遠程油門控制器開關(guān);遠程油門控制器開關(guān)圖

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898）。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。

CAN網(wǎng)絡(luò)具有：傳輸速度高、成本低、可靠性高、集成度高、效率高、節(jié)點增減靈活等優(yōu)勢，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

一個標(biāo)準(zhǔn)的CAN網(wǎng)絡(luò)通常由ECU節(jié)點、CAN總線、CAN網(wǎng)關(guān)三部分組成。

ECU節(jié)點

ECU節(jié)點就是車上的智能硬件設(shè)備里的ECU控制單元。比如發(fā)動機ECU、懸架系統(tǒng)ECU、BMS、ABS等。汽車越豪華，ECU就越多。智能控制硬件越多，相對價格就越貴。一般的，一輛車普通的家用轎車都有20個以上的ECU。

下圖就是博世賽車運動發(fā)動機ECU（控制單元）。

帶有CAN接口的ECU設(shè)計是總線開發(fā)的核心與關(guān)鍵，其中ECU的CAN總線模塊主要由CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。

CAN收發(fā)器作為CAN控制器與物理總線之間的接口，它實現(xiàn)CAN控制器與總線之間邏輯電平與信號電平的轉(zhuǎn)換。即從CAN核心模塊輸出邏輯電平到CAN收發(fā)器，然后經(jīng)過CAN收發(fā)器內(nèi)部轉(zhuǎn)換將邏輯電平轉(zhuǎn)換為差分信號輸出到CAN總線上，CAN總線上的節(jié)點都可以決定自己是否需要總線上的數(shù)據(jù)。

CAN控制器執(zhí)行完整的CAN協(xié)議，完成通訊功能，包括信息緩沖和接收濾波。CAN控制器和收發(fā)器完成CAN物理層和邏輯電路層的所有功能。

CAN總線

CAN總線也叫CAN BUS，每條CAN總線一般都是由2根線組成的雙絞線構(gòu)成，一根CAN_high，一根CAN_low，分別代表高電平和低電平。各個節(jié)點通過這兩條線實現(xiàn)信號的串行差分傳輸，為了避免信號的反射和干擾，還需要在CAN_H和CAN_L之間接上120歐姆的終端電阻。為什么是120Ω，因為電纜的特性阻抗為120Ω，選用120Ω的電阻可以模擬無限遠的傳輸線。

CAN_high電壓為2.5~3.5V、CAN_low電壓為1.5~2.5V。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，兩條線的電平一樣都為2.5V，稱為靜電平，也就是隱性電平。

CAN_high與CAN_low的電壓差小于0.5V的時候為隱性的，邏輯信號表現(xiàn)為“邏輯1"（高電平）。

CAN_high與CAN_low的電壓差大于0.9V的時候為顯性的，邏輯信號表現(xiàn)為"邏輯0"（低電平）。

一般汽車的CAN網(wǎng)絡(luò)可以分成動力總成總線、底盤控制總線、車身控制總線、娛樂系統(tǒng)總線、診斷控制總線共計五條CAN總線。

動力總成CAN總線 (PowerTrain CAN P-CAN )，主要負(fù)責(zé)車輛動力，是整車CAN網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)先級、安全等級及信號傳輸速率最高的一條CAN總線，這條CAN總線上一般有以下ECU: ECM ( Engine Control Module ) 發(fā)動機控制模塊、SRS ( SupplementalRestraintSystem) 電子安全氣囊 、BMS ( Battery Management System ) 電池管理系統(tǒng) 、EPB Electronic Park Brake 電子駐車系統(tǒng)等。

底盤控制CAN總線（Chassis CAN C-CAN ），主要負(fù)責(zé)汽車底盤及4個輪子的制動、穩(wěn)定、轉(zhuǎn)向，由于涉及整車制動/助力轉(zhuǎn)向等, 所以其網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)先級也是比較高的。C-CAN總線上一般有以下ECU: ABS ( Antilock Brake System ) 防抱死制動系統(tǒng) 、ESP(Electronic Stability Program)車身電子穩(wěn)定系統(tǒng) 、EPS(Electric Power Steering)電子轉(zhuǎn)向助力等。

車身控制CAN總線（Body CAN B-CAN），上面主要都是輔助設(shè)備，因而其網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)先級比較低。B-CAN總線上一般有以下ECU:AC ( Air Condition ) 空調(diào) 、AVM(Around View Monitor) 360環(huán)視 、BCM(Body Control Module) 天窗, 車窗, 霧燈, 轉(zhuǎn)向燈, 雨刮等、IMMO(Immobilizer) 發(fā)動機防盜系統(tǒng) 、TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 胎壓監(jiān)控系統(tǒng)等。

娛樂系統(tǒng)CAN總線 （Infomercial CAN I-CAN），是輔助可選設(shè)備, 所以優(yōu)先級也是較低的，主要負(fù)責(zé)車身上的一些提高娛樂性的智能硬件的管理與控制。I-CAN 總線上一般有以下ECU: VAES( Video Audio Entertainment System) 車載娛樂系統(tǒng)(中控屏) 、IPK(Instrument Pack) 組合儀表。

診斷控制總線（Diagnose CAN D-CAN）：D-CAN總線主要提供遠程診斷功能，只有一個ECU: Tbox(Telematics BOX) 遠程控制模塊。

CAN網(wǎng)關(guān)

CAN網(wǎng)關(guān)或叫汽車網(wǎng)關(guān)，因為網(wǎng)關(guān)不僅處理CAN網(wǎng)絡(luò)，還要處理LIN網(wǎng)絡(luò)、車載以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的信號。

CAN網(wǎng)關(guān)通常有幾十個接線pin腳，有的網(wǎng)關(guān)甚至100多個接線pin腳。每個接線pin腳都有嚴(yán)格的定義，要匹配規(guī)定好的CAN總線、LIN總線、車載以太網(wǎng)、電源接口、開關(guān)設(shè)備、電源管理方面的接線口、鑰匙開關(guān)(或無鑰匙啟動系統(tǒng))的接口、油門、制動踏板的接線口、檔位開關(guān)的接線pin腳等等。

一些汽車廠商可能有更多新的硬件開關(guān)設(shè)備，電壓電阻開關(guān)設(shè)備、CAN網(wǎng)絡(luò)電阻匹配等也都有對應(yīng)的接線pin腳。為了做通用化，還會預(yù)留一些pin腳以備用。

CAN網(wǎng)關(guān)是整個CAN網(wǎng)絡(luò)的核心，控制著整車所有CAN總線的各類信號轉(zhuǎn)發(fā)與處理。基本功能包括:

①連接不同波特率(傳輸速度)的CAN總線/LIN總線，以實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)中繼功能。

②診斷報文/非診斷報文轉(zhuǎn)發(fā)。

③診斷防火墻的管理。

④節(jié)點在線監(jiān)控。

⑤巡航控制器開關(guān)檢測。

⑥腳踏板位置檢測。

⑦網(wǎng)關(guān)休眠與喚醒管理。

⑧ECU升級/網(wǎng)關(guān)升級。

⑨電壓管理。

CAN網(wǎng)關(guān)可以接收任何CAN總線（LIN總線）傳來的不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)信號，把這些信號按一定的標(biāo)準(zhǔn)處理后，廣播到整車網(wǎng)絡(luò)去，如果有ECU訂閱(接收)了這個信號, 則ECU將解析信號并做相應(yīng)的處理。

整車所有ECU基本是以毫秒級或者微妙級的速度在源源不斷的發(fā)送并接收信號，所以網(wǎng)關(guān)需要處理并轉(zhuǎn)發(fā)廣播的信號是非常多的，且必須要很快處理完。

常見CAN總線故障問題及解決方案

1.總線分支過多、過長的問題

當(dāng)總線支線過長，上升沿和下降沿產(chǎn)生臺階現(xiàn)象，當(dāng)臺階正好處于0.5V邏輯識別閾值附近時，容易導(dǎo)致位寬度失調(diào)，從而使接收節(jié)點接收錯誤。

1.1 使用標(biāo)準(zhǔn)的“手牽手”的接口與布線規(guī)則，讓分支長度最小，為了保證阻抗連續(xù)，收發(fā)器應(yīng)靠近接口擺放，以減少分支殘段的長度，收發(fā)器到接口距離控制在10cm以內(nèi)。

1.2 根據(jù)不同波特率，制定最長分支距離的規(guī)范。 ISO11898-1/2中對高速CAN的分支長

度規(guī)定值是1Mbps下最長0.3米。其他波特率的最長分支一般由應(yīng)用廠商自定義。原則是：

分支長度總和+主干長度<總線傳輸極限長度（注意極限長度一般要*0.7使用）；

分支總和一般不超過總長度的30%。

1.3 采用收發(fā)器前置、TTL分支的方法，徹底解決分支問題與節(jié)點擴展問題。

2 總線電容過大問題

CAN節(jié)點的電容會影響整個網(wǎng)絡(luò)的電容，電容越大邊沿越緩，導(dǎo)致位采樣錯誤。

CAN收發(fā)器為了實現(xiàn)CAN的仲裁與錯誤處理，只能采用單向驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致CAN波形的上升沿有驅(qū)動，而下降沿是通過整條總線與終端電阻放電產(chǎn)生的，所以總線的終端電阻的第一作用是“放電”。

2.1 減小終端電阻值，總線加快放電速度，以“犧牲幅值”的方法改善下降沿。注意，總并聯(lián)的終端電阻不得小于24歐，在線纜較細（導(dǎo)線衰減較大）時，總并聯(lián)電阻要適當(dāng)提高，才能保證差分幅值不小于0.9V的最低限度。

2.2 更換低電容、低直流電阻的導(dǎo)線。CAN的90%電容過大問題，都是導(dǎo)線引起的，所以控制導(dǎo)線的電容是最重要的，保證導(dǎo)線電容在40-70PF/m的范圍內(nèi)，為性價比比較高的方案。

2.3 使用CANBridge等中繼器，進行波形整形。

3 傳輸報文數(shù)據(jù)不夠用

因為每個CAN報文只有8字節(jié)，應(yīng)用時，很容易不夠用，所以要傳輸大于8字節(jié)，就要進行分包傳輸。CAN幀只有8字節(jié)，導(dǎo)致的煩擾有：

①傳輸大于8字節(jié)的內(nèi)容時，必須進行分包，導(dǎo)致每次發(fā)送8字節(jié)，都要重復(fù)發(fā)送ID、CRC、幀結(jié)尾等“無效”數(shù)據(jù)，浪費了總線帶寬，比如擴展幀進行滿負(fù)載傳輸時，有效數(shù)據(jù)負(fù)載不到帶寬的60%，遠不如RS485；

②CAN控制器與CPU之間的總線沒有校驗，導(dǎo)致出錯風(fēng)險，而每個CAN幀只有8字節(jié)，加上1個校驗字節(jié)，就只有7個字節(jié)有效負(fù)載，更加惡化了數(shù)據(jù)傳輸；

③分包傳輸時，容易被其他優(yōu)先級較高的報文插入，或者因為干擾等錯誤引起報文丟失或者延遲到達，導(dǎo)致接收節(jié)點的軟件判斷困難，增加了軟件復(fù)雜程度。

3.1 把CAN ID中的某些位當(dāng)做數(shù)據(jù)來用。如圖所示，擴展幀的ID中，可以擠出3個字節(jié)。

3.2 升級到CAN FD，支持最長64字節(jié)。

3.3 通過多路CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，實現(xiàn)高速CAN節(jié)點的大數(shù)量傳輸。

4 總線被干擾

4.1 保證每個節(jié)點都是電氣隔離的。可以有效減小地回流的干擾。

4.2 共CAN收發(fā)器的信號地，CAN使用三線制信號傳輸。可以有效抑制共模干擾。注意圖中屏蔽層為近距離外殼等電勢的情況下的接線方法。

4.3 屏蔽層單點接干凈的外殼，節(jié)點信號地阻容接自身外殼、屏蔽層分段屏蔽的方法。可以解決外殼電勢差導(dǎo)致的屏蔽層電流干擾問題。

4.4 加強線絞程度，提高抗干擾能力。通用線纜為33絞/米，強抗干擾要到45-55絞/米。還可以加磁環(huán)、共模電感。甚至要和強干擾線纜拉開0.5米以上。

4.5 增加信號保護器，提高抗浪涌群脈沖等EMC能力（注意，由于電容較大，一條總線最多增加2-3個保護器）。

4.6 增加CAN轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器。解決超強干擾（比如遠程激光與電磁脈沖發(fā)射裝置）與雷擊問題。

5 CAN總線系統(tǒng)產(chǎn)生故障的主要原因

　　5.1 汽車電源系統(tǒng)引起的故障：乘用車電控模塊的工作電壓為12V，實際值通常在10.5-15.0V之間，如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓異常，就會使得一些電控模塊可能出現(xiàn)短暫的工作異常，這會引起整個汽車CAN總線系統(tǒng)出現(xiàn)通信故障。

　　5.2 汽車CAN總線系統(tǒng)的鏈路故障：當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)通信線路出現(xiàn)、或線路物理性質(zhì)變化引起信號衰減或失真，都會導(dǎo)致一個或多個電控單元工作異常，進而使CAN總線系統(tǒng)無法工作。

　　5.3 汽車CAN總線系統(tǒng)單個節(jié)點的故障：節(jié)點是汽車CAN總線系統(tǒng)中的ECU控制單元，因此節(jié)點故障就是ECU控制單元的故障。它通常包括軟件故障和硬件故障，軟件故障即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使汽車CAN總線系統(tǒng)通信出現(xiàn)混亂或無法整車工作，這種故障一般會成批出現(xiàn)。硬件故障一般是ECU控制單元芯片、CAN控制器、CAN收發(fā)器或故障，造成汽車CAN總線系統(tǒng)無法正常工作。通常的處理措施是：將所有節(jié)點都拔掉，一個一個往上接。接到系統(tǒng)出錯時，即找到最后一個插入節(jié)點為故障節(jié)點。