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如何搭建可靠的汽车CAN网络?

        

一、摘要

        现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,在汽车中使用的CAN总线均属于现场总线。现场总线使得自控系统与设备都具备通讯能力,使汽车中各设备之间组成一个网络系统。其中CAN隶属于汽车C类总线标准,主要用于汽车安全相关及实时性要求较高的场合,如动力系统,空调压缩机系统,本文将从CAN总线在汽车上的应用与设计,给出可靠的汽车CAN总线解决方案。


二、汽车总线系统架构

        市场调查表明,现如今大部分乘用车都选用基于CAN的网络,已占据整个汽车网络协议的63%以上。目前汽车上各种基于CAN的网络通过网关连接在一起,在未来,汽车的仪表盘将会是一个局部CAN网络,同时也兼顾网关的功能。

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图1 基于CAN的汽车网络


        高速CAN网络主要用于动力系统的通信,其传输速率在125kb/s到1Mb/s之间,实现网络通讯可以使用满足ISO11898-1,ISO11898-2的CAN模块收发器。同时,汽车制造商还会利用CAN的多路系统连接车身电子控制单元来构建车身网络的低速子网,其速率一般小于125kb/s。


三、物理链路设计

        CAN总线的物理连接如图所示,总线两端均串联一个负载电阻RL,这个电阻用来抑制信号反射,作为系统终端来使用。


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图2 CAN总线的物理连接


        物理链路的设计往往决定传输信号的质量,误码,标准化的电气特性可以减少这些问题的出现,物理介质/连接器设计推荐如下表:

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四、收发器可靠性设计

        媒体相关接口(CAN收发器)是协议控制器与物理传输线路之间的接口,直接连接传输总线侧与控制器侧,承担总线侧恶劣的环境/干扰,保护控制侧正常运作,收发器的可靠性设计就变得尤为重要。收发器的高总线系统可靠性设计主要体现在以下几点:


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五、收发模块EMC解决方案

        应用于汽车上的零部件EMC标准为CISPR25,而CISPR25规定的EMI性能比工业级CISPR32规定的要求严格很多,这导致汽车产品的EMI问题都很难解决,最终导致开发项目周期延长,那么如何优化整体系统EMI性能呢?

● 对易干扰/受扰器件进行屏蔽及保护。在整个汽车系统内提供一个参考地平面,将所有屏蔽外壳与保护外围接至地平面,能有效的抑制EMI干扰。

● 保护信号,CAN信号电缆走线要求远离其他强干扰源,如电源模块等,同时使用屏蔽双绞线。

● 设计外围的原则是提供低阻抗的回路。如图,无论是优化EMI还是保护内部的EMS性能,选择合适大小的滤波电容,对应在特定的频率点有最低的交流阻抗,减小高频回路,是优化EMI的根本措施。


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● 汽车系统内部走线精简,环路减小,避免直角走线。


六、典型应用电源解决方案

        汽车车门控制单元的电源解决方案示意图:

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七、小结

        目前,所有的制造商都在汽车网络化控制上投入大量的资源,厂商及消费者也从汽车网络化的广泛应用中获取实际的利益。不过,汽车各零部件要有优秀的可靠性及EMC性能,才能源源不断的产生利益。金升阳具备多种可靠性试验室,将持续为汽车行业提供汽车零部件及汽车电源/收发器解决方案,简化客户的汽车开发/测试周期,综合提升系统的稳定性、安全性、可靠性。

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