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(jiān)測車輛的狀態(tài)信息，并將此信息發(fā)送至相對應(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，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(jìn)行處理、分析，然后發(fā)出一個指令。比如發(fā)動機(jī)控制單元會接受來自進(jìn)氣壓力傳感器、發(fā)動機(jī)溫度傳感器、油門踏板位置傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等等的信息，在經(jīng)過分析和處理后會發(fā)送相應(yīng)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(jīng)理，每個部門的經(jīng)理接受來自自己部門員工的工作匯報，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(fā)動機(jī)控制單元內(nèi)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(jù)此來發(fā)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(jìn)行通信的呢？
『每項信息都通過各自獨立的數(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。第一種是每項信息都通過各自獨立的數(shù)據(jù)線進(jìn)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(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)也會相應(yīng)增加。這些復(fù)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(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系統(tǒng)的運行效率。我們常見的電腦鍵盤有104個按鍵，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(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(xiàn)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(qū)動系統(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)然對于中高級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、電動門窗、后視鏡、車內(nèi)照明燈等對數(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(fā)揮出轎車的速度優(yōu)勢，從而節(jié)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(xiàn)出它的速度優(yōu)勢，相反會產(chǎn)生更多的費用。
『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(dāng)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(shù)據(jù)，而公共汽車上承載的是乘客。某個控制單元接收到負(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。這樣此信息會在總線系統(tǒng)上進(jìn)行傳遞，每個與總線系統(tǒng)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(jìn)行忽略。
整個原理很類似于一個電話會議進(jìn)行的方式，一個電話用戶（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”這個數(shù)據(jù)，對這個數(shù)據(jù)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(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，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(jìn)行信息的傳遞。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中很重要的一個控制單元就是“網(wǎng)關(guān)”，它同時連接多種不同的CAN數(shù)據(jù)總線，并在傳遞數(shù)據(jù)時起翻譯作用。
『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例子，比如從屬于驅(qū)動總線系統(tǒng)的室外溫度傳感器將檢測到的溫度信號發(fā)送給儀表盤控制單元，然后儀表板控制單元會將此信號發(fā)送到驅(qū)動總線系統(tǒng)上，該信號會被發(fā)動機(jī)控制單元采集到，同時會經(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)上的自動空調(diào)控制單元會收到此信號，并據(jù)此作出加大制冷量或者減小吹風(fēng)量等動作，這樣的一個過程體現(xiàn)了整個車載網(wǎng)絡(luò)的信息共享。
最后再來說說CAN總線系統(tǒng)的優(yōu)點：
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)會轉(zhuǎn)為單線運行模式，提高了整車的穩(wěn)定性。
⑤ CAN系統(tǒng)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(tǒng)可以實現(xiàn)更豐富的車身功能。
CAN總線系統(tǒng)的應(yīng)用大大簡化了車身線路的布局，這一點可以從發(fā)動機(jī)艙簡潔、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(fā)生故障的情況下，會自動關(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。這種將各個功能件連在一起構(gòu)成的完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以實現(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。其實這項技術(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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