CAN总线在汽车中应用

CAN总线在汽车中应用(本站提供应用行业：汽车制造阅读次数：557)【字体：大中小】80年代以来，随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上电子控制单元越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目急剧增加。一辆采用传统布线方法的高档汽车，其导线长度可达2000米，电气节点达1500个，电线的重量可以达到40～60公斤。另外，电控系统的增加虽然提高了轿车的安全性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了车辆的可靠性，增加了维修的难度。为此，改革汽车电气技术的呼声日益高涨，于是车上控制器局域网络CAN（ControllerAreaNetwork）就应运而生。CAN总线是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而推出的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，距离可达10km。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。由于CAN总线具有较强的纠错能力，支持差分收发，因而适合高干扰环境，并具有较远的传输距离。因此，CAN协议对于许多领域的分布式测控都很有吸引力。目前CAN总线已成为最有前途的总线标准之一。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于动力系统的高速CAN，速率达到500kb/s；另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。动力系统CAN主要连接对象是发动机控制器（ECU）、变速箱、ABS控制器、安全气囊控制器等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、空调、组合仪表及其他辅助电器等。目前，动力系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间设计有网关，以实现在各个CAN之间的资源共享，并将各个数据总线的信息反馈到仪表板上。驾车者只要看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。自1989年以来，支持CAN总线标准的公司越来越多，其中有奔驰、大众、宝马、保时捷、劳斯莱斯、美洲豹等。支持CAN总线标准的电子公司有英特尔、摩托罗拉、菲利普、Microchip、西门子等。标准化组织SAE和JSAE也都支持CAN总线标准，SAE的J1939就是CAN的新标准。总之，在国外，汽车总线技术很快将得到普及，是汽车发展的一个必然趋势。然而，汽车总线在中国的发展却不容乐观。国内的零部件生产虽然数量可观，但整体规模并不大，缺乏开发能力。甚至有人认为中国的零部件厂商真正能够自主研发的产品，也仅仅是音响和喇叭而已。为了避免国内外汽车电子技术差距的进一步拉大，国内的厂家必须团结一致,走联合开发的道路。上海同济同捷科技股份有限公司经过两年多的开发，现已完成极具竞争实力的阶段性产品，正在进行产品检验和小批量试装车。相信中国人能创造出更新、更好的汽车总线产品。CAN总线式汽车仪表总成辽宁能发伟业汽车仪表有限公司开发生产的CAN总线仪表总成，是可以接入汽车内部网络的仪表总成。主要为采用电控和进行数据通讯的发动机的重型卡车、客车、轿车、工程机械配套。该产品目前已用于一汽重卡、一汽客车公司生产的客车、包头北方奔驰客车底盘厂、三一重工生产的挖掘机、徐州重工的油田钻机同时将进一步用于北京京华客车、福田重卡等。包头北方奔驰客车底盘有限公司、一汽客车公司已经小批量使用。随着汽车技术的不断进步，采用总线技术的汽车将普遍使用。因此，需要配套总线仪表的数量也将越来越大。重型卡车随着我国基础建设的增加而增大产量，21世纪物流重型卡车发展的主要趋势是大吨位、高效率、低污染、专业化运输，并在经济性、动力性、可靠性方面都会有所提高，而且要适应未来的交通法规要求，尤其是要满足未来更加严格的环保要求。因此要大力的采用先进的车内网络技术。CAN总线技术的使用在当今的中高档汽车中都采用了汽车总线技术。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换渠道。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。20世纪90年代以来，汽车上由电子控制单元(ECU)控制的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量越来越多。因此，一种新的概念--车上控制器局域网络CAN（ControllerAreaNetwork）的概念也就应运而生了。CAN最早是由德国BOSCH公司为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种数据通信协议，按照ISO有关标准，CAN的拓扑结构为总线式，因此也称为CAN总线。CAN协议中每一帧的数据量都不超过8个字节，以短帧多发的方式实现数据的高实时性；CAN总线的纠错能力非常强，从而提高数据的准确性；同时CAN总线的速率可达到1Mbit/s，是一个真正的高速网络。总之，将CAN总线应用在汽车中使用有很多优点：（1）用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，并大幅度减少了用线数量；提高可靠性,安全性、降低成本。（2）具有快速响应时间和高可靠性，并适合对实时性要求较高的应用如刹车装置和气囊；控制平台、信息平台、驾驶平台的互连基础。（3）CAN芯片可以抗高温和高噪声，并且具有较低的价格，开放的工业标准。根据ISO(国际标准化组织)定义的OSI模型，CAN协议定义了物理层及数据链路层规范，这为不同的汽车厂商制定符合自身需要的应用层协议提供了很大的便利。如果需要建立更加完善的系统，还需要在CAN的基础上选择合适的应用层协议。如CANopen、SAEJ1939等。基于CAN总线技术的应用层协议目前，基于CAN总线的应用层协议很多比如SEAJ1939、SEAJ1850、CANopen等，下面以应用比较广泛的应用层协议SEAJ1939为例进行说明。J1939协议是目前在大型汽车中应用最广泛的应用层协议，可达到250Kbps的通讯速率。J1939协议由美国SAE(SocietyofAutomotiveEngineer)组织维护和推广。J1939协议具有如下特点：（1）以CAN2.0B协议为基础，物理层标准与ISO11898规范兼容并采用符合该规范的CAN控制器及收发器。通讯速率最高可达到250Kbps。（2）采用PDU(ProtocolDataUnit协议数据单元)传送信息，每个PDU相当于CAN协议中的一帧。由于每个CAN帧最多可传输8个字节数据，因此PDU的传输具有很高的实时性。（3）利用CAN2.0B扩展帧格式的29位标志符定义每一个PDU的含义以及该PDU的优先级。（4）J1939协议主要作为汽车中应用的通讯协议，对汽车中应用到的各类参数都进行了规定。参数的规定符合ISO11992标准。我们公司开发、生产的应用在大型卡车客车的总线式汽车仪表总成就是基于CAN总线技术使用J1939协议的汽车仪表。其中多功能仪表是整个仪表总成的核心，并且通过了严格的可靠性测试和实际产品化验证，抗电子干扰能力很强，适合汽车EMC要求，已投入批量生产。多功能表各项指标已达到了国际先进水平，除支持SAEJ1939固件外，还可支持SAE1587，ISO9141标准，实现对汽车仪表的控制驱动。在国内是唯一实现了对汽车全液晶数字仪表的控制，步进马达指针仪表的控制及多功能车载传感器信息运行参数的网络计算信息平台。通过了与美国、德国、意大利J1939发动机的互连测试，取得了国际化的通行证。这些技术的突破为我国采用汽车网络技术提高整车技术水平，发展汽车网络计算平台，参与国际竞争具有重大现实意义。随着汽车工业的发展和科技水平的提高，人们对环保、安全、人机一体化方面提出了更高的要求，汽车仪表正在不断融入当今各学科、各领域的新技术、新材料成果，向多元化、电子化、系统化、集成化、网络化方向发展。总线式汽车仪表是汽车电子类产品之一，是由我公司基于CAN2.0B的应用层协议SAEJ1939研制的，是产、学、研结合的产物。其具有体积小、重量轻、功耗低、使用寿命长、可靠性高、抗干扰性强等优点。总线式汽车仪表是采用数字技术、网络技术、模块化设计技术，在生产工艺上是采用电子元器表面粘贴和冷压焊技术，因此它适合大批量生产。由于采用模块化设计，具有整机装配简单，占用生产人员少，生产效率高、成本低的特点。该产品在技术上达到国际同类产品水平。