汽车的神经系统Can通讯的基础知识储备

随着现代汽车技术的不断发展， can总线逐渐成为现代汽车上不可缺少的技术，并大大推动了汽车技术的高速发展。本文将对汽车CAN 总线技术的工作原理、特点及优点，CAN总线在汽车制造中的应用及发展趋势做了简单介绍。

CAN总线的由来
　　由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH公司（和INTER 公司共同） 开发了一种设计先进的解决方案-CAN 数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。
CAN 是ControllerAreaNetwork 的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。

CAN总线技术简介
　　CAN总线又称作汽车总线，全称为“控制器局域网（Controller Area Network）”，意思是区域网络控制器，它将各个单一的控制单元以某种形式（多为星形）连接起来，形成一个完整的系统。在该系统中，各控制单元都以相同的规则进行数据传输交换和共享，称为数据传输协议。CAN总线最早是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块（ECU）之间的数据交换而开发的一种串行通讯协议。
　　在工程实际中CAN总线是对汽车中标准的串行数据传输系统的习惯叫法。随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，使汽车电子系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶室控制。另外，随着近年来智能运输系统（ITS）的发展，以3G（GPS、GIS和GSM）为代表的新型电子通讯产品的出现，它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN总线正是为满足这些要求而设计的。
　　CAN总线主要有四部分组成：导线、控制器、收发器和终端电阻。其中导线为由两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器的作用是对收到和发送的信号进行翻译。收发器负责接受和发送网络上共享的信息。电阻是阻止CAN总线信号产生变化电压的反射，当电阻出现故障，控制单元的信号无效。

CAN-BUS的工作原理

 

 大家知道当今车辆的电控系统是越来越多，例如电子燃油喷射装置、ABS装置、安全气囊装置、电动门窗、主动悬架等等。同时遍布于车身的各种传感器实时的监测车辆的状态信息，并将此信息发送至相对应的控制单元内。

车身上的各种控制单元，车越高级，车身上的控制单元也就越多，每个控制单元都可看做一台独立的电脑，它可以接受信息，同时能对各种信息进行处理、分析，然后发出一个指令。比如发动机控制单元会接受来自进气压力传感器、发动机温度传感器、油门踏板位置传感器、发动机转速传感器等等的信息，在经过分析和处理后会发送相应的指令来控制喷油嘴的喷油量、点火提前角等等，其它控制单元的工作原理也都类似。在这里可以给大家做一个比喻，车上的各种控制单元就好比一家公司各个部门的经理，每个部门的经理接受来自自己部门员工的工作汇报，经过分析作出决策，并命令该部门的员工去执行。

 

    车身上的这些控制单元并不是独立工作的，它们作为一个整体，需要信息的共享，那么这就存在一个信息传递的问题。比如控制单元内的发动机转速与油门踏板位置这两个信号也需要传递给自动变速器的控制单元，然后自动变速器控制单元会据此来发出升档和降档的操作指令，那么两个控制单元之间又是如何进行通信的呢？

    目前在车辆上应用的信息传递形式有两种。第一种是每项信息都通过各自独立的数据线进行交换。比如两个控制单元间有5种信息需要传递，那么则需要5根独立的数据线。也就是说信息的种类越多，数据线的数量和控制单元的针脚数也会相应增加。这些复杂繁多的线束无疑会增加车身重量，也为整车的布线带来一定困难。

 

    第二种方式是控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换，这种数据线也叫CAN数据总线。通过该种方式，所有的信息，不管信息容量的大小，都可以通过这两条数据线进行传递，这种方式充分的提高了整个系统的运行效率。我们常见的电脑键盘有104个按键，却可以发出数百种不同的指令，但键盘与电脑主机之间的数据连接线只有7根，键盘正是依靠这7根数据连接线上不同的编码信号来传递信息的。CAN数据总线的原理也正是如此。这种一线一用的专线制改为一线多用制，可以大大减少汽车上电线的数量，同时也简化了整车的布线。

    在了解到两个控制单元是通过两根数据线来进行信息交换的基础上，我们可以将其推而广之，多个控制单元之间的通信其实就是将每个控制单元都连接到这两条CAN总线上，从而实现多个控制单元间的信息共享。

 

    目前汽车上的CAN总线连接方式主要有两种，一种是用于驱动系统的高速CAN总线，速率可达到500kb/s，另一种是用于车身系统的低速CAN总线，速率为100kb/s。当然对于中高级轿车还有一些如娱乐系统或智能通讯系统的总线，它们的传输速率更高，可以超过1Mb/s。高速CAN总线主要连接发动机控制单元、ABS控制单元、安全气囊控制单元、组合仪表等这些与汽车行驶直接相关的系统。这些系统由于信息传递量较大而且对于信息传递的速度有很高的要求，所以则需要高速CAN总线来满足其信息传递的需要。车身系统的CAN总线主要连接像中控锁、电动门窗、后视镜、车内照明灯等对数据传输速率要求不高的车身舒适系统上。

    这就像要抵达同一个目的地的两辆车，轿车可以选择走高速公路，因为只有高速公路才能发挥出轿车的速度优势，从而节省出更多的时间。而一辆卡车由于速度比较慢，则只需要走普通国道即可，因为走高速也不能体现出它的速度优势，相反会产生更多的费用。

 

       控制单元间采用一种特定速率的总线系统，这种根据各自需求来使用不同CAN总线的方式可以较好的优化资源，降低整车的成本。除此之外，还有一种子总线系统，其主要连接电器开关与控制单元，或者传感器与控制单元之间。比如电动车窗的按键与相应控制单元间则采用的是子总线系统。这种子总线系统主要是传递系统内相对数据量较少的数据，当然它的数据传输速率更低，而且采用的是单线制。 

 

    总线系统又称作CAN-BUS，其实也是因为它的工作原理与运行中的公共汽车很类似。其中每个站点相当于一个控制单元，而行驶路线则是CAN总线，CAN总线上传递的是数据，而公共汽车上承载的是乘客。某个控制单元接收到负责向它发送数据的传感器的信息后，经过分析处理会采取相应措施，并将此信息发送到总线系统上。这样此信息会在总线系统上进行传递，每个与总线系统连接的控制单元都会接收到此信息，如果此信息对自己有用则会存储下来，如果对其无用，则会进行忽略。

  前面讲到不同的总线系统会有不同的传输速率，这就给不同总线系统间的通讯造成了一定的麻烦。它就相当于联合国开大会，每个成员国都讲自己的本国语言，如果要想互相听懂，就必须有位能精通所有语言的翻译来进行信息的传递。车载网络系统中很重要的一个控制单元就是“网关”，它同时连接多种不同的CAN数据总线，并在传递数据时起翻译作用。

    在这里可以给大家举一个例子，比如从属于驱动总线系统的室外温度传感器将检测到的温度信号发送给仪表盘控制单元，然后仪表板控制单元会将此信号发送到驱动总线系统上，该信号会被发动机控制单元采集到，同时会经过网关的“翻译”继续传递到车身总线系统上。而从属于车身总线系统上的自动空调控制单元会收到此信号，并据此作出加大制冷量或者减小吹风量等动作，这样的一个过程体现了整个车载网络的信息共享。

 

CAN总线技术的特点及优点

　　1、CAN总线技术的特点
　　CAN作为一种多主总线，支持分布式实时控制的通讯网络，采用了许多新技术及独特的设计，具有可靠性、实时性和灵活性。其特点如下：
　　CAN为多主方式工作，网络上任一点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵活;
　　CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134μs内得到传输;
　　CAN只需通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据，无需专门“调度”;
　　CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活;
　　CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其它节点的操作不受影响。
　　2、CAN总线技术的优点

        硬件方案的软件化实现，简化了设计，降低了成本，且在数据更新增加新信息时，只需软件升级即可，扩充性强;
　　控制单元对所传输的信息进行实时检测，具有错误诊断能力和自动恢复能力，节省生产维护成本;
　　CAN总线符合国际标准，因此可应用不同型号控制单元间的数据传输;

 

　　数据共享减少了数据的重复处理，节省成本。如对于具有CAN总线接口的电喷发动机，其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力温度等，可省去额外的水温、油压、油温传感器。
can系统的应用大大简化了车自线路的布局，这一点可以从发动机舱简洁、整齐的布局得以体现。车身功能增加了，但是线束却相应的简化了，同时线束的简化也给维修带来了更多的便利性。使用过程中，某个部件在发生故障的情况下，会自动关闭输出功能，以使总线上的其它部件不受影响，一定程度上提高了车身电控系统的稳定性。这种将各个功能件连在一起构成的完整的网络系统可以实现信息与数据的全车共享，使汽车在控制方面更加智能、精确。

CAN-BUS的发展

Can-Bus总线技术最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。将这种技术用于民用汽车最早起源于欧洲，在汽车上这种总线网络用于车上各种传感器数据的传递。

 

随着CAN-BUS的不断完善和发展，作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-BUS 不再仅仅局限于汽车电子领域，还被广泛应用到其它各个自动化控制系统中。在欧洲、美洲，亚洲CAN-bus总线技术在工程机械领域都已经普遍应用，国际上一些著名的工程机械大公司如CAT、VOLVO、利勃海尔等都在自己的产品上广泛采用CAN-bus总线技术，大大提高了整机的可靠性、可检测和可维修性，同时提高了智能化水平。在国内，CAN-bus总线控制系统也开始在汽车的控制系统中广泛应用，在工程机械行业(如自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等领域)中也正在逐步推广应用。