業(yè)的發(fā)展預(yù)期水平降低。研發(fā)技術(shù)的開發(fā)越困難，所需要的時間就越長，因此企業(yè)所承受的風(fēng)險也就越高。但是CAN總線技術(shù)所需要的研發(fā)時間不長，因此企業(yè)所需要承擔(dān)的研發(fā)風(fēng)險也會有所下降。這是因為CAN總線技術(shù)使用CAN接口芯片與控制器芯片，對于研發(fā)工作人員，這兩種芯片自身就能有效地降低研發(fā)的難度，因能夠幫助企業(yè)快速地研發(fā)出應(yīng)用CAN總線技術(shù)的汽車電氣系統(tǒng)，所以企業(yè)的研發(fā)時間就會縮短。

2? CAN總線的汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計

CAN總線是汽車電氣系統(tǒng)中通信介質(zhì)的平臺，這些通信介質(zhì)主要產(chǎn)生于汽車在運用的過程中系統(tǒng)所生成的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量非常大，電子單元是這些數(shù)據(jù)的進行交換與共享的關(guān)鍵，而CAN總線就是實現(xiàn)將這些數(shù)據(jù)在電子單元交換與共享的平臺。因此，汽車的電氣系統(tǒng)信息傳遞的效率也會明顯提升，而這些信息就是為了控制電氣系統(tǒng)，駕駛?cè)藛T對汽車的控制效率也就隨之上升。在CAN總線的汽車電氣控制系統(tǒng)中，可以將其劃分為左、右、前、后、主五個ECU節(jié)點?；贑AN總線的汽車電氣控制系統(tǒng)可以采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中左、右、前、后這四個節(jié)點負(fù)責(zé)采集開關(guān)信息，然后依托于通信協(xié)議生成報文信息，同時傳輸?shù)街鞴?jié)點。而主節(jié)點則負(fù)責(zé)信息的分析和判斷，并在此基礎(chǔ)上輸出相應(yīng)的分析結(jié)果，同時依托于通信協(xié)議反饋給左、右、前、后這四個節(jié)點。最后，這四個節(jié)點再針對反饋信息進行濾波，依托于UART總線將功率負(fù)載反饋給控制模塊，并最終完成了功率輸出的有效驅(qū)動。

2.2 ECU節(jié)點設(shè)計

對于ECU節(jié)點的設(shè)計需要根據(jù)汽車電氣控制的實際需要進行，因此應(yīng)當(dāng)將其主要分為五個部分，中央處理器用于處理信息，輸出模塊用于控制功率，信息采集模塊用于對信息的傳遞進行控制，軟件、安設(shè)模塊用于實現(xiàn)通信。在汽車電氣控制系統(tǒng)中的ECU節(jié)點中，需要四種接口，即CAN互通接口、功率負(fù)載驅(qū)動接口、開關(guān)量輸出接口以及電源端口。首先，負(fù)責(zé)功率負(fù)載的驅(qū)動口必須能夠符合30A的電流。而開關(guān)量輸入接口主要進行開關(guān)信息的處理，如果開關(guān)處于閉合的狀態(tài)，輸入電平將被擬定為偏低電平，當(dāng)開關(guān)處于關(guān)閉的狀態(tài)的時候，就會成為偏高電平。其次，開關(guān)量輸出接口則負(fù)責(zé)開關(guān)量信息的采集工作。當(dāng)開關(guān)閉合的時候，電平被擬定為偏低電平;而當(dāng)開關(guān)斷開電平則被替換為偏高電平。再次，CAN互通接口則主要負(fù)責(zé)為ECU與外圍的銜接提供接入點，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的通信。最后，電源端口主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)電源的輸入，滿足控制系統(tǒng)運行所需的電力供應(yīng)。

2.3 軟件架構(gòu)設(shè)計

設(shè)計汽車電氣系統(tǒng)CAN總線必須對軟件做好設(shè)計規(guī)劃，在軟件設(shè)計中，必須要涉及到通信車、驅(qū)動層和轉(zhuǎn)換層，這三個層次都非常的重要，如果其中一個層次的軟件設(shè)計出現(xiàn)了問題，都會導(dǎo)致整個汽車的電氣系統(tǒng)的CAN總線的信號傳輸出現(xiàn)問題，最終的導(dǎo)致對汽車的控制也出現(xiàn)問題。首先，通信層主要是起到了將各個層次的信號進行傳導(dǎo)的作用，主要為驅(qū)動與轉(zhuǎn)換各層之間信號兩類，能夠高效地將各個層級之間的信號通過接口進行輸入與輸出，并且可以對器件信息進行轉(zhuǎn)換。驅(qū)動層是對汽車電氣系統(tǒng)CAN總線對信號的輸入和輸出起到驅(qū)動的作用。轉(zhuǎn)換層由輸入和輸出轉(zhuǎn)換構(gòu)成。在汽車電氣控制系統(tǒng)中的CAN總線不同層次的軟件都具有各自的功能屬性。在驅(qū)動層，輸入驅(qū)動負(fù)責(zé)把輸入引腳電平進行轉(zhuǎn)換并將其信息輸送到轉(zhuǎn)換層，而輸出驅(qū)動則把從轉(zhuǎn)化層中獲得的信息轉(zhuǎn)換為引腳。在轉(zhuǎn)換層，輸入轉(zhuǎn)換把驅(qū)動層中的狀態(tài)信息進行轉(zhuǎn)換變成器件信息發(fā)送給處理層進行邏輯狀態(tài)分析，而輸出轉(zhuǎn)換則把處理層的器件信息進行轉(zhuǎn)換得到輸出信息發(fā)送給驅(qū)動層。在通信層主要通過通信模塊來負(fù)責(zé)處理與轉(zhuǎn)換層的信息交換。

3? 基于CAN總線的汽車電氣系統(tǒng)的發(fā)展前景

當(dāng)前，CAN總線技術(shù)已經(jīng)在汽車設(shè)計與制造中被廣泛地使用，因為該技術(shù)的高效與低成本的優(yōu)勢，能夠讓汽車制造企業(yè)節(jié)約大量的成本。因此，在未來，該技術(shù)的應(yīng)用前景仍然十分的廣闊，因為各個企業(yè)都在努力提升汽車電氣系統(tǒng)的效率，并且通過節(jié)約成本，讓高性能的汽車能夠以更低的市場價格投放到市場中，從而獲得更多的消費者。對于CAN總線技術(shù)在未來的發(fā)展中，可以主要集中于提升芯片的性能和端口的性能。首先，因為芯片對于整個CAN總線系統(tǒng)而言，就像是“心臟”一樣的存在，如果可以提升芯片的性能，就可以有效地提升整個CAN總線系統(tǒng)的性能，并且能夠進一步減少研發(fā)的時間，幫助汽車制造企業(yè)節(jié)約更多的成本。再者，因為CAN總線的兩個端口能夠有效地避免系統(tǒng)出現(xiàn)整體故障的問題，因此還以將研發(fā)與設(shè)計的精力放置在端口上，努力提升端口的性能，不僅僅讓其能夠減少單個節(jié)點對系統(tǒng)的干擾水平，還可以讓多個節(jié)點故障時也能夠讓汽車的電氣系統(tǒng)維持運行狀態(tài)。

4? 結(jié)語

汽車是人類出行的重要交通工具，關(guān)乎人類生活的質(zhì)量。隨著我國的綜合國力不斷地提升，人民對于生活質(zhì)量的要求也更高，尤其是城市中生活的人民，基本上每家每戶都配備了私家車，因此我國的汽車行業(yè)的市場具有非常廣闊的前景。與此同時，國家也在努力推進我國汽車制造行業(yè)在國際上的發(fā)展水平。對此，CAN總線技術(shù)成為了當(dāng)前被各個汽車制造企業(yè)所鐘愛的技術(shù)，將其廣泛地應(yīng)用在了汽車的電氣系統(tǒng)中。這是因為CAN總線技術(shù)具有很多的優(yōu)勢，例如，具有較高的實時通信效率，對汽車電氣系統(tǒng)的保護水平高，CAN總線技術(shù)的開發(fā)需要的時間短，以及國際化的現(xiàn)場總線形式。在汽車電氣系統(tǒng)中設(shè)計CAN總線的時候，會注意整體架構(gòu)設(shè)計、ECU節(jié)點設(shè)計以及軟件架構(gòu)設(shè)計。在未來，為了能夠讓CAN總線技術(shù)擁有更加廣闊的發(fā)展空間，可以從CAN總線的兩個端口和芯片作為研究的重點，提升其使用性能，從而全面提升整個汽車電氣系統(tǒng)的工作效率，幫助企業(yè)節(jié)約更多的經(jīng)濟成本。

參考文獻：

[1]劉金鳳.基于CAN總線的汽車電氣系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].微型電腦應(yīng)用，2019，35（08）：124-126.

[2]李利飛，閆瑞杰，李海香.基于CAN總線的汽車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（06）：69.

[3]唐映全.汽車車身系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)及電氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究[J].時代汽車，2018（12）：149-150，153.

[4]劉賢.總線技術(shù)在汽車電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].時代汽車，2018（05）：40-41.

[5]符曉芬.CAN總線在汽車電氣控制中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（11）：247.