CAN总线在汽车领域的应用

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  • 摘要 CAN总线技术因具备独特的设计、较高的可靠性及特性,适合工业过程监控设备的互连。众多知名品牌汽车也已采用CAN总线技术。文中分析了CAN总线的发展和汽车CAN总线技术的特征,对CAN总线在汽车领域的应用进行了深入的探讨。
    关键词 CAN总线;汽车电子;智能系统

        CAN总线是国际上应用较为广泛的现场总线之一,可实现对车辆本身的控制。对于汽车工业而言,它的实时性、灵活性、可靠性以及低成本,有着较大的市场空间。如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中,均嵌入CAN总线控制装置。

    1 CAN总线的发展
        在当前的汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性要求不尽相同,且因多条总线构成的情况复杂、线束数量增加。原以为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN,进行大量数据的高速通信”的需要,1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后,CAN通过IS011898及IS0 11519进行了标准化,在欧洲已是汽车网络的标准协议,CAN的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

    2 汽车CAN总线技术的特征
        (1)设计目标。
        对于汽车CAN总线传输而言,必须要保证以下几方面:信号的逻辑“0”要与信号的逻辑“1”进行明显的区分;具备利用信息内容解决总线访问堵塞的能力;具备最优化的传输速率;节点自动故障诊断和节点快速成功访问总线的能力;汽车CAN总线能够随着数据传输率的增加具备一定的可扩充性等。
        (2)数字信号的编码。
        正确编码数字信号对于确保信息可靠性传输,具有重要作用。汽车局域网数据信号基本采用两种方式:不归零制(NRZ)和脉宽调制PWM)。采用不归零制进行信息传输,一般用于传输速率较高的场合,速率上限为1 Mb·s-1;而采用脉宽调制作为编码方案时,一般用于传输速率较低的场合,速率上限为3 x 105kb·s-1。
        (3)网络拓扑结构。
        汽车CAN总线具有以下优点:总线结构简单、可靠性高、电缆短、无源元件、布线容易、易于扩充。如果需要增加CAN总线长度,可利用中继器加入一个附加段。如需增加新节点,只需在汽车CAN总线的某点将其接入。CAN能够使用多种物理介质,例如双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送,两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”,静态时均约为2.5 V,此时状态表示为逻辑“1”,也可称为“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”,称为“显性”,此时,通常电压值为CAN_H=3.5 V和CAN_L=1.5 V。

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