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什么是CAN-BUS ?

2017-07-19

 

什么是CAN-BUS

  CAN-BUSCAN總線技術,全稱為“控制器局域網總線技術(Controller Area Network-BUS)”。Can-Bus總線技術最早被用于飛機、坦克等武器電子系統的通訊聯絡上。將這種技術用于民用汽車最早起源于歐洲,在汽車上這種總線網絡用于車上各種傳感器數據的傳遞。

CAN-BUS的工作原理

    大家知道當今車輛的電控系統是越來越多,例如電子燃油噴射裝置、ABS裝置、安全氣囊裝置、電動門窗、主動懸架等等。同時遍布于車身的各種傳感器實時的監測車輛的狀態信息,并將此信息發送至相對應的控制單元內。

『車身上各種控制單元的分布圖』

    通過上圖我們可以看到車身上的各種控制單元,車越高級,車身上的控制單元也就越多,每個控制單元都可看做一臺獨立的電腦,它可以接受信息,同時能對各種信息進行處理、分析,然后發出一個指令。比如發動機控制單元會接受來自進氣壓力傳感器、發動機溫度傳感器、油門踏板位置傳感器、發動機轉速傳感器等等的信息,在經過分析和處理后會發送相應的指令來控制噴油嘴的噴油量、點火提前角等等,其它控制單元的工作原理也都類似。在這里可以給大家做一個比喻,車上的各種控制單元就好比一家公司各個部門的經理,每個部門的經理接受來自自己部門員工的工作匯報,經過分析作出決策,并命令該部門的員工去執行。


『控制單元』

    車身上的這些控制單元并不是獨立工作的,它們作為一個整體,需要信息的共享,那么這就存在一個信息傳遞的問題。比如發動機控制單元內的發動機轉速與油門踏板位置這兩個信號也需要傳遞給自動變速器的控制單元,然后自動變速器控制單元會據此來發出升檔和降檔的操作指令,那么兩個控制單元之間又是如何進行通信的呢?

『每項信息都通過各自獨立的數據線進行交換』

    目前在車輛上應用的信息傳遞形式有兩種。第一種是每項信息都通過各自獨立的數據線進行交換。比如兩個控制單元間有5種信息需要傳遞,那么則需要5根獨立的數據線。也就是說信息的種類越多,數據線的數量和控制單元的針腳數也會相應增加。這些復雜繁多的線束無疑會增加車身重量,也為整車的布線帶來一定困難。

 

『所有信息都通過兩根數據線進行交換』

    第二種方式是控制單元之間的所有信息都通過兩根數據線進行交換,這種數據線也叫CAN數據總線。通過該種方式,所有的信息,不管信息容量的大小,都可以通過這兩條數據線進行傳遞,這種方式充分的提高了整個系統的運行效率。我們常見的電腦鍵盤有104個按鍵,卻可以發出數百種不同的指令,但鍵盤與電腦主機之間的數據連接線只有7根,鍵盤正是依靠這7根數據連接線上不同的編碼信號來傳遞信息的。CAN數據總線的原理也正是如此。這種一線一用的專線制改為一線多用制,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。

    在了解到兩個控制單元是通過兩根數據線來進行信息交換的基礎上,我們可以將其推而廣之,多個控制單元之間的通信其實就是將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。



『多個控制單元間的信息傳遞』

    目前汽車上的CAN總線連接方式主要有兩種,一種是用于驅動系統的高速CAN總線,速率可達到500kb/s,另一種是用于車身系統的低速CAN總線,速率為100kb/s。當然對于中高級轎車還有一些如娛樂系統或智能通訊系統的總線,它們的傳輸速率更高,可以超過1Mb/s。高速CAN總線主要連接發動機控制單元、ABS控制單元、安全氣囊控制單元、組合儀表等這些與汽車行駛直接相關的系統。這些系統由于信息傳遞量較大而且對于信息傳遞的速度有很高的要求,所以則需要高速CAN總線來滿足其信息傳遞的需要。車身系統的CAN總線主要連接像中控鎖、電動門窗、后視鏡、車內照明燈等對數據傳輸速率要求不高的車身舒適系統上。

    這就像要抵達同一個目的地的兩輛車,轎車可以選擇走高速公路,因為只有高速公路才能發揮出轎車的速度優勢,從而節省出更多的時間。而一輛卡車由于速度比較慢,則只需要走普通國道即可,因為走高速也不能體現出它的速度優勢,相反會產生更多的費用。



『不同的系統采用不同速率的總線』

    上圖中顏色相同的控制單元間采用一種特定速率的總線系統,這種根據各自需求來使用不同CAN總線的方式可以較好的優化資源,降低整車的成本。除此之外,還有一種子總線系統,其主要連接電器開關與控制單元,或者傳感器與控制單元之間。比如電動車窗的按鍵與相應控制單元間則采用的是子總線系統。這種子總線系統主要是傳遞系統內相對數據量較少的數據,當然它的數據傳輸速率更低,而且采用的是單線制。 

    總線系統又稱作CAN-BUS,其實也是因為它的工作原理與運行中的公共汽車很類似。其中每個站點相當于一個控制單元,而行駛路線則是CAN總線,CAN總線上傳遞的是數據,而公共汽車上承載的是乘客。某個控制單元接收到負責向它發送數據的傳感器的信息后,經過分析處理會采取相應措施,并將此信息發送到總線系統上。這樣此信息會在總線系統上進行傳遞,每個與總線系統連接的控制單元都會接收到此信息,如果此信息對自己有用則會存儲下來,如果對其無用,則會進行忽略。


    整個原理很類似于一個電話會議進行的方式,一個電話用戶(控制單元)將數據“講”入網絡中,其他用戶通過網絡“接聽”這個數據,對這個數據感興趣的用戶則會利用,其他用戶則會選擇忽略。



『不同的總線系統通過網關來進行信息的交換與傳遞』

    前面講到不同的總線系統會有不同的傳輸速率,這就給不同總線系統間的通訊造成了一定的麻煩。它就相當于聯合國開大會,每個成員國都講自己的本國語言,如果要想互相聽懂,就必須有位能精通所有語言的翻譯來進行信息的傳遞。車載網絡系統中很重要的一個控制單元就是“網關”,它同時連接多種不同的CAN數據總線,并在傳遞數據時起翻譯作用。



『網關在車載網絡中起到的“翻譯”作用』

    在這里可以給大家舉一個例子,比如從屬于驅動總線系統的室外溫度傳感器將檢測到的溫度信號發送給儀表盤控制單元,然后儀表板控制單元會將此信號發送到驅動總線系統上,該信號會被發動機控制單元采集到,同時會經過網關的“翻譯”繼續傳遞到車身總線系統上。而從屬于車身總線系統上的自動空調控制單元會收到此信號,并據此作出加大制冷量或者減小吹風量等動作,這樣的一個過程體現了整個車載網絡的信息共享。

最后再來說說CAN總線系統的優點:

    ① 比傳統的布線方式的數據傳輸速度更高。

    ② 比傳統布線方式要節省線束,降低了車身重量,同時優化了車身的布線方式。

    ③ 以CAN總線方式連接的控制單元中有一個發生故障,其它控制單元仍可發送各自的數據,互不影響。

    CAN數據總線為雙線制,如果有一條發生故障,CAN系統會轉為單線運行模式,提高了整車的穩定性。

    CAN系統的雙線在實際中是像“麻花”一樣纏繞在一起的,這樣可以有效的防止電磁波的干擾和向外輻射。

    ⑥ 基于CAN總線系統可以實現更豐富的車身功能。

    CAN總線系統的應用大大簡化了車身線路的布局,這一點可以從發動機艙簡潔、整齊的布局得以體現。車身功能增加了,但是線束卻相應的簡化了,同時線束的簡化也給維修帶來了更多的便利性。使用過程中,某個部件在發生故障的情況下,會自動關閉輸出功能,以使總線上的其它部件不受影響,一定程度上提高了車身電控系統的穩定性。這種將各個功能件連在一起構成的完整的網絡系統可以實現信息與數據的全車共享,使汽車在控制方面更加智能、精確。其實這項技術已經開始走入了普通的家用轎車,不再是豪華車的專屬。

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