摘要：控制器區域網(CAN)廣泛應用於汽車工業，是目前最有前途的現場匯流排之一。近年來，進口汽車及國產轎車廣泛採用CAN技術，標誌著汽車電子控制技術進入一個新的時代。本文介紹了控制器區域網(CAN)匯流排特點、構成及通訊速率的設定。
關鍵詞：控制器區域網 通訊速率 匯流排特點
為了減少汽車電器線束，保證各電子控制系統的電子控制單元(控制器)之間快速準確地進行大容量的資料通訊，目前，國內外中高檔轎車都已開始採用控制器區域網絡(CAN，Controller Are Network)技術。控制器區域網(CAN，Controller Area Network)是汽車應用最多的車載區域網，其通訊協議(即CAN協議)是一種支援分散式控制或實時控制的序列通訊網路[1]。CAN匯流排允許多站點同時傳送，因此，既保證資訊處理的實時性，又保證網路系統的可靠性。
一、控制器區域網(CAN)的構成
汽車控制器區域網是指分佈在汽車上的多個控制器(即電控單元ECU)在物理上相互連線，並按照網路通訊協議(CAN協議)相互通訊，以共享硬體、軟體和資訊等資源為目的的控制器系統
CAN是由中央控制組件CEM、控制器區域網匯流排(CAN匯流排)和若干個電子控制器(電控單元ECU)等器件構成[2]。圖1所示為動力及其傳動系統和車身系統部分ECU組成的CAN示意圖。
中央控制組件CEM由CAN控制器、CAN收發器和微處理器CPU等組成。CEM既是整車網路系統的控制中心，又是高速區域網與低速區域網的閘道器服務器，電路連線如圖2所示。
二、控制器區域網(CAN)匯流排的特點
CAN匯流排由物理層和資料鏈路層構成，其中資料鏈路層定義了不同的資訊型別、匯流排訪問的仲裁規則、錯誤檢測與處理的方式。所有的錯誤檢測與處理、資訊的傳輸與接收等都是通過CAN控制器硬體完成，因此，使用者組建兩線CAN僅需極少的軟體開發。CAN匯流排具有以下特點。
(1)所有節點均可傳送和接收資訊。CAN匯流排是一種共享資訊的通訊匯流排，即匯流排上所有的節點都可傳送和接收傳輸的資訊(由於所有的.節點都能接收全部資訊，因此資訊不能送達某個指定節點)。
(2)資訊傳送按資訊優先順序進行。與匯流排相連的所有節點都可傳送資訊，傳送資訊的節點通過改變所連匯流排的電平就可將資訊傳送到接收節點。在兩個以上節點同時開始傳送資訊的情況下，資訊優先順序最高的節點獲得傳送權，其他所有節點轉為資訊接收狀態。
(3)通訊速率高。CAN匯流排採用兩線差分傳輸資料，可支援高達1Mbps的通訊速率。
(4)通訊距離遠。CAN匯流排上任意兩個節點之間的最大允許傳輸距離與其資訊傳輸速率有關。在1Mbps速率下，CAN匯流排通訊距離可達40m;在10Mbps速率下，通訊距離可達6700m。因此，CAN匯流排既可用於動力及其傳動系統網路的連線，又可用於車身控制系統網路的連線。
三、控制器區域網(CAN)匯流排的連線
在車載區域網中，CAN匯流排是由兩根線CAN―H(CAN―High或CAN+)資料線和CAN―L(CAN-Low或CAN-)資料線構成。在某些高檔轎車的CAN中設有第3條CAN匯流排，用於衛星導航系統和智慧通訊系統。
動力與傳動系統的控制器採用C類高速CAN匯流排連線，資料傳輸速率可達500kbps，以便實現高速實時控制。車身控制系統的控制器採用了低資料傳輸速率的B類CAN匯流排連線，資料傳輸速率為125kbps。各電控單元之間依據CAN通訊協議相互進行通訊，從而完成各種資料的交換。在中央電子控制組件CEM中，CAN控制器具有雙通道(CRX0、CTX0通道;CRX1、CTX1通道)的CAN介面，經過CAN收發器分別與高速(500kbps)CAN匯流排和低速(125kbps)CAN匯流排連線。各電控單元通過CAN匯流排與CAN收發器相連而相互交換資料。CAN控制器根據兩根匯流排的電位差判定匯流排電平。匯流排電平分為顯性電平與隱性電平兩種，二者必居其一。
四、控制器區域網(CAN)通訊速率的設定
(1)動力及其傳動系統網路通訊速率的設定。汽車動力及其傳動系統的控制器主要包括髮動機電子控制系統EEC、電子控制自動變速系統ECT、防抱死制動系統ABS、電子調節懸架系統EMS、車輪防滑轉控制系統ASR、電子控制制動力分配系統EBD、電子控制制動輔助系統EBA、動態穩定控制系統DSC和巡航控制系統CCS等。由於這些系統控制的物件與汽車行駛直接相關，並與發動機轉速或汽車行駛速度同步，所以其CAN一般都採用C類高速CAN匯流排連線，資料傳輸速率可達1Mbps。將這些控制器連線到CAN匯流排上，可以實現高速實時控制。
(2)車身控制系統網路通訊速率的設定。汽車車身控制系統主要包括座椅安位置調節系統SPC、中央門鎖控制系統CLC、自動空調系統ACS和車頂天窗控制系統TWC等。由於這些系統通常是以低速率進行資料傳輸，因此車身控制系統採用了低資料傳輸速率速的B類匯流排。早期的汽車車身控制系統通常採用基於J1850標準的匯流排進行連線。
CAN匯流排用於車身控制系統的連線時，採用的是一種容錯式匯流排，即匯流排內建容錯功能。因為汽車內部CAN匯流排是由兩根線(CANH、CANL)構成，並採用雙線序列通訊方式傳輸資料，當2條匯流排中有1條出現斷路或短接而搭鐵時.網路可以切換至1線方式繼續工作。CAN通訊協議要求從2線切換至1線期間不能丟失資料位，為此其物理層晶片比動力傳動系統更復雜，資料傳輸速率較低，通常採用的傳輸速率為125kbps。此類匯流排逐漸被區域性網際網路匯流排(LIN匯流排)取代，其根本原因是低速CAN匯流排應用於車身控制面臨的最大困難是成本較高。
五、結語
把眾多的電控單元連成網路，其訊號通過匯流排的形式傳輸，就可以達到資訊資源共享的目的。這樣聯成網路的控制單元就可以“協同工作”，從而獲得最佳的工作狀態，並使汽車具備實現許多複雜功能的能力。CAN可提供高達1Mb/s的資料傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬體的錯誤校驗功能增強了CAN的抗干擾能力。CAN具有國際標準，是目前應用最廣泛的網路。
參考文獻：
[1]舒華，姚國平.汽車新技術[M].國防工業出版社，2005.
[2]舒華.汽車電子控制技術[M].人民交通出版社，2011.