汽车总线技术

任务1　汽车总线技术

【任务导入】

从发动机电控系统到自动变速器控制系统，从ABS到制动力分配，从GPS到自动巡航，从电源管理到线传操纵，以及为提高舒适性而做的各种改进，使汽车电气系统形成一个日益庞大、复杂的系统。另外，随着近年来ITS的发展，以“3G”（GPS、GIS和GSM）为代表的新型电子通信产品的出现，对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求，汽车总线技术的优势便也越来越突出。

【相关知识】

一、汽车总线技术的介绍

1．汽车总线技术的概念

随着汽车制造技术中不断应用高新技术，CAN总线这个名词逐渐被人们所熟知，CAN总线是对汽车中标准的串行传输系统的一种简缩习惯的叫法。CAN的英文全称是ControllerAreaNetwork，即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴，是现场总线的新一代局域通讯网络，又称为控制器局域网现场总线（CAN）。

汽车总线系统实质上是通过某种通信协议（如CAN），将汽车内部的各个ECU节点连接起来，从而形成一个汽车内部的局域网络。节点根据自身的传感器信息及总线上的信息，完成预定的控制功能和动作，如灯光的开闭、电动机启停等，节点之间的通信通过总线来实现。每个节点一般由MCU（或DSP等）、接口电路、总路线控制器、总线驱动器等构成。

2．汽车总线技术的现状

迄今为止，在汽车上已经出现了多种总线标准，从总线所实现的功能角度可分为两类：一类是控制策略驱动的总线，如SAE的J1850，德国大众的ABUS，博世的CAN、ISO11898和ISO11519，美国商用机器公司的AutoCAN，ISO的VAN，马自达的PALMNET，以及用于低速场合的LIN等；另一类是以大量数据传输为目的的多媒体总线，如IDB－C、IDB－1394、MOST、AMIC－C等。

由于欧美汽车有各自的总线标准，选用何种总线成了总线开发时的首要问题。亚洲汽车界尚在CAN和J1850之间犹豫，但倾向于CAN的趋势已经越来越明显。我国的汽车以欧洲车型为主，因此CAN总线和LIN总线应该是我国汽车总线发展的趋势。

CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初开发的一种串行数据通信协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术，以及灵活的通信方式使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性，满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。

CAN遵循ISO/OSI的标准模型，但只规定了七层协议中的数据链路层，而应用层则留给用户自己定义。到目前为止，在CAN的基础上定义的高层协议有很多，其中影响较大的有CANKingdom、J1939、OSEK、DeviceNet（AB）、SDS（Honeywell）、CAL、CANOpen（CiA）等。

CAN总线的特点主要有以下几项。

（1）如果数据扩展以增加新的信息，只需升级软件即可。

（2）控制单元对所传输的信息进行实时检测，检测到故障后存储故障码。

（3）使用小型控制单元及小型控制单元插孔，可节省空间。

（4）使传感器信号线减至最少，控制单元可做到高速数据传输。

（5）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。

目前，国外的汽车总线技术已经成熟，且已在汽车上推广。国内完全引进技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5、BORA、POLO，FIAT的Palio、Siena，哈飞赛马等车型都不同程度地使用了CAN总线技术。此外，部分高档客车、工程机械也都开始应用总线技术。

在客车行业，不少企业对总线技术非常感兴趣，有些企业正在与高校或科研院所联合开发，有些企业甚至已经制造出样车，可以说，总线技术在客车上的应用会在近几年内迅速展开。

3．国内研发情况

国内在汽车总线技术上的研发刚刚起步，而且大都集中在高校和科研单位，尚没有形成专业的技术开发公司，整体实力有待加强。汽车企业与相关研究单位联合开展具有针对性的总线开发，以满足国内汽车生产企业对总线技术的需求，同时培养自己的总线研发人才，是一种促进总线技术广泛应用的双赢策略。

二、客车对总线技术的要求

轿车对总线技术的应用已较为普遍，使用总线技术的轿车一般有2～4条总线系统，其中，动力总线（发动机、自动变速箱、ABS）和舒适总线（中央控制器、四个门模块）最为普遍，以下简要介绍客车的总线技术。

目前，客车总线系统要解决的问题如下：

（1）由于客车车身较长的特点，前后灯光线束问题是CAN总线系统首先要解决的问题；

（2）大型客车中发动机后置情况较多，发动机与仪表板之间的信息传递造成了线束的大幅增加，因此实现仪表板节点与发动机节点之间的CAN通信非常必要；

（3）客车作为载客工具，智能化的空调管理功能非常重要；

（4）电源管理和故障诊断也是客车CAN研究的重要内容。

根据客车车身特点和急需解决的问题，可将客车CAN系统分成以下几个节点：前灯光节点、后灯光节点、发动机节点、空调管理节点、仪表板节点。

三、汽车CAN总线技术特点及应用趋势

现代汽车中所使用的电子控制系统和通信系统越来越多，如发动机电控系统、防抱死系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统，这些系统之间，系统和汽车显示仪表之间，系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍然采用传统数据交换的方法，用导线进行点对点连接的传输方式将是非常复杂的工程，据统计，一辆中级轿车需要线束插头300个以上，插针总数1 800～2 200个，线束总长超过1．5～2．0km，装配复杂而且故障率很高。CAN总线能够以较低的成本和实时处理能力在强电磁干扰环境下安全工作。

因此，采用CAN总线系统的分系统对普通线束取而代之就成为必然的选择。

CAN总线是串行协议，所有参加CAN总线的分系统都可以通过其控制单元上的CAN总线接口进行数据的发送和接收，它设计了高效率的仲裁机制来解决传输冲突问题，具有高优先级的系统总能优先得到总线的使用权。

CAN同时采用了其他防范措施，能够准确判断出错的节点并使之关闭，有效保证了总线的可靠性，比如，总线对不同数据的传输速度是不一样的，对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施高速传输，对车身调节系统（如空调）的数据实施低速传输，其他如多媒体系统则和诊断系统为中速传输，速率在两者之间，这样的区分提高了总线的传输效率和安全。

现在，汽车制造业发达的国家基本都在汽车制造工程中应用CAN总线。CAN总线作为汽车制造装配的高级核心技术，国外汽车制造商与研发机构对我国采取的是技术封锁政策，即使在中国合资的国外引进品牌，也是将CAN总线列入国产化部件外，国外CAN总线进口到中国的价格相当昂贵，在高新技术上制约着我国汽车制造业的发展。

由于CAN总线具有的高速通信率、高安全性、连接方便、多主站、通信协议简单和高性能价格比等突出优点，将在广泛的领域，特别是汽车制造业中得到普遍的应用。

我国一些科研机构与生产厂家也在研发CAN总线，我国航天发射技术及特种车事业部凭借航天科技雄厚的科技力量所研制的针对客车、卡车、小汽车的CAN总线解决方案，完全符合国际（ISO11898）标准。

客车、货车、特种车总线系统产品采用现场总线——CAN将各个控制模块组成一个总线系统。各个控制模块的数据都在这条CAN总线上传输，每个模块有选择地接收与自身有关的数据，解决了传统的点对点连线方式所带来的复杂、混乱的弱点，增强了系统的稳定性，降低了系统成本。