隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)成為家家戶戶必不可少的一種交通工具。不僅快速美觀，而且舒適，很多人出行或者遠(yuǎn)途郊游都會(huì)選擇自駕。關(guān)于汽車的制造也是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模�每款車型都有其不同的舒適度和美觀度，本文主要就從基于CAN總線的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了一些研究，文章是一篇高級(jí)技師職稱論文。

　　【摘 要】近年來(lái)，汽車已經(jīng)從傳統(tǒng)的交通工具發(fā)展成為一個(gè)以交通功能為主兼顧娛樂(lè)舒適性功能的集合體;另外在外形上，也由原來(lái)的單一化笨重化轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦男螒B(tài)各異、靈巧美觀。這些突破和發(fā)展都是得益于汽車制造工藝的改進(jìn)和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，本文著重分析CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線在汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及影響。

　　【關(guān)鍵詞】汽車,CAN總線,內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)

　　1 前言

　　為了滿足舒適、安全、美觀、節(jié)能、功能豐富等要求，汽車內(nèi)部設(shè)立了多種電子控制系統(tǒng)，根據(jù)各部件不同的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和參數(shù)要求，汽車內(nèi)部就產(chǎn)生了多條控制線路，形成一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的長(zhǎng)線網(wǎng)，但這又跟操作方便、節(jié)省空間等要求相矛盾。上世紀(jì)80年代，由德國(guó)BOSCH公司研發(fā)出的CAN串聯(lián)通信結(jié)構(gòu)完美解決了這一問(wèn)題。

　　2 CAN總線的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　2.1 CAN介紹

　　CAN(控制器局部網(wǎng))是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)域推出的一種多主機(jī)局部網(wǎng)，它是一種多主總線，它以報(bào)文為單位，以雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維為媒介，進(jìn)行分布式控制或?qū)崟r(shí)控制，以達(dá)到數(shù)據(jù)傳送的通信目的，其速率最高可達(dá)1Mbps。由于其性能強(qiáng)大、使用可靠、運(yùn)作方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。

　　較之許多其他控制總線結(jié)構(gòu)相比，基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下方面的特點(diǎn)：

　　(1)各模塊之間可實(shí)現(xiàn)任意無(wú)障礙數(shù)據(jù)通信，且不分主從，任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以向任何其他(一個(gè)或多個(gè))節(jié)點(diǎn)發(fā)起數(shù)據(jù)通信，根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息優(yōu)先級(jí)先后順序決定通信次序;即使在多個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻發(fā)起通信的情況下，也能自動(dòng)遵循優(yōu)先級(jí)低的避讓優(yōu)先級(jí)高的原則，確保通信有序不亂，避免了通信線路的擁堵不暢通;

　　(2)CAN為各節(jié)點(diǎn)串聯(lián)線路，在其中某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的情況下，其他節(jié)點(diǎn)可以免受其影響，照樣正常通信傳輸;

　　(3)CAN總線支持長(zhǎng)距離通信，最遠(yuǎn)可支持10KM(速率低于5Kbps)的通信傳送，在40M以內(nèi)，速率可高達(dá)到1Mbps;

　　(4)CAN總線傳輸?shù)慕橘|(zhì)可以是雙絞線或同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長(zhǎng)距離小數(shù)據(jù)量，對(duì)實(shí)時(shí)性的要求比較高，多主多從或者各個(gè)節(jié)點(diǎn)平等的現(xiàn)場(chǎng)中使用。

　　(5)作為分布式控制系統(tǒng)，它的顯著特點(diǎn)就是以數(shù)據(jù)塊取代傳統(tǒng)的地址編碼，使網(wǎng)路內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不受限制，每幀數(shù)據(jù)段的字節(jié)不超過(guò)8個(gè)，節(jié)省了字節(jié)占時(shí)，大大提高了通信效率。

　　2.2 CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　CAN總線是為解決汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制而產(chǎn)生的，它所具有上述的特性和優(yōu)點(diǎn)也決定了它是汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的最佳現(xiàn)場(chǎng)總線，并且在其他諸多工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛運(yùn)用。

　　CAN網(wǎng)絡(luò)是由車內(nèi)各種控制單元(ECU)組成，一個(gè)控制單元的硬件又包括傳感器和執(zhí)行器接口、微控制器、CAN控制器以及CAN收發(fā)器等。在微控制器控制的前提下，傳感器和執(zhí)行器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各控制單元的功能指令，CAN收發(fā)器則負(fù)責(zé)接收來(lái)自控制器的通信訊號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為與控制器相匹配的訊號(hào)，再有控制器來(lái)完成最終指令操作。

　　2.3 CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用

　　汽車內(nèi)部的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是將汽車內(nèi)各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)多分布式操控的局域網(wǎng)系統(tǒng)，是汽車各功能指令的通信部和指揮者。

　　按汽車部位來(lái)分，主要的控制部分分為前部模塊、中央模塊和尾部模塊，按具體的硬件電路來(lái)分，則包含了信號(hào)采集模塊、MCU數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、負(fù)載驅(qū)動(dòng)模塊以及CAN總線通信模塊。就CAN總線通信一模塊而言，其通信節(jié)點(diǎn)及控制系統(tǒng)單元又包括了主控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)、車內(nèi)儀表、中央門鎖、座椅調(diào)節(jié)、車燈、空調(diào)等等，從汽車的發(fā)動(dòng)開始直到停止，都必然會(huì)對(duì)這些單元進(jìn)行指控操作，而汽車之所以在這些操控下能夠安全平穩(wěn)地運(yùn)行，CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。發(fā)出指令后，CAN以超高速率進(jìn)行信息傳輸，迅速連接相應(yīng)節(jié)點(diǎn)并作出相應(yīng)響應(yīng)。但是在實(shí)際開動(dòng)中，個(gè)節(jié)點(diǎn)之間往往會(huì)進(jìn)行大量的信息連接，很容易出現(xiàn)同一條CAN總線上信息擁堵反應(yīng)不及時(shí)的情況，嚴(yán)重影響各指令反應(yīng)速率，甚至引起事故。因此，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)信息實(shí)時(shí)性要求的高低設(shè)定優(yōu)先通行次序是保證CAN有效運(yùn)行的重要措施。所有受控系統(tǒng)單元通過(guò)CAN總線連接成一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖所示：

　　2.4 CAN網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制

　　CAN總線還是一種高速的、具有嚴(yán)格復(fù)雜的錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)功能的可靠性車內(nèi)控制網(wǎng)絡(luò)。

　　每個(gè)CAN總線上的節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)出錯(cuò)計(jì)數(shù)器，通過(guò)計(jì)數(shù)器的記錄計(jì)算，根據(jù)出錯(cuò)的嚴(yán)重程度，系統(tǒng)確定這些節(jié)點(diǎn)是否調(diào)整到降級(jí)模式。即從正常模式調(diào)整到降級(jí)模式，甚至直接切換到關(guān)斷模式。也就是說(shuō)，一旦系統(tǒng)檢測(cè)到出現(xiàn)錯(cuò)誤，則正在傳送的通信數(shù)據(jù)立即停止傳送，直到總線空閑時(shí)再次發(fā)送直至成功，或者直接切斷與總線的連接。

　　CAN可檢測(cè)的錯(cuò)誤具體有以下5種：

　　(1)CRC校驗(yàn)：接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算出的CRC結(jié)果與接收到的CRC順序不同

　　(2)幀格式檢測(cè)：檢測(cè)出的格式與固定位段格式不一致

　　(3)應(yīng)答錯(cuò)誤檢測(cè)：發(fā)送單元在ACK槽中檢測(cè)出隱形電平

　　(4)位檢測(cè)：輸出電平與總線電平不一致

　　(5)位填充：在需要位填充的段內(nèi)，連續(xù)檢測(cè)到6位相同的電平

　　根據(jù)不同種類錯(cuò)誤的出現(xiàn)或幾種同時(shí)出現(xiàn)，有以下幾種解決辦法：

　　(1)為了確保總線的正常工作，檢查總線是否仍在運(yùn)行后再嘗試進(jìn)入;

　　(2)升級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部軟件及處理器性能，降低數(shù)據(jù)傳送中斷率;

　　(3)在調(diào)試過(guò)程中，打開所有中斷，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　CAN總線技術(shù)在我國(guó)起步較晚，剛開始靠進(jìn)口為主，現(xiàn)雖經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的研究與發(fā)展已取得一定的成效，但較之發(fā)達(dá)國(guó)家仍有差距。因此若想要實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車制造的純自主化生產(chǎn)并在國(guó)際上取得更高的成績(jī)，CAN總線的汽車網(wǎng)絡(luò)的不斷研究是必不可少的重要推動(dòng)力。

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