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CAN总线在汽车电子业的应用

供稿:中国工控网 2016/3/3 17:31:11

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  • 关键词: CAN总线 汽车电子 智能化
  • 摘要:CAN总线凭借着本身的高性能,越来越受到汽车电子业的广泛应用。已成为该领域最主导市场的总线之一。CAN总线是计算机网络与工业控制的产物,对于汽车工业而言,它的实时性、灵活性、可靠性、低成本以及良好的故障珍断和纠错能力都有着很大的吸引力及市场空间。CAN作为控制器联网的手段,已广泛应用于各品牌汽车。相信CAN总线技术将会成为汽车领域发展的途径。

一、CAN总线

CAN是Control Area Network 的缩写, 该项技术最早由德国BOSCH 公司推出, 用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO 国际标准组织制订为国际标准。由于得到了Motorola , Intel , Philip , Siemence , NEC 等公司的支持, 它广泛应用在离散控制领域。CAN通信介质可以是双绞线、光导纤维、同轴电缆,作为一种串行多主站控制器局域网总线,他的通讯可靠性、网络安全性、实时性都非常高,成本也低廉,很适用一些中小规模的交通运载工具电气系统、工业过程监控设备的互连、电磁辐射强、环境温度恶劣、振动大的工业环境及汽车计算机控制系统。就目前的趋势看,CAN总线协议必是汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。

CAN属于总线式串行通信网络,由于采用了许多新技术以及独特的设计,与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出性能、可靠性、实时性和灵活性,以及良好的故障珍断和纠错能力。其特点主要有:

1)支持分布式控制,实时控制。

2)不分主从,CAN是主站总线,在任何时刻各节点都可向网络上的节点发送信息,通信灵活,可以多主方式工作。

3)实时性好,采用非破坏性的独特的总线仲裁技术,高优先级节点优先传送数据,有效避免总线冲突。

4)CAN采用全局广播、一点对多点、点对点传送数据功能。

5)短帧结构的采用降低了数据出错率,数据传输时间短,每帧有效字节数最多为8个,有CRC及其它校验措施,适合在高干扰环境下使用。

6)一旦出现严重错误,可自动脱离或关闭总线,而其他总线操作不会受影其响。

7)每次扩充石,直接挂新节点在总线上,改型灵活,系统扩充容易,走线少。

8)CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s,直接通信距离最远可达到10km,(速率在5kbps以下)。

9)CAN节点数在标准帧是可达110个,扩展帧个数不限。

10)数据传送方式可分为数据广播式和远程数据请求式。

自CAN总线问世以来,为满足CAN总线协议的多种应用需要,相继出现了几种高层协议。目前大多数基于CAN总线的网络都采用CAN总线的高层协议。CAN open、Device Net和SDS是通常采用的高层协议,适用于任何类型的工业控制局域网应照场合,而CAL贝I|应用于基于标准应用层通讯协议的优化控制场合,SAEJl939则应用于卡车和重型汽车计算机控制系统。

 

二、CAN在汽车电子业的发展

“汽车电子业最大的热点就是网络化。”一位业内人士如此描述汽车网络的应用前景。而CAN拥有的多主节点、开放式架构,以及错误检测及自恢复能力等优势,成为汽车网络应用的热门。从以下一组数字中也印证了这一趋势,02年数据,全球市场上大约有一亿只CAN收发器,平均一辆车上有12个到15个低速CAN收发器,4到5个高速CAN收发器。

一些汽车专家认为,就像在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样,近10年来数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。

并且,随着安全性能日益受到重视,安全气囊也将逐渐增多,以前是在驾驶员前面安装一个,今后侧面与后座都会安装安全气囊,这些气囊通过传感器感受碰撞信号,通过CAN总线将传感器信号传送到一个中央处理器内,控制各安全气囊的启动弹出动作。同时,先进的防盗设计也正基于CAN总线网络技术。首先,确认钥匙合法性的校验信息通过CAN网络进行传递,改进了加密算法,其校验的信息比以往的防盗系统更丰富;其次,车钥匙、防盗控制器和发动机控制器相互储存对方信息,而且在校验码中搀杂随机码,无法进行破译,从而提高防盗系统的安全性。而这些功能的实现无一不借助CAN总线来完成,CAN总线成为汽车智能化控制的“定海神针”。

在现代轿车的设计中,CAN已经成为必须采用的装置。奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据报道,中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司试装成功,并进行了初步试运行。在上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引入了CAN总线技术。但总的来说,目前CAN总线技术在我国汽车工业中的应用尚处于试验和起步阶段,绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计。国内在技术、设计和应用上进行网络总线的“深造”势在必行。

CAN分为高速和低速CAN总线,低速CAN的总线速度为10Kb-125Kb/s,高速为250Kb-1Mb/s。许向东介绍,德尔福开发的CAN总线系统是将发动机控制与变速箱连接在一起,因为汽车在换档时需要发动机变换扭矩,以保持汽车行驶的平稳性。高速CAN应用在发动机、变速箱、ABS等实时性要求强的控制模块,低速CAN主要是运用在车身控制模块领域。

然而,对于许多基本的汽车应用而言,由于CAN总线的实现成本较高,并非都需要用CAN节点来实现连接。飞思卡尔汽车电子市场部经理康晓敦说,CAN总线的实现成本较高,做一个节点,MCU需要带CAN数字接口,至少20多元,加上CAN收发器七八元,因此一个CAN节点芯片需要30多元左右。随着节点数的增加,这部分成本会增加许多,而LIN(局部互联网络)对MCU要求的资源很少,普通的串行口就可以做,一般LIN子节点所用的MCU只需要几元。并且,LIN总线正是针对相对简单的应用而设计的。因此在CAN/LIN网络中,CAN节点可连接发动机、变速箱、仪表盘等,LIN节点来连接门窗、后视镜、车灯等。这是综合汽车成本、性能方面的权衡之举。

 CAN网络的上游是向传输速率更高的Flex Ray协议发展,下游是向LIN协议发展。Flex Ray的速率高、更加安全可靠,但实现成本目前还较高,其接口和收发器方面要求均较高,精度和复杂性更高。因此,未来几年内CAN总线仍占据汽车网络技术的主导。

同时,为适应未来汽车多媒体娱乐系统发展的需要,未来DVD、导航仪、汽车音响将通过数据总线集成在一起,以传输移动图像,这也就需要传输速率更高、更快的网络总线。康晓敦指出,目前市场上已开发出一种MOST标准网络,做音视频娱乐通信,它是基于光纤的通信协议,传输速率可达20多兆,在一些顶级车上已有应用。目前做MOST总线很复杂,MOST网关需用支持多媒体的32位MCU实现,并需要大量的16位单片机做每个子系统的控制,它的应用还需汽车厂商、汽车电子厂商的共同推动。

 

三、结束语

随着汽车电子技术和大规模集成电路的迅速发展,网络控制芯片性能逐步提高,体积逐步减小,价格进一步下降,CAN总线在汽车上的应用已成为一种必然的发展趋势,并且SAE J1939成为车用CAN通信协议的主流。CAN总线在汽车上的广泛应用将使汽车的动力性、操纵稳定性、安全性都上升到新的高度,给汽车技术的发展注入新的活力。CAN作为控制器联网的手段,已广泛应用于奔驰、雷诺、沃尔沃、大众、宝马等知名品牌汽车。据相关报道,奇瑞公司已经配装成功国内首辆CAN网络系统混合动力轿车,并已投入运行中。POLO汽车、上海大众的帕萨特也都开始引用此技术,相信CAN总线技术将会推动汽车电子业一直向前迈进发展。


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