一、什麼是CAN?

 

控制器區域網路 (Controller Area Network, 簡稱 CAN 或 CAN-bus)是一種通訊協定,其特點是允許網路上的裝置直接互相通訊,網路上不需要主機(Host)控制通訊。

在汽車產業中,出於對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求,各種各樣的電子控制系統被開發了出來。由於這些系統之間通信所用的數據類型及對可靠性的要求不盡相同,由多條總線構成的情況很多,線束的數量也隨之增加。為適應「減少線束的數量」、「通過多個LAN,進行大量數據的高速通信」的需要,1986 年德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN 通訊協定。

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車身上各種控制單元的分佈圖

 

 

二、CAN的工作原理

 

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理,每個部門的經理接受來自自己部門員工的工作匯報,經過分析作出決策,並命令該部門的員工去執行。

車身上的這些控制單元並不是獨立工作的,它們作為一個整體,需要信息的共享,那麼這就存在一個信息傳遞的問題。

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比如發動機控制單元內的發動機轉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,然後自動變速器控制單元會據此來發出升檔和降檔的操作指令,那麼兩個控制單元之間又是如何進行通信的呢?

 

目前在車輛上應用的信息傳遞形式有兩種。

1.第一種是每項信息都通過各自獨立的數據線進行交換。比如兩個控制單元間有5種信息需要傳遞,那麼則需要5根獨立的數據線。也就是說信息的種類越多,數據線的數量和控制單元的針腳數也會相應增加。這些複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。

 

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每項信息都通過各自獨立的數據線進行交換

 

2.第二種方式是控制單元之間的所有信息都通過兩根數據線進行交換,這種數據線也叫CAN數據總線。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據線進行傳遞,這種方式充分的提高了整個系統的運行效率,可以大大減少汽車上電線的數量,同時也簡化了整車的布線。

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所有信息都通過兩根數據線進行交換

 

在瞭解到兩個控制單元是通過兩根數據線來進行信息交換的基礎上,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,從而實現多個控制單元間的信息共享。

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多個控制單元間的信息傳遞

 

某個控制單元接收到負責向它發送數據的傳感器的信息後,經過分析處理會採取相應措施,並將此信息發送到總線系統上。這樣此信息會在總線系統上進行傳遞,每個與總線系統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,則會進行忽略。

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它的工作原理與運行中的公共汽車很類似。其中每個站點相當於一個控制單元,而行駛路線則是CAN總線,CAN總線上傳遞的是數據,而公共汽車上承載的是乘客。

 

某個控制單元接收到負責向它發送數據的傳感器的信息後,經過分析處理會採取相應措施,並將此信息發送到總線系統上。這樣此信息會在總線系統上進行傳遞,每個與總線系統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,則會進行忽略。

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整個原理很類似於一個電話會議進行的方式,一個電話用戶(控制單元)將數據「講」入網絡中,其他用戶通過網絡「接聽」這個數據,對這個數據感興趣的用戶則會利用,其他用戶則會選擇忽略。

 

 

三、網關的作用

不同的總線系統會有不同的傳輸速率,這就給不同總線系統間的通訊造成了一定的麻煩。它就相當於聯合國開大會,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行信息的傳遞。車載網絡系統中很重要的一個控制單元就是「網關」,它同時連接多種不同的CAN數據總線,並在傳遞數據時起翻譯作用。

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舉一個例子,比如從屬於驅動總線系統的室外溫度傳感器將檢測到的溫度信號發送給儀表盤控制單元,然後儀表板控制單元會將此信號發送到驅動總線系統上,該信號會被發動機控制單元採集到,同時會經過網關的「翻譯」繼續傳遞到車身總線系統上。而從屬於車身總線系統上的自動空調控制單元會收到此信號,並據此作出加大製冷量或者減小吹風量等動作,這樣的一個過程體現了整個車載網絡的信息共享。

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