汽車智能設(shè)備增多，CAN網(wǎng)絡(luò)知多少？

何為智能硬件，就是包含智能控制單元的硬件。比如發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)上有一塊兒專門負(fù)責(zé)控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量、噴油量、排氣量的控制單元，這塊單元相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的大腦。它具有信號(hào)發(fā)送、信號(hào)接收、參數(shù)存儲(chǔ)等基本功能，這個(gè)控制單元就是 ECU。

ECU(Electronic ControlUnit）電子控制單元，是汽車專用微機(jī)控制器，一個(gè) ECU 一般負(fù)責(zé) 1 個(gè)或多個(gè)智能硬件設(shè)備。

隨著汽車的發(fā)展，車上的智能設(shè)備越來越多，也就是說車上的 ECU 也越來越多，如何用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)把這些智能設(shè)備的 ECU 全部連接起來并整體協(xié)調(diào)控制？

這就是 CAN 網(wǎng)絡(luò)。

CAN 網(wǎng)絡(luò)

CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)絡(luò)，CAN 網(wǎng)絡(luò)在早期的整車應(yīng)用中以 BCM(車身控制器)為控制中心，主要是車身零部件(雨刮 / 大燈 / 車窗…)，智能硬件較少，所以早期的正常 CAN 網(wǎng)絡(luò)把所有其他的 ECU 全部放在 Other ECU 里邊，如下圖。

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，以下是某條 CAN 總線的模型圖, 一條 CAN 總線上連著 4 個(gè) ECU 控制單元。

一般燃油車的 CAN 網(wǎng)絡(luò)可以分成如下 5 條 CAN 總線： 1. PT CAN (PowerTrain CAN ) 動(dòng)力總成 CAN 總線

PT CAN 總線上一般有以下 ECU：

PT CAN 負(fù)責(zé)車輛動(dòng)力，是整車 CAN 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)優(yōu)先級(jí)及信號(hào)傳輸速率最高的一條 CAN 總線。

2. CH CAN (Chassis CAN) 底盤控制 CAN 總線

CH CAN 總線上一般有以下 ECU：

CH CAN 負(fù)責(zé)汽車底盤及 4 個(gè)輪子的制動(dòng) / 穩(wěn)定 / 轉(zhuǎn)向，由于涉及整車制動(dòng) / 助力轉(zhuǎn)向等, 所以其網(wǎng)絡(luò)信號(hào)優(yōu)先級(jí)也是較高的。

3. Body CAN 車身控制總線

Body CAN 總線上一般有以下 ECU：

Body CAN 負(fù)責(zé)車身上的一些提高舒適性 / 安全性的智能硬件的管理與控制，其網(wǎng)絡(luò)信號(hào)優(yōu)先級(jí)較低, 因?yàn)橐陨显O(shè)備都是輔助設(shè)備。

4. Info CAN ( Infomercial CAN ) 娛樂系統(tǒng)總線

Info CAN 總線上一般有以下 ECU：

Info CAN 是輔助可選設(shè)備, 所以優(yōu)先級(jí)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。

5. DiagCAN ( Diagnose CAN ) 診斷控制總線

DiagCAN 總線主要提供遠(yuǎn)程診斷功能，只有一個(gè) ECU。

CAN 網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)成單元 ECU 節(jié)點(diǎn)，就是車上的智能硬件設(shè)備里 ECU 控制單元。比如 ABS（防抱死系統(tǒng)）這個(gè) ECU 是專門用于車輛制動(dòng)過程中防止車輪被抱死的一套智能設(shè)備。當(dāng)今汽車越豪華，ECU 就越多，智能控制硬件就越多，相對(duì)價(jià)格就越貴。一般的，一輛車普通的家用轎車都有 25 個(gè)左右 ECU。

如下圖，車上某個(gè)智能硬件上的 ECU（智能電子控制單元）：

由于車上 ECU 太多，每種 ECU 作用各不相同，信號(hào)傳輸速率(波特率)也不一致。為了更加方便管理這些 ECU，我們把以上各類 ECU 按其功能 / 波特率分別布置在 5 條 CAN 總線上。

CAN 網(wǎng)關(guān)

CAN 網(wǎng)關(guān)或叫汽車網(wǎng)關(guān)，因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)不僅處理 CAN 網(wǎng)絡(luò)，還處理 LIN 網(wǎng)絡(luò)。

CAN 網(wǎng)關(guān)的外形結(jié)構(gòu)：

實(shí)際 can 網(wǎng)關(guān)大概有六七十個(gè)接線 pin 腳，每個(gè)接線 pin 腳都有嚴(yán)格的定義，要匹配規(guī)定好的 can 總線或者開關(guān)設(shè)備，除了剛才涉及的 10 個(gè) can 線接線口(5 條雙絞線)、2 個(gè)電源線接線口，還應(yīng)包括：定速巡航設(shè)備的 8 個(gè)接線口、電源管理方面的 3 個(gè)接線口、鑰匙開關(guān)(或無鑰匙啟動(dòng)系統(tǒng))的 5 個(gè)接口、腳踏板的 3 個(gè)接線口、5 個(gè) LIN 接線 pin 腳、檔位開關(guān)的 4 個(gè)接線 pin 腳等等。

某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)備等也都有對(duì)應(yīng)的接線 pin 腳，且可能預(yù)留一些 PIN 腳以備用。

CAN 網(wǎng)關(guān)是整個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò)的核心，控制著整車 5 條 CAN 總線的各類信號(hào)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(shí)現(xiàn) CAN 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)中繼功能。

2. 診斷報(bào)文 / 非診斷報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。

3. 診斷防火墻管理。

4. 節(jié)點(diǎn)在線監(jiān)控。

5. 巡航控制器開關(guān)檢測(cè)。

6. 腳踏板位置檢測(cè)。

7. 網(wǎng)關(guān)休眠與喚醒管理。

8. ECU 升級(jí) / 網(wǎng)關(guān)升級(jí)。

9. 電壓管理。

CAN 網(wǎng)關(guān)可以接收任何 CAN 總線（還有 LIN 總線）傳來的不同傳輸速率網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，把這些信號(hào)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(gè)信號(hào)，則 ECU 將解析信號(hào)并做相應(yīng)的處理。

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

實(shí)例一、儀表顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào), 先從 PCAN 的 ECM(發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制模塊)節(jié)點(diǎn)發(fā)出，CAN 網(wǎng)關(guān)收到后，網(wǎng)關(guān)處理后廣播以 GW_ 開頭的 ECM 信號(hào)到其他 4 條 CAN 總線上去。

用 Vehicle Spy 3 CAN 工具查看可以看到以下的信號(hào)內(nèi)容：ECAN 上的儀表（IPK）節(jié)點(diǎn)訂閱了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，則會(huì)將這個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)解析，并顯示到儀表盤去；由于以上信號(hào)發(fā)送頻率太快，比如上圖的 9.94ms/ 次，則你就會(huì)看到儀表盤上的轉(zhuǎn)速指針一直在不停地偏動(dòng)。

簡(jiǎn)略發(fā)送圖如下：

實(shí)例二、安全帶未扣緊，儀表端報(bào)警

安全帶未扣緊需要兩個(gè)條件：

1. 車速大于 5

2. 安全帶扣未扣（即無電壓信號(hào)）

車速一般是 PCAN 上的 ECM(發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制模塊)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)信號(hào)管理的。安全帶扣這個(gè)設(shè)備是 BCAN 上的 BCM(負(fù)責(zé)天窗、車窗、安全帶扣、雨刮等車身零部件設(shè)備…) 節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)信號(hào)管理的。

即網(wǎng)關(guān)收到 PCAN 上的 ECM 節(jié)點(diǎn)發(fā)出來的車速信號(hào)，并收到了 BCAN 上的 BCM 發(fā)出來的安全帶扣電壓值為異常值(比如 0)，CAN 網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一處理后轉(zhuǎn)發(fā)并廣播以 GW_ 開頭的信號(hào)幀，ECAN 上的儀表(IPK)節(jié)點(diǎn)訂閱(接收)了 GW_ 開頭的相關(guān)安全帶未扣信號(hào)幀, 則會(huì)解析報(bào)警并顯示到儀表盤去。

如果安全帶扣一直未扣緊，則 CAN 網(wǎng)關(guān)將一直發(fā)送 GW_ 開頭的相關(guān)安全帶信號(hào)幀，其信號(hào)值是安全帶未扣緊，所以車主會(huì)聽到一直報(bào)警。

直到安全帶扣上，CAN 網(wǎng)關(guān)繼續(xù)發(fā)送安全帶相關(guān)的信號(hào)，只是這個(gè)時(shí)候的信號(hào)值是安全帶已扣緊，報(bào)警將立馬消失。

總結(jié)

以上只是兩個(gè)簡(jiǎn)易的案例，實(shí)際上，整車所有 ECU 基本是以毫秒級(jí)或者微妙級(jí)的速度在源源不斷的發(fā)送并接收信號(hào)，所以網(wǎng)關(guān)需要處理并轉(zhuǎn)發(fā)廣播的信號(hào)是非常多的且必須要很快處理完的。