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CAN及其在轿车中央控制系统中的应用

随着轿车技术的快速发展和社会对轿车功能要求的不断提高，电子技术在轿车中得到了广泛的应用。自80年代末期以来，基于提高轿车安全性和舒适性等性能指标的轿车功能控制系统的研究与开发方兴未艾，如轿车门锁集控系统和防撞系统等。但是，它们在轿车中同时共存，各自独立，驾驶者必须通过各种仪表和按键实施分离操作。这无疑增加了驾驶者的操作难度和误操作概率，也需要驾驶者掌握许多复杂的控制技能和熟练的经验知识，这反而会影响轿车的安全性和舒适性。因此，对这些功能控制系统实施有效、有序和安全方便地集中控制，已成为将电子技术应用于轿车上和轿车技术发展迫切需要解决的问题。

控制器局域络(CAN)是德国Robert Bosch公司在80年代初为汽车业开发的一种串行数据通信总线。由于其具备良好的可靠性、健壮性和效能价格比，因而帮助装备更的丈量得到了广泛的应用。

1 CAN的基本特点及其在轿车信息控制中的应用及发展趋势

控制器局通信配件域络(CAN)是一种串行数据通信总线，其通信速率达到1 MB/s。CAN已有国际标准，如用于高速场合的ISO 11898和用于低速场合的ISO 。

CAN总线的最大特点之一是，任一节点所传送的数据信息不包含传送节点或接收节点的地址［1］。信息的内容通过一个标识符(ID)作上标记，在整个络中，该标识符是惟一的。络上的其他节点接收到信息后，每一节点都对这个标识符进行测试，以判断信息内容是否与己有关。若是相关信息，则它将得到处理；否则，它即被忽略。这一方式称为多播。采用该方式的优点是可使络内的节点个数在理论上不受限制，也可使不同的节点同时接收到相同的数据。数据段长度最多为8字节，既能满足一般要求，又可保证通信的实时性。

标识符还决定了信息的优先权。ID值越小，其优先权越高。当存在2个或2个以上节点争用总线时，CAN采用ID进行仲裁。CAN确保发送具有最高优先权信息的节点获得总线使用权，而其他的节点自动停止发送。总线空闲后，这些节点将以测定在选定的负荷自动重发信息。

CAN采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)法，它能通过无损仲裁解决冲突。CAN总线上的数据采用不归零编码(NRZ)，可具有两种互补的逻辑值之一，即显性和隐性。显性电平用逻辑“0”表示，而隐性电平用逻辑“1”表示。总线按照“线与”机制对总线上任一潜在的冲突进行仲裁，显性电平覆盖隐性电平。而发送隐性电平的竞争节点和显性电平的监听节点将失去总线访问权并变为接收节点。

图1所示为3个节点同时争用总线的情况，由于节点2在字节1处其显性电平覆盖了节点3的隐性电平，在字节5处又覆盖了节点1的隐性电平，因而保证了节点2获得总线使用权。

CAN总线通常采用屏蔽或非屏蔽的双绞线。线类型的双股电缆亦能正常工作。

CAN总线能在极端恶劣的环境下运作。即使双绞线中有一根断路，或有一根接地甚至两根线短接，总线都能继续工作。采用一定的系统设计和配置，某些功洁肤用品能在双线都断路的情况下仍能实现。

汽车的功能每年以7%～10%的速度增加，这些功能大多通过电子控制系统来实现。在传统的系统中，数据的交换需要专用的线路，随着系统复杂程度的提高，使等等用专用线路交换数据将变得更加困难且造价昂贵。同时，由于缺少空间，因而电子控制单元(ECU)及布线都不能再增加。比如在Volvo公司生产的S 80型轿车中，所安装的电缆长达1 200 m，有54根保险丝。采用CAN络将能满足节约大量电缆的需要。

CAN除了能有效地节省大量电缆外，还具有抗瞬间干扰的能力，其控制器接口有降低射频干扰的斜率控制。而4.光杠结构简单、易于加工；下降了制造本钱；且CAN有较强的检错能力，通过监视、循环冗余校验、位填充和报文格式检查，使得未检测出的出错概率小于4.7×； CAN的节点还有自动识别永久性故障和短暂扰动的能力，在处于连续干扰时，关东煮CAN节点处于关闭状态，而且CAN中的节点可在不要求所有大庆节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下被接于CAN络中。

90年代以来，基于CAN的络已经安装于Mercedes公司生产的S(140系列)轿车上。新型的S轿车具有两类基于CAN的络：C类络和B类络。C类络连接10个动力系电子控制单元(ECU)，B类络有24个节点连接车身与用于实现舒适及便利功能的ECU。S轿车内的两类络通过3个关模块相连。采用分布式关是为了避免使用16位的微控制器，各种ECU的功能得到了完美的组合。当按下“Ergo”键，座位和方向盘自动调节到最佳位置。而关上所有的车窗和顶篷后，进入一个隧道时，车顶灯自动打开。一旦该车与前面的汽车距离太近，它会自动刹车。在低温下，其雨刮器和反光镜的加热器自动激活。这些都有效地实施了轿车信息的中央控制。

据Strategy Analytics市场研究公司公布的一份对微控制器和汽车络所作的研究表明，大多数客车都选用基于CAN的络，目前在美国CAN已开始取代基于J 1850的络。到2005年，CAN将会占据整