車載網絡系統數據交換原理及技術介紹-公交信息網

車載網絡系統數據交換原理及技術介紹

2016年11月14日 15:32:00 來源：雷洪鈞訪問：次

目前物聯網、車聯網的概念已經很火了。筆者理解，物聯網、車聯網是互聯網的延伸。互聯網是通過計算機技術和通訊技術實現了人與人之間彼此在線（實時）信息交互。相對車聯網而言，汽車總成件間狀態信息交換（交互）網叫做汽車內部的區域網絡，這個網絡是物聯網一個實例，汽車專業上叫做控制單元區域網絡(Controller Area Network)，通常又簡稱CAN，按目前通俗說法為“車載網絡系統”更好容易理解和接受。對此筆者整理一些學習筆記，結合自己的理解，分享給同行。

圖1傳統汽車電器控制示意圖

從圖1可以看出，汽車傳統電器控制電路里，沒有控制單元，主要是電路開關、繼電器、熔斷器。電路開關、繼電器、熔斷器等會愈來愈多，線束越多、越長，故障率也會越高，檢修、維修越來越困難。

一、車載網絡系統產生的由來

現代汽車功能是越來越多，智能化程度越來越高。不同總成件的工作狀態彼此要交互信息，意味著需要越來越多的連接信號線。連接線越多故障越高。如何解決好這個矛盾？這已經提到汽車工程技術人員的案頭上來了。1983年德國博世BOSCH公司首先設計出CAN數據總線。隨后越來越多的車輛采用了CAN數據總線技術，使得車上的各個電腦（控制單元）可以被掛接在該總線上，都能進行數據交流，于是出現（形成）車載網絡系統。隨著越來越多的廠家采用CAN數據總線技術，CAN成為業界里事實上的工程標準。車載網絡的學術名稱，大家按BOSCH公司叫法為“控制單元區域網絡(Controller Area Network)”簡稱：CAN，基本含義是控制單元通過網絡交換數據。于是CAN在業界被傳播開來。

二、CAN總線及功能

CAN與CAN總線是兩個概念。可以這樣理解，運用CAN總線技術的網絡才能被叫做CAN。CAN指的是控制單元區域網絡(Controller Area Network)，而CAN總線指的是這個網上的“數據總線”技術。

為什么要叫“總線”，有總線一說，對應的有支線、分線的概念。這里“總線”可以理解是“干線”。打個比方，汽車是在“公路”上跑，公路被分為國家級、省級、縣級三種。汽車總成件間狀態信息（數據）在“電線”上跑。“電線”被分為數據總線, 控制總線。總線（Bus）基本含義是計算機里傳輸數據的公共通道。車載網絡系統有許多的控制單元（計算機），控制單元之間傳輸數據的公共通道，叫做CAN總線。不同的控制單元（計算機）交互是通過CAN總線技術來實現的。比如兩個不同地方的人，講自己的方言，彼此無法交互。他們要互通信息，兩者都講“普通話”。即不同的控制單元（計算機）講各自的方言，但是彼此之間要交互時，也必須講“普通話”（CAN總線的通訊協議）。其功能示意圖（見圖2）。

圖2 不同的控制單元（計算機）之間交互時用CAN總線協議

三、車載網絡系統組成示意圖

圖3 車載網絡系統組成示意圖

上圖不同的控制單元（發動機、變速箱等）其內部用自己的協議，但是彼此相互信息時必須要用CAN協議。

四、CAN總線通訊原理

現代汽車采用CAN總線技術以后，控制單元之間所有信息通過兩根數據線都能進行交換，提高了整個系統的運行效率，其示意圖如下（圖4）。CAN數據總線將以前的“一線一用”的專線制改為“一線多用制”（即總線制），可以大大減少汽車上電線的數量，同時也簡化了整車的布線。

圖4 CAN總線通訊原理圖

從圖3中可以看出，多個控制單元之間的通信，是每個控制單元都連接到這兩條CAN總線上，從而實現多個控制單元間的信息共享。

五、現代汽車采用CAN總線技術優點

1）采用總線技術，模塊之間的信號傳遞僅需要兩條信號線；

2）減少了車身布線數量，減少了線束的長度；

3）替代了傳統的熔斷器和繼電器，減少了元器件數量；

4）擴充性強，產品升級快，開發成本降低，效率更高；

5）每一個電控模塊可將故障顯示在儀表上，方便維修。

六、CAN總線技術抑制外部干擾和防向外輻射技術

1）兩根不同雙絞線

圖5 兩根不同的雙絞線示意圖

CAN總線用一條導線就足以滿足功能要求了，但該總線系統上還是配備了第二條導線，主要原因是為了抑制外部干擾和防向外輻射。通常黃色表示（ CAN-High）的線，綠色表示（CAN-Low）的線。在這個第二條導線上，信號電壓與第一條成鏡像，這樣可有效抑制外部干擾。CAN總線采用兩條線纏繞在一起，兩線條上的電位是相反的，為了防止外界電磁波干擾和向外輻射。工作中CAN高電壓2.5V-3.5V，CAN低電壓1.5V-2.5V，靜態測量時，CAN高電壓2.6V左右，CAN低電壓為2.4V左右。兩條扭絞在一起的導線稱為雙絞線。