如何搭建可靠的汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)？
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2020-07-06
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一、摘要
現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，在汽車(chē)中使用的CAN總線均屬于現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線使得自控系統(tǒng)與設(shè)備都具備通訊能力，使汽車(chē)中各設(shè)備之間組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中CAN隸屬于汽車(chē)C類總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于汽車(chē)安全相關(guān)及實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，如動(dòng)力系統(tǒng)，空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)，本文將從CAN總線在汽車(chē)上的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，給出可靠的汽車(chē)CAN總線解決方案。
二、汽車(chē)總線系統(tǒng)架構(gòu)
市場(chǎng)調(diào)查表明，現(xiàn)如今大部分乘用車(chē)都選用基于CAN的網(wǎng)絡(luò)，已占據(jù)整個(gè)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的63%以上。目前汽車(chē)上各種基于CAN的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接在一起，在未來(lái)，汽車(chē)的儀表盤(pán)將會(huì)是一個(gè)局部CAN網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也兼顧網(wǎng)關(guān)的功能。
圖1 基于CAN的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)
高速CAN網(wǎng)絡(luò)主要用于動(dòng)力系統(tǒng)的通信，其傳輸速率在125kb/s到1Mb/s之間，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊可以使用滿足ISO11898-1，ISO11898-2的CAN模塊收發(fā)器。同時(shí)，汽車(chē)制造商還會(huì)利用CAN的多路系統(tǒng)連接車(chē)身電子控制單元來(lái)構(gòu)建車(chē)身網(wǎng)絡(luò)的低速子網(wǎng)，其速率一般小于125kb/s。
三、物理鏈路設(shè)計(jì)
CAN總線的物理連接如圖所示，總線兩端均串聯(lián)一個(gè)負(fù)載電阻RL，這個(gè)電阻用來(lái)抑制信號(hào)反射，作為系統(tǒng)終端來(lái)使用。
圖2 CAN總線的物理連接
物理鏈路的設(shè)計(jì)往往決定傳輸信號(hào)的質(zhì)量，誤碼，標(biāo)準(zhǔn)化的電氣特性可以減少這些問(wèn)題的出現(xiàn)，物理介質(zhì)/連接器設(shè)計(jì)推薦如下表：
四、收發(fā)器可靠性設(shè)計(jì)
媒體相關(guān)接口（CAN收發(fā)器）是協(xié)議控制器與物理傳輸線路之間的接口，直接連接傳輸總線側(cè)與控制器側(cè)，承擔(dān)總線側(cè)惡劣的環(huán)境/干擾，保護(hù)控制側(cè)正常運(yùn)作，收發(fā)器的可靠性設(shè)計(jì)就變得尤為重要。收發(fā)器的高總線系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
五、收發(fā)模塊EMC解決方案
應(yīng)用于汽車(chē)上的零部件EMC標(biāo)準(zhǔn)為CISPR25，而CISPR25規(guī)定的EMI性能比工業(yè)級(jí)CISPR32規(guī)定的要求嚴(yán)格很多，這導(dǎo)致汽車(chē)產(chǎn)品的EMI問(wèn)題都很難解決，最終導(dǎo)致開(kāi)發(fā)項(xiàng)目周期延長(zhǎng)，那么如何優(yōu)化整體系統(tǒng)EMI性能呢？
● 對(duì)易干擾/受擾器件進(jìn)行屏蔽及保護(hù)。在整個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)內(nèi)提供一個(gè)參考地平面，將所有屏蔽外殼與保護(hù)外圍接至地平面，能有效的抑制EMI干擾。
● 保護(hù)信號(hào)，CAN信號(hào)電纜走線要求遠(yuǎn)離其他強(qiáng)干擾源，如電源模塊等，同時(shí)使用屏蔽雙絞線。
● 設(shè)計(jì)外圍的原則是提供低阻抗的回路。如圖，無(wú)論是優(yōu)化EMI還是保護(hù)內(nèi)部的EMS性能，選擇合適大小的濾波電容，對(duì)應(yīng)在特定的頻率點(diǎn)有最低的交流阻抗，減小高頻回路，是優(yōu)化EMI的根本措施。
● 汽車(chē)系統(tǒng)內(nèi)部走線精簡(jiǎn)，環(huán)路減小，避免直角走線。
六、典型應(yīng)用電源解決方案
汽車(chē)車(chē)門(mén)控制單元的電源解決方案示意圖：
七、小結(jié)
目前，所有的制造商都在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化控制上投入大量的資源，廠商及消費(fèi)者也從汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化的廣泛應(yīng)用中獲取實(shí)際的利益。不過(guò)，汽車(chē)各零部件要有優(yōu)秀的可靠性及EMC性能，才能源源不斷的產(chǎn)生利益。金升陽(yáng)具備多種可靠性試驗(yàn)室，將持續(xù)為汽車(chē)行業(yè)提供汽車(chē)零部件及汽車(chē)電源/收發(fā)器解決方案，簡(jiǎn)化客戶的汽車(chē)開(kāi)發(fā)/測(cè)試周期，綜合提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。
