浅谈电子网络技术在汽车通信中的应用

摘 要：随着电子技术、计算机技术、通讯技术的飞速发展，以数字现场总线为代表的现场仪表、设备大量应用，使得传统的现场控制技术及现场控制设备发生了巨大的变化。繁琐的现场连线被单一简洁的现场总线网络所代替，信号传输质量也大大提高，汽车也开始步入电子网络时代。

关键词：电子技术；汽车电子网络；CAN总线；传感器

中图分类号：U463．6 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2011）9-130-001

汽车电子网络技术是指解决汽车电路中出现的线路复杂和线束增加问题的技术。其通讯和共享能力成为新的电子与计算机在车上应用的一个基础，它是车上信息与控制系统的支撑。目前电子技术发展的方向向集中综合控制发展，现在汽车已装有上百个传感器，微处理器几十个，某些高端汽车上单台车使用的CPU个数已达到几十甚至百个。在汽车更加舒适的基础上，如何使汽车更加自动化、智能化、安全化，使得网络在汽车电子系统中的地位更加突出，通讯线将各种汽车电子装置连接成为一个网络，通过数据总线发送和接收信息。所以网络在汽车应用中不但增加了许多功能，而且还大大增加了可靠性。

一、CAN-BUS数据总线的组成与结构

CAN-BUS系统主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收发器、CAN-BUS数据传输线和CAN-BUS终端电阻。

1．CAN控制器，CAN收发器

CAN-BUS上的每个控制单元中均设有一个CAN控制器和一个CAN收发器。CAN控制器主要用来接收微处理器传来的信息，对这些信息进行处理并传给CAN收发器，同时CAN控制器也接收来自CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理，并传给控制单元的微处理器。

CAN收发器用来接收CAN控制器送来的数据，并将其发送到CAN数据传输总线上，同时CAN收发器也接收CAN数据总线上的数据，并将其传给CAN控制器。

2．数据总线终端电阻

CAN-BUS数据总线两端通过终端电阻连接，终端电阻可以防止数据在到达线路终端后像回声一样返回，并因此而干扰原始数据，从而保证了数据的正确传送，终端电阻装在控制单元内。

3．数据传输总线

数据传输总线大部分车型用的是两条双向数据线，分为高位[CAN-H]和低位[CAN-L]数据线。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，两条数据线缠绕在一起，要求至少每2.5cm就要扭绞一次，两条线上的电位是相反的，电压的和总等于常值。

二、汽车电子网络的应用分类

汽车电子网络按照应用加以划分，大致可以分为4个系统：车身系统、动力传动系统、安全系统、信息系统。

1．动力传动系统

在动力传动系统内，动力传动系统模块的位置比较集中，可固定在一处，利用网络将发动机舱内设置的模块连接起来。在将汽车的主要因素——跑、停止与拐弯这些功能用网络连接起来时，就需要高速网络。

动力CAN数据总线一般连接3块电脑，它们是发动机、ABS/EDL及自动变速器电脑（动力CAN数据总线实际可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电脑）。总线可以同时传递10组数据，发动机电脑5组、ABS/EDL电脑3组和自动变速器电脑2组。数据总线以500Kbit/s速率传递数据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一电控单元7~20ms发送一次数据。优先权顺序为ABS/EDL电控单元→发动机电控单元→自动变速器电控单元。

在动力传动系统中，数据传递应尽可能快速，以便及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器，高速发送器会加快点火系统间的数据传递，这样使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中去。CAN数据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。

2．车身系统

与动力传动系统相比，汽车上的各处都配置有车身系统的部件。因此，线束变长，容易受到干扰的影响。为了防干扰应尽量降低通信速度。

舒适CAN数据总线连接一般连接七个控制单元，包括中央控制单元、车前车后各一个受控单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据传递有七大功能：中控门锁、电动窗、照明开关、空调、组合仪表、后视境加热及自诊断功能。控制单元的各条传输线以星状形式汇聚一点。这样做的好处是：如果一个控制单元发生故障，其他控制单元仍可发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数量减少，线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路，对正极短路或线路间短路，CAN系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。

整个汽车车身系统电路主要有三大块：主控单元电路、受控单元电路、门控单元电路。

主控单元按收开关信号之后，先进行分析处理，然后通过CAN总线把控制指令发送给各受控端，各受控端响应后作出相应的动作。车前、车后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求执行，并把执行的结果反馈给主控端。门控单元不但通过CAN总接收主控端的指令，还接收车门上的开关信号输入。根据指令和开关信号，门控单元会做出相应动作，然后把执行结果发往主控单元。

三、CAN总线技术在汽车中应用的关键技术

利用CAN总线构建一个车内网络，需要解决的关键技术问题有：（1）总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题；（2）高电磁干扰环境下的可靠数据传输；（3）确定最大传输时的延时大小；（4）网络的容错技术；（5）网络的监控和故障诊断功能；（6）实时控制网络的时间特性；（7）安装与维护中的布线；（8）网络节点的增加与软硬件更新(可扩展性)。

四、结束语

汽车电子网络技术已经在汽车上得到广泛的应用，从而使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源，以达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统之目的，随着汽车电子技术的发展，具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和纠错能力的CAN总线通信协议必将在汽车电控系统中得到更广泛的应用。

参考文献：

[1] 李东江，张大成.汽车车载网络系统原理与检修，机械工业出版社.2005

[2]李刚炎，于翔鹏.CAN总线技术及其在汽车中的应用，中国科技论文在线