汽车电子产业迎接CAN总线技术应用时代

    “汽车电子业最大的热点就是网络化。”一位业内人士如此描述汽车网络的应用前景。而控制器局域网(CAN)拥有的多主节点、开放式架构,以及错误检测及自恢复能力等优势,成为汽车网络应用的热门。从以下一组数字中也印证了这一趋势,02年数据,全球市场上大约有一亿只CAN收发器,平均一辆车上有12个到15个低速CAN收发器,4到5个高速CAN收发器。
    
    一些汽车专家认为,就像在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样,近10年来数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。
    
适应实时诊断与安全性需求

 
CAN总线成必备装置

    CAN总线网络技术的应用可以说是躬逢其盛。德尔福电子与安全部中国工程经理许向东指出,随着排放法规的驱动以其在线诊断的需要,通过CAN总线将各系统中的诊断总线连接在一起,通过ECU软件来实时诊断与维修。

    并且,随着安全性能日益受到重视,安全气囊也将逐渐增多,以前是在驾驶员前面安装一个,今后侧面与后座都会安装安全气囊,这些气囊通过传感器感受碰撞信号,通过CAN总线将传感器信号传送到一个中央处理器内,控制各安全气囊的启动弹出动作。同时,先进的防盗设计也正基于CAN总线网络技术。首先,确认钥匙合法性的校验信息通过CAN网络进行传递,改进了加密算法,其校验的信息比以往的防盗系统更丰富;其次,车钥匙、防盗控制器和发动机控制器相互储存对方信息,而且在校验码中搀杂随机码,无法进行破译,从而提高防盗系统的安全性。而这些功能的实现无一不借助CAN总线来完成,CAN总线成为汽车智能化控制的“定海神针”。

    在现代轿车的设计中,CAN已经成为必须采用的装置。奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺等汽车都采用了CAN作为控制器联网的手段。据报道,中国首辆CAN网络系统混合动力轿车已在奇瑞公司试装成功, 并进行了初步试运行。在上海大众的帕萨特和POLO汽车上也开始引入了CAN总线技术。但总的来说,目前CAN总线技术在我国汽车工业中的应用尚处于试验和起步阶段,绝大部分的汽车还没有采用汽车总线设计。国内在技术、设计和应用上进行网络总线的“深造”势在必行。
    
高速与低速CAN各擅所长

CAN加LIN适宜低成本需求 
    
    CAN分为高速和低速CAN总线,低速CAN的总线速度为10Kb-125 Kb/s,高速为250Kb-1Mb/s。许向东介绍,德尔福开发的CAN总线系统是将发动机控制与变速箱连接在一起,因为汽车在换档时需要发动机变换扭矩,以保持汽车行驶的平稳性。高速CAN应用在发动机、变速箱、ABS等实时性要求强的控制模块,低速CAN主要是运用在车身控制模块领域。

    然而,对于许多基本的汽车应用而言,由于CAN总线的实现成本 较高,并非都需要用CAN节点来实现连接。飞思卡尔汽车电子市场部经理康晓敦说,CAN总线的实现成本较高,做一个节点,MCU需要带CAN 数字接口,至少20多元,加上CAN收发器七八元,因此一个CAN节点芯片需要30多元左右。随着节点数的增加,这部分成本会增加许多,而 LIN(局部互联网络)对MCU要求的资源很少,普通的串行口就可以做, 一般LIN子节点所用的MCU只需要几元。并且,LIN总线正是针对相对简单的应用而设计的。因此在CAN/LIN网络中,CAN节点可连接发动机、变速箱、仪表盘等,LIN节点来连接门窗、后视镜、车灯等。这是综合汽车成本、性能方面的权衡之举。

    中科院电工研究所唐晓泉博士也提到,在竞争激烈的汽车市场, 成本因素是汽车厂商考虑的因素,如单做车灯控制,就设计一个CAN 网络,这样不是很经济。但如果从整体出发,做车身控制CAN网络的系统设计,那么相应的成本不会增加多少,但却提升了智能化控制水平。这也需要整车厂商与汽车电子厂商共同协作。 
    
    应用层标准将出“国标”

 
    三网合一时代已露端倪 
    
    CAN总线是一个三层网络,包括物理层、数据链路层及应用层。物理层和数据链路层的规范直到90年代初才逐步标准化。TI汽车电子市场代表、DL国际有限公司产品经理庞川博士介绍,在CAN应用层方面,针对不同的应用场合,出现了一些著名的协议,如针对卡车和载重汽车应用提出的J1939等。据中国汽车技术研究中心龚进峰博士介绍,他们也正着手制订中国汽车CAN网络应用层的标准,主要是通讯协议编码方面。这也将进一步促进国内CAN网络技术的应用。

    康晓敦提到,CAN网络的上游是向传输速率更高的FlexRay协 议发展,下游是向LIN协议发展。FlexRay的速率高、更加安全可靠,但实现成本目前还较高,其接口和收发器方面要求均较高,精度 和复杂性更高。因此,未来几年内CAN总线仍占据汽车网络技术的主导。

 
    同时,为适应未来汽车多媒体娱乐系统发展的需要,未来DVD、 导航仪、汽车音响将通过数据总线集成在一起,以传输移动图像,这也就需要传输速率更高、更快的网络总线。康晓敦指出,目前市场上已开发出一种MOST标准网络,做音视频娱乐通信,它是基于光纤的通信协议,传输速率可达20多兆,在一些顶级车上已有应用。目前做MOST总线很复杂,MOST网关需用支持多媒体的32位MCU实现,并需要大量的16位单片机做每个子系统的控制,它的应用还需汽车厂商、汽车电子厂商的共同推动。