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摘 要：控制器局域网（CAN） 是目前国际上应用最广泛的现场总线之一，广泛地应用于汽车电子系统。近年来，越来越多的国产重型汽车也采用CAN 总线技术。包头北奔重型卡车V3系列高档中重型汽车电气系统启用的电子车身控制器（CBCU）和CAN总线仪表（CMIC），是该公司自主研发的具有自身特色、融合前沿科技的先进产品。它提升了整车电气系统的性能、自动化控制水平及在市场上的竞争能力。本文着重介绍了该公司车载控制器局域网（CAN）的工作原理、系统结构及优势。
关键词：控制器局域网（CAN）技术；北奔重卡；工作原理
1.前言
随着重车工业的快速发展和竞争日趋激烈，整车智能化的提高成为汽车业界的一个主流趋势。整车智能化的实现，要求在相同的车身空间中实现成倍的控制功能，为此增加车用智能化电子部件与电子控制单元成为各个汽车制造商优先选择的突破口。
由于重型汽车各种功能的增加，需要不断增加电气元件来完成各种控制逻辑，因而电气元件也会相对庞杂。同时电子控制单元的大量引入，要求大批数据信息能在不同的子系统中共享，大量控制信号也需要实时交换，这使得传统的点对点的布线方式碰到了无法逾越的难题。一方面车上导线数量急剧增加，不仅占用了有限的空间，还使得配线的设计与整车装配更为繁琐；另一方面传统线束及其控制模式普遍存在信号传输滞后现象，已远远不能满足控制信号的实时交换。而每个控制单元对实时性的要求将会因为数据的更新速率和控制周期不同而不同，这就要求其数据交换网模式必须是基于优先权竞争的模式，并且它本身应有较高的通信速率。具有国际标准的CAN总线完全能够满足这些要求，因此将控制器局域网（CAN） 技术引入重型汽车已势在必行。
目前，包头北奔重型汽车公司生产的V3系列高档中重型汽车，是联合欧洲研发机构，历经三年时间共同打造的具有纯正欧洲血统的重卡至尊。部分车型电气系统启用了电子车身控制器（CBCU）和CAN总线仪表（CMIC），成功采用了CAN-BUS总线技术，开发了具有自身特色、融合前沿科技的先进产品，以提升整车电气系统的自动化控制水平以及在市场上的竞争能力。
2. CAN总线系统工作原理
2.1控制器局域网络
控制器局域网络（Controller Area Network 简称CAN）是一种应用于现场、在众多控制单元与测试仪器之间传输信息的双线串行数据通讯系统，能有效支持分布式控制和实时控制，现已成为ISO国际标准化的串行通信协议〔3〕。图1（a、b）分别为连接相同节点的传统点对点通讯方式和使用CAN总线的通讯方式，从图中可以非常直观地比较出两种控制方式下线束的变化情况。
CAN-BUS即CAN总线技术，是目前国际上应用最有前途的开放式现场总线之一。它是一种多主站竞争式总线结构，多个控制模块通过CAN接口挂到总线上。网络上任意一个节点均可在任意时刻主动地向网络其他节点发送信息，因此各节点之间可实现自由通信〔1〕。CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，采用非破坏性总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可优先获得总线使用权继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。CAN只需通过帧滤波即可实现传送接受数据，无需专门的“调度”。 CAN采用NRZ编码，直接通信距离最远可达10km（速率5kbps），通信速率最高可达1Mbps。
2.2 CAN总线系统的通讯介质
CAN总线的通讯介质可以采用双绞线、同轴电缆和光导纤维等〔1〕。我公司CAN总线通讯介质采用的是双绞线（如图2所示），通常将两根绝缘线按规则螺旋结构排列在一起，分为CAN-High与CAN-Low两种。
2.3 CAN总线系统的两种逻辑状态
CAN 控制器采用双线差分信号，即根据两条线的电位差判断其总线的电平。总线的电平分显性电平与隐性电平两种（图3所示）。当逻辑1 被写进总线里时，被定义为隐性位。当逻辑0 被写进总线里，被定义为显性位。但是如果显性位和隐性位都被不同的节点同时写进总线里，总线显示显性位，显性位覆盖了隐性位。发信节点通过改变该总线的电平，即可将信息发送到接收节点。
3. CAN总线系统结构
3.1 CAN总线系统结构
北奔重型汽车CAN总线系统结构（如图4所示）。采用两套独立的CAN-BUS总线：一套是动力CAN（P-CAN）总线，属于高速的动力驱动系统，主要连接对象包括发动机ECU、ABSECU、变速箱控制单元三个节点〔2〕；另一套是信息CAN（I-CAN）总线，属于低速的CAN总线，用于组合仪表及车身舒适系统，连接对象有主驾驶室门控单元、副驾驶室门控单元、行驶记录仪等节点，实现电动门窗升降、后视镜加热、中控锁、照明开关等功能。
3.2 CAN总线系统数据收发
CAN总线数据传输系统中，挂接到总线上的每个模块的内部都有一个CAN控制器和一个CAN收发器，外部均连接两条CAN数据总线。CAN控制器的作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，对数据进行处理后传给CAN收发器。同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，并将数据进行处理后传给微处理器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器〔1〕。CBCU通过CAN总线接收、处理、发送数据，通过遍布车身的传感器，汽车的各种数据会被发送到“总线”上，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息。CAN总线的传输数据非常快，这样可以有效保证数据的实效性和准确性。通过控制器区域网络，使汽车的各个系统协调运作，信息共享，保证车辆行驶更安全、舒适和可靠。
4. CAN总线应用优势 北奔重型汽车车载控制器局域网，采用了CAN-BUS总线技术，具有众多不同于传统车型的独特优势：
4.1 CAN总线使车电电路系统进一步得到优化。由于采用总线拓扑结构，CAN总线仪表无需挂接液位、温度、车门等信号，就能从总线上获取上述信息〔3〕。仅与仪表连接的线束就由传统车型的90多根减少到5根，大大减少了线束的数量和线束的容积，因而电路简化，布线容易。故障检测时更简单，更明了，提高了电子系统的可靠性、可维护性。
4.2 采用先进的CAN总线仪表（CMIC）（如图5所示），可以实现复杂的显示功能，使人机信息交流界面扩大化、透明化。司机或维修人员通过液晶显示屏可了解大量的系统信息：基础保障信息（油位、空滤器堵塞等）、系统运行性息（转速、车速等）、系统故障信息（发动机故障、制动系统故障等），从而监控各大系统的运行状况。
4.3车载电子控制器（CBCU）只有一种型号，但可以适用于全部的车型，其主要是通过给控制器注入不同的程序来实现。每个新的CBCU内部没有安装任何程序，根据生产需要将相应的程序先注入到CBCU内，写入VIN码后再安装到车身。一些后续设置信息如：传动比、车架号等参数也要在车辆下线之前写入CBCU内。程序的安装和参数的写入都是通过CBCU的“K线” 端口实现。所以系统设计灵活，可编程的控制逻辑能实现各种功能，还可根据新的需求进行系统升级。
4.4控制单元对所传输的信息进行实时检测，检测到故障后存储故障码，由CBCU通过总线传递给CMIC并显示于液晶屏上，便于指导工作人员快速准确地找到故障位置，及时进行维修。过载或短路时会自动切断输出，保护电路，防止火灾。
4.5采用CAN-BUS总线技术，能够使不同厂家生产的电控单元及传感器之间进行数据传输，达到数据共享的目的。
4.6系统具有柔软性，总线具有一定的可扩充性。当在总线上增加单元时，只需在总线的某点将其接入，连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变。
5.结束语
综上所述，CAN网络是一种性能优异的现场网络，在车电模块化、操作智能化、性能全面化领域中将有广阔的发展、应用空间。此项技术在中重型卡车中的应用，不但可在整车范围内组建一个功能完善，效率高效的控制器局域网，从而提升整车电气系统的整体性能，使设计、装配更合理，运行、检测更可靠，故障、维护更直观便捷，进而提高整车自动化控制水平，使整车价值得到质的提升。此项技术的提出与应用，重新定义了国产高端重型卡车新标准，缩短了与国际高端重型卡车的差距，并将改写中国重型卡车竞争新格局，引领中国重型卡车变革新潮流。
参考文献：
[1] 麻友良 等.汽车电器与电子控制系统[M].北京：机械工业出版社，2006（2）：497-502.
[2] 李振宇. 车载控制器局域网（CAN）技术[J].交通科技与经济，2006.5（37）：76-77.
[3] 龚进峰，曹 健.控制器局域网在汽车中的应用及自主研发策略[J].世界汽车，2003.5：65-68.
作者简介：
赵珺（1971-），女，内蒙古包头人，本科，工程师，现主要从事车身电气技术及内饰装配工艺技术等工作。
关键词：控制器局域网（CAN）技术；北奔重卡；工作原理
1.前言
随着重车工业的快速发展和竞争日趋激烈，整车智能化的提高成为汽车业界的一个主流趋势。整车智能化的实现，要求在相同的车身空间中实现成倍的控制功能，为此增加车用智能化电子部件与电子控制单元成为各个汽车制造商优先选择的突破口。
由于重型汽车各种功能的增加，需要不断增加电气元件来完成各种控制逻辑，因而电气元件也会相对庞杂。同时电子控制单元的大量引入，要求大批数据信息能在不同的子系统中共享，大量控制信号也需要实时交换，这使得传统的点对点的布线方式碰到了无法逾越的难题。一方面车上导线数量急剧增加，不仅占用了有限的空间，还使得配线的设计与整车装配更为繁琐；另一方面传统线束及其控制模式普遍存在信号传输滞后现象，已远远不能满足控制信号的实时交换。而每个控制单元对实时性的要求将会因为数据的更新速率和控制周期不同而不同，这就要求其数据交换网模式必须是基于优先权竞争的模式，并且它本身应有较高的通信速率。具有国际标准的CAN总线完全能够满足这些要求，因此将控制器局域网（CAN） 技术引入重型汽车已势在必行。
目前，包头北奔重型汽车公司生产的V3系列高档中重型汽车，是联合欧洲研发机构，历经三年时间共同打造的具有纯正欧洲血统的重卡至尊。部分车型电气系统启用了电子车身控制器（CBCU）和CAN总线仪表（CMIC），成功采用了CAN-BUS总线技术，开发了具有自身特色、融合前沿科技的先进产品，以提升整车电气系统的自动化控制水平以及在市场上的竞争能力。
2. CAN总线系统工作原理
2.1控制器局域网络
控制器局域网络（Controller Area Network 简称CAN）是一种应用于现场、在众多控制单元与测试仪器之间传输信息的双线串行数据通讯系统，能有效支持分布式控制和实时控制，现已成为ISO国际标准化的串行通信协议〔3〕。图1（a、b）分别为连接相同节点的传统点对点通讯方式和使用CAN总线的通讯方式，从图中可以非常直观地比较出两种控制方式下线束的变化情况。
CAN-BUS即CAN总线技术，是目前国际上应用最有前途的开放式现场总线之一。它是一种多主站竞争式总线结构，多个控制模块通过CAN接口挂到总线上。网络上任意一个节点均可在任意时刻主动地向网络其他节点发送信息，因此各节点之间可实现自由通信〔1〕。CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，采用非破坏性总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可优先获得总线使用权继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。CAN只需通过帧滤波即可实现传送接受数据，无需专门的“调度”。 CAN采用NRZ编码，直接通信距离最远可达10km（速率5kbps），通信速率最高可达1Mbps。
2.2 CAN总线系统的通讯介质
CAN总线的通讯介质可以采用双绞线、同轴电缆和光导纤维等〔1〕。我公司CAN总线通讯介质采用的是双绞线（如图2所示），通常将两根绝缘线按规则螺旋结构排列在一起，分为CAN-High与CAN-Low两种。
2.3 CAN总线系统的两种逻辑状态
CAN 控制器采用双线差分信号，即根据两条线的电位差判断其总线的电平。总线的电平分显性电平与隐性电平两种（图3所示）。当逻辑1 被写进总线里时，被定义为隐性位。当逻辑0 被写进总线里，被定义为显性位。但是如果显性位和隐性位都被不同的节点同时写进总线里，总线显示显性位，显性位覆盖了隐性位。发信节点通过改变该总线的电平，即可将信息发送到接收节点。
3. CAN总线系统结构
3.1 CAN总线系统结构
北奔重型汽车CAN总线系统结构（如图4所示）。采用两套独立的CAN-BUS总线：一套是动力CAN（P-CAN）总线，属于高速的动力驱动系统，主要连接对象包括发动机ECU、ABSECU、变速箱控制单元三个节点〔2〕；另一套是信息CAN（I-CAN）总线，属于低速的CAN总线，用于组合仪表及车身舒适系统，连接对象有主驾驶室门控单元、副驾驶室门控单元、行驶记录仪等节点，实现电动门窗升降、后视镜加热、中控锁、照明开关等功能。
3.2 CAN总线系统数据收发
CAN总线数据传输系统中，挂接到总线上的每个模块的内部都有一个CAN控制器和一个CAN收发器，外部均连接两条CAN数据总线。CAN控制器的作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，对数据进行处理后传给CAN收发器。同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，并将数据进行处理后传给微处理器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器〔1〕。CBCU通过CAN总线接收、处理、发送数据，通过遍布车身的传感器，汽车的各种数据会被发送到“总线”上，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息。CAN总线的传输数据非常快，这样可以有效保证数据的实效性和准确性。通过控制器区域网络，使汽车的各个系统协调运作，信息共享，保证车辆行驶更安全、舒适和可靠。
4. CAN总线应用优势 北奔重型汽车车载控制器局域网，采用了CAN-BUS总线技术，具有众多不同于传统车型的独特优势：
4.1 CAN总线使车电电路系统进一步得到优化。由于采用总线拓扑结构，CAN总线仪表无需挂接液位、温度、车门等信号，就能从总线上获取上述信息〔3〕。仅与仪表连接的线束就由传统车型的90多根减少到5根，大大减少了线束的数量和线束的容积，因而电路简化，布线容易。故障检测时更简单，更明了，提高了电子系统的可靠性、可维护性。
4.2 采用先进的CAN总线仪表（CMIC）（如图5所示），可以实现复杂的显示功能，使人机信息交流界面扩大化、透明化。司机或维修人员通过液晶显示屏可了解大量的系统信息：基础保障信息（油位、空滤器堵塞等）、系统运行性息（转速、车速等）、系统故障信息（发动机故障、制动系统故障等），从而监控各大系统的运行状况。
4.3车载电子控制器（CBCU）只有一种型号，但可以适用于全部的车型，其主要是通过给控制器注入不同的程序来实现。每个新的CBCU内部没有安装任何程序，根据生产需要将相应的程序先注入到CBCU内，写入VIN码后再安装到车身。一些后续设置信息如：传动比、车架号等参数也要在车辆下线之前写入CBCU内。程序的安装和参数的写入都是通过CBCU的“K线” 端口实现。所以系统设计灵活，可编程的控制逻辑能实现各种功能，还可根据新的需求进行系统升级。
4.4控制单元对所传输的信息进行实时检测，检测到故障后存储故障码，由CBCU通过总线传递给CMIC并显示于液晶屏上，便于指导工作人员快速准确地找到故障位置，及时进行维修。过载或短路时会自动切断输出，保护电路，防止火灾。
4.5采用CAN-BUS总线技术，能够使不同厂家生产的电控单元及传感器之间进行数据传输，达到数据共享的目的。
4.6系统具有柔软性，总线具有一定的可扩充性。当在总线上增加单元时，只需在总线的某点将其接入，连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变。
5.结束语
综上所述，CAN网络是一种性能优异的现场网络，在车电模块化、操作智能化、性能全面化领域中将有广阔的发展、应用空间。此项技术在中重型卡车中的应用，不但可在整车范围内组建一个功能完善，效率高效的控制器局域网，从而提升整车电气系统的整体性能，使设计、装配更合理，运行、检测更可靠，故障、维护更直观便捷，进而提高整车自动化控制水平，使整车价值得到质的提升。此项技术的提出与应用，重新定义了国产高端重型卡车新标准，缩短了与国际高端重型卡车的差距，并将改写中国重型卡车竞争新格局，引领中国重型卡车变革新潮流。
参考文献：
[1] 麻友良 等.汽车电器与电子控制系统[M].北京：机械工业出版社，2006（2）：497-502.
[2] 李振宇. 车载控制器局域网（CAN）技术[J].交通科技与经济，2006.5（37）：76-77.
[3] 龚进峰，曹 健.控制器局域网在汽车中的应用及自主研发策略[J].世界汽车，2003.5：65-68.
作者简介：
赵珺（1971-），女，内蒙古包头人，本科，工程师，现主要从事车身电气技术及内饰装配工艺技术等工作。