一文看懂汽車CAN總線技術原理

　　隨著現代汽車技術的不斷發展， CAN總線逐漸成為現代汽車上不可缺少的技術，并大大推動了汽車技術的高速發展。本文將對汽車CAN 總線技術的工作原理、特點及優點，CAN總線在汽車制造中的應用及發展趨勢做了簡單介紹，具體的跟隨小編一起來了解一下。

　　CAN總線的由來

　　由于現代汽車的技術水平大幅提高，要求能對更多的汽車運行參數進行控制，因而汽車控制器的數量在不斷的上升，從開始的幾個發展到幾十個以至于上百個控制單元?？刂茊卧獢盗康脑黾?，使得它們互相之間的信息交換也越來越密集。為此德國BOSCH 公司（和inter 公司共同） 開發了一種設計先進的解決方案-CAN 數據總線，提供一種特殊的局域網來為汽車的控制器之間進行數據交換。

　　CAN 是ControllerAreaNetwork 的縮寫，稱為控制單元的局域網，它是車用控制單元傳輸信息的一種傳送形式。

　　CAN總線技術簡介

　　CAN總線又稱作汽車總線，全稱為“控制器局域網（Controller Area Network）”，意思是區域網絡控制器，它將各個單一的控制單元以某種形式（多為星形）連接起來，形成一個完整的系統。在該系統中，各控制單元都以相同的規則進行數據傳輸交換和共享，稱為數據傳輸協議。CAN總線最早是德國Bosch公司為解決現代汽車中眾多的電控模塊（ECU）之間的數據交換而開發的一種串行通訊協議。

　　在工程實際中CAN總線是對汽車中標準的串行數據傳輸系統的習慣叫法。隨著車用電氣設備越來越多，從發動機控制到傳動系統控制，從行駛、制動、轉向系統控制到安全保證系統及儀表報警系統，使汽車電子系統形成一個復雜的大系統，并且都集中在駕駛室控制。另外，隨著近年來智能運輸系統（ITS）的發展，以3G（GPS、GIS和GSM）為代表的新型電子通訊產品的出現，它對汽車的綜合布線和信息的共享交互提出了更高的要求。CAN總線正是為滿足這些要求而設計的。

　　CAN總線主要有四部分組成：導線、控制器、收發器和終端電阻。其中導線為由兩根普通銅導線絞在一起的雙絞線?？刂破鞯淖饔檬菍κ盏胶桶l送的信號進行翻譯。收發器負責接受和發送網絡上共享的信息。電阻是阻止CAN總線信號產生變化電壓的反射，當電阻出現故障，控制單元的信號無效。

　　CAN總線技術的工作原理

　　CAN總線使用串行數據傳輸方式，可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運行，也可以使用光纜連接，而且在這種總線上總線協議支持多主控制器。 CAN與I2C總線的許多細節很類似，但也有一些明顯的區別。

　　當CAN總線上的一個節點（站）發送數據時，它以報文形式廣播給網絡中所有節點。對每個節點來說，無論數據是否是發給自己的，都對其進行接收。每組報文開頭的11位字符為標識符，定義了報文的優先級，這種報文格式稱為面向內容的編址方案。在同一系統中標識符是唯一的，不可能有兩個站發送具有相同標識符的報文。當幾個站同時競爭總線讀取時，這種配置十分重要。

　　當一個站要向其它站發送數據時，該站的CPU將要發送的數據和自己的標識符傳送給本站的CAN芯片，并處于準備狀態；當它收到總線分配時，轉為發送報文狀態。CAN芯片將數據根據協議組織成一定的報文格式發出，這時網上的其它站處于接收狀態。每個處于接收狀態的站對接收到的報文進行檢測，判斷這些報文是否是發給自己的，以確定是否接收它。

　　由于CAN總線是一種面向內容的編址方案，因此很容易建立高水準的控制系統并靈活地進行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進一些新站而無需在硬件或軟件上進行修改。當所提供的新站是純數據接收設備時，數據傳輸協議不要求獨立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化，即總線上控制器需要測量數據時，可由網上獲得，而無須每個控制器都有自己獨立的傳感器。

　　CAN總線技術的特點及優點

　　1、CAN總線技術的特點

　　CAN作為一種多主總線，支持分布式實時控制的通訊網絡，采用了許多新技術及獨特的設計，具有可靠性、實時性和靈活性。其特點如下：

　　CAN為多主方式工作，網絡上任一點均可在任意時刻主動地向網絡上其它節點發送信息，而不分主從，通訊方式靈活;

　　CAN網絡上的節點信息分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求，高優先級的數據最多可在134μs內得到傳輸;

　　CAN只需通過幀濾波即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接受數據，無需專門“調度”;

　　CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活;

　　CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其它節點的操作不受影響。

　　2、CAN總線技術的優點

　　硬件方案的軟件化實現，簡化了設計，降低了成本，且在數據更新增加新信息時，只需軟件升級即可，擴充性強;

　　控制單元對所傳輸的信息進行實時檢測，具有錯誤診斷能力和自動恢復能力，節省生產維護成本;

　　CAN總線符合國際標準，因此可應用不同型號控制單元間的數據傳輸;

　　數據共享減少了數據的重復處理，節省成本。如對于具有CAN總線接口的電噴發動機，其它電器可共享其提供的轉速、水溫、機油壓力溫度等，可省去額外的水溫、油壓、油溫傳感器。

　　CAN總線在汽車制造中的應用

　　應用CAN總線，可以減少車身布線，進一步節省了成本，由于采用總線技術，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線。布線局部化，車上除掉總線外其他所有橫貫車身的線都不再需要了，節省了布線成本。CAN總線系統數據穩定可靠，CAN總線具有線間干擾小、抗干擾能力強的特點。CAN總線專為汽車量身定做，充分考慮到了汽車上惡劣工作環境，比如點火線圈點火時產生的強大的反充電壓，電渦流緩沖器切斷時產生的浪涌電流及汽車發動機倉100℃左右的高溫。

　　隨著安全性能日益受到重視，安全氣囊也將逐漸增多，以前是在駕駛員前面安裝一個，今后側面與后座都會安裝安全氣囊，這些氣囊通過傳感器感受碰撞信號，通過 CAN總線將傳感器信號傳送到一個中央處理器內，控制各安全氣囊的啟動彈出動作。同時，先進的防盜設計也正基于CAN總線網絡技術。首先，確認鑰匙合法性的校驗信息通過CAN網絡進行傳遞，改進了加密算法，其校驗的信息比以往的防盜系統更豐富;其次，車鑰匙、防盜控制器和發動機控制器相互儲存對方信息，而且在校驗碼中攙雜隨機碼，無法進行破譯，從而提高防盜系統的安全性。而這些功能的實現無一不借助CAN總線來完成，CAN總線成為汽車智能化控制的“定海神針”。

　　在現代轎車的設計中，CAN已經成為必須采用的裝置。奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯網的手段。據報道，中國首輛CAN 網絡系統混合動力轎車已在奇瑞公司試裝成功，并進行了初步試運行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術。但總的來說，目前 CAN總線技術在我國汽車工業中的應用尚處于試驗和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線設計。國內在技術、設計和應用上進行網絡總線的“深造”勢在必行。

　　車用CAN未來發展趨勢

　　技術的先進性是CAN總線在汽車上應用的最大動力，也是汽車生產商競相應用CAN總線的主要原因。在現代轎車的設計中，CAN已經成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯網的手段。據相關報道，中國首輛CAN網絡系統混合動力轎車已在奇瑞公司裝配成功，并進行運行。上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引用了CAN總線技術。CAN總線控制技術是提高汽車性能的一條很好途徑。但總的來說，目前CAN總線技術在我國汽車工業總的應用尚處于試驗和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線的設計，因而存在著不少弊端。就像汽車電子技術在20世紀70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，現在數據CAN總線技術的引入也將是汽車電子技術發展的一個里程碑。