汽車CAN-BUS深入了解工作原理詳細(xì)分析
互聯(lián)網(wǎng) 俠名 汽車電器維修 2017年02月21
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什么是CAN-BUS？
CAN-BUS即CAN總線技術(shù)，全稱為“控制器局域網(wǎng)總線技術(shù)（Controller Area Network-BUS）”。Can-Bus總線技術(shù)最早被用于飛機(jī)、坦克等武器電子系統(tǒng)的通訊聯(lián)絡(luò)上。將這種技術(shù)用于民用汽車最早起源于歐洲，在汽車上這種總線網(wǎng)絡(luò)用于車上各種傳感器數(shù)據(jù)的傳遞。
CAN-BUS的工作原理
大家知道當(dāng)今車輛的電控系統(tǒng)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(dòng)門窗、主動(dòng)懸架等等。同時(shí)遍布于車身的各種傳感器實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)車輛的狀態(tài)信息，并將此信息發(fā)送至相對(duì)應(yīng)的控制單元內(nèi)。
『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(jí)，車身上的控制單元也就越多，每個(gè)控制單元都可看做一臺(tái)獨(dú)立的電腦，它可以接受信息，同時(shí)能對(duì)各種信息進(jìn)行處理、分析，然后發(fā)出一個(gè)指令。比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)接受來自進(jìn)氣壓力傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器、油門踏板位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等等的信息，在經(jīng)過分析和處理后會(huì)發(fā)送相應(yīng)的指令來控制噴油嘴的噴油量、點(diǎn)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(gè)比喻，車上的各種控制單元就好比一家公司各個(gè)部門的經(jīng)理，每個(gè)部門的經(jīng)理接受來自自己部門員工的工作匯報(bào)，經(jīng)過分析作出決策，并命令該部門的員工去執(zhí)行。
『控制單元』
車身上的這些控制單元并不是獨(dú)立工作的，它們作為一個(gè)整體，需要信息的共享，那么這就存在一個(gè)信息傳遞的問題。比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與油門踏板位置這兩個(gè)信號(hào)也需要傳遞給自動(dòng)變速器的控制單元，然后自動(dòng)變速器控制單元會(huì)據(jù)此來發(fā)出升檔和降檔的操作指令，那么兩個(gè)控制單元之間又是如何進(jìn)行通信的呢？
『每項(xiàng)信息都通過各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)線進(jìn)行交換』
目前在車輛上應(yīng)用的信息傳遞形式有兩種。第一種是每項(xiàng)信息都通過各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)線進(jìn)行交換。比如兩個(gè)控制單元間有5種信息需要傳遞，那么則需要5根獨(dú)立的數(shù)據(jù)線。也就是說信息的種類越多，數(shù)據(jù)線的數(shù)量和控制單元的針腳數(shù)也會(huì)相應(yīng)增加。這些復(fù)雜繁多的線束無疑會(huì)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(shù)據(jù)線進(jìn)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(shù)據(jù)線進(jìn)行交換，這種數(shù)據(jù)線也叫CAN數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線進(jìn)行傳遞，這種方式充分的提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。我們常見的電腦鍵盤有104個(gè)按鍵，卻可以發(fā)出數(shù)百種不同的指令，但鍵盤與電腦主機(jī)之間的數(shù)據(jù)連接線只有7根，鍵盤正是依靠這7根數(shù)據(jù)連接線上不同的編碼信號(hào)來傳遞信息的。CAN數(shù)據(jù)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(shù)量，同時(shí)也簡(jiǎn)化了整車的布線。
在了解到兩個(gè)控制單元是通過兩根數(shù)據(jù)線來進(jìn)行信息交換的基礎(chǔ)上，我們可以將其推而廣之，多個(gè)控制單元之間的通信其實(shí)就是將每個(gè)控制單元都連接到這兩條CAN總線上，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制單元間的信息共享。
『多個(gè)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN總線，速率可達(dá)到500kb/s，另一種是用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為100kb/s。當(dāng)然對(duì)于中高級(jí)轎車還有一些如娛樂系統(tǒng)或智能通訊系統(tǒng)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(fā)動(dòng)機(jī)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(guān)的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)由于信息傳遞量較大而且對(duì)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(tǒng)的CAN總線主要連接像中控鎖、電動(dòng)門窗、后視鏡、車內(nèi)照明燈等對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的車身舒適系統(tǒng)上。
這就像要抵達(dá)同一個(gè)目的地的兩輛車，轎車可以選擇走高速公路，因?yàn)橹挥懈咚俟凡拍馨l(fā)揮出轎車的速度優(yōu)勢(shì)，從而節(jié)省出更多的時(shí)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?yàn)樽吒咚僖膊荒荏w現(xiàn)出它的速度優(yōu)勢(shì)，相反會(huì)產(chǎn)生更多的費(fèi)用。
『不同的系統(tǒng)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(tǒng)，這種根據(jù)各自需求來使用不同CAN總線的方式可以較好的優(yōu)化資源，降低整車的成本。除此之外，還有一種子總線系統(tǒng)，其主要連接電器開關(guān)與控制單元，或者傳感器與控制單元之間。比如電動(dòng)車窗的按鍵與相應(yīng)控制單元間則采用的是子總線系統(tǒng)。這種子總線系統(tǒng)主要是傳遞系統(tǒng)內(nèi)相對(duì)數(shù)據(jù)量較少的數(shù)據(jù)，當(dāng)然它的數(shù)據(jù)傳輸速率更低，而且采用的是單線制。
總線系統(tǒng)又稱作CAN-BUS，其實(shí)也是因?yàn)樗墓ぷ髟砼c運(yùn)行中的公共汽車很類似。其中每個(gè)站點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)控制單元，而行駛路線則是CAN總線，CAN總線上傳遞的是數(shù)據(jù)，而公共汽車上承載的是乘客。某個(gè)控制單元接收到負(fù)責(zé)向它發(fā)送數(shù)據(jù)的傳感器的信息后，經(jīng)過分析處理會(huì)采取相應(yīng)措施，并將此信息發(fā)送到總線系統(tǒng)上。這樣此信息會(huì)在總線系統(tǒng)上進(jìn)行傳遞，每個(gè)與總線系統(tǒng)連接的控制單元都會(huì)接收到此信息，如果此信息對(duì)自己有用則會(huì)存儲(chǔ)下來，如果對(duì)其無用，則會(huì)進(jìn)行忽略。
整個(gè)原理很類似于一個(gè)電話會(huì)議進(jìn)行的方式，一個(gè)電話用戶（控制單元）將數(shù)據(jù)“講”入網(wǎng)絡(luò)中，其他用戶通過網(wǎng)絡(luò)“接聽”這個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)感興趣的用戶則會(huì)利用，其他用戶則會(huì)選擇忽略。
『不同的總線系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)來進(jìn)行信息的交換與傳遞』
前面講到不同的總線系統(tǒng)會(huì)有不同的傳輸速率，這就給不同總線系統(tǒng)間的通訊造成了一定的麻煩。它就相當(dāng)于聯(lián)合國開大會(huì)，每個(gè)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(jìn)行信息的傳遞。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中很重要的一個(gè)控制單元就是“網(wǎng)關(guān)”，它同時(shí)連接多種不同的CAN數(shù)據(jù)總線，并在傳遞數(shù)據(jù)時(shí)起翻譯作用。
『網(wǎng)關(guān)在車載網(wǎng)絡(luò)中起到的“翻譯”作用』
在這里可以給大家舉一個(gè)例子，比如從屬于驅(qū)動(dòng)總線系統(tǒng)的室外溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度信號(hào)發(fā)送給儀表盤控制單元，然后儀表板控制單元會(huì)將此信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)總線系統(tǒng)上，該信號(hào)會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元采集到，同時(shí)會(huì)經(jīng)過網(wǎng)關(guān)的“翻譯”繼續(xù)傳遞到車身總線系統(tǒng)上。而從屬于車身總線系統(tǒng)上的自動(dòng)空調(diào)控制單元會(huì)收到此信號(hào)，并據(jù)此作出加大制冷量或者減小吹風(fēng)量等動(dòng)作，這樣的一個(gè)過程體現(xiàn)了整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的信息共享。
最后再來說說CAN總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
① 比傳統(tǒng)的布線方式的數(shù)據(jù)傳輸速度更高。
② 比傳統(tǒng)布線方式要節(jié)省線束，降低了車身重量，同時(shí)優(yōu)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(gè)發(fā)生故障，其它控制單元仍可發(fā)送各自的數(shù)據(jù)，互不影響。
④ CAN數(shù)據(jù)總線為雙線制，如果有一條發(fā)生故障，CAN系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)為單線運(yùn)行模式，提高了整車的穩(wěn)定性。
⑤ CAN系統(tǒng)的雙線在實(shí)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(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更豐富的車身功能。
CAN總線系統(tǒng)的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了車身線路的布局，這一點(diǎn)可以從發(fā)動(dòng)機(jī)艙簡(jiǎn)潔、整齊的布局得以體現(xiàn)。車身功能增加了，但是線束卻相應(yīng)的簡(jiǎn)化了，同時(shí)線束的簡(jiǎn)化也給維修帶來了更多的便利性。使用過程中，某個(gè)部件在發(fā)生故障的情況下，會(huì)自動(dòng)關(guān)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(tǒng)的穩(wěn)定性。這種將各個(gè)功能件連在一起構(gòu)成的完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)信息與數(shù)據(jù)的全車共享，使汽車在控制方面更加智能、精確。其實(shí)這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)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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