一、技術(shù)背景

在當今的中高檔汽車中都采用了汽車總線技術(shù)。汽車總線為汽車內(nèi)部各種復雜的電子設備、控制器、測量儀器等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換渠道。一些汽車專家認為，就像在20世紀70年代引入集成電路、80年代引入微處理器一樣，近10年來數(shù)據(jù)總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。

20世紀90年代以來，汽車上由電子控制單元(ECU)控制的部件數(shù)量越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置、安全氣囊裝置、電控門窗裝置、主動懸架等等。隨著集成電路和單片機在汽車上的廣泛應用，車上的ECU數(shù)量越來越多。因此，一種新的概念--車上控制器局域網(wǎng)絡CAN（Controller Area Network）的概念也就應運而生了。CAN最早是由德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照ISO有關(guān)標準，CAN的拓撲結(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為CAN總線。

CAN協(xié)議中每一幀的數(shù)據(jù)量都不超過8個字節(jié)，以短幀多發(fā)的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高實時性；CAN總線的糾錯能力非常強，從而提高數(shù)據(jù)的準確性；同時CAN總線的速率可達到1M bit/s，是一個真正的高速網(wǎng)絡?？傊?，將CAN總線應用在汽車中使用有很多優(yōu)點：

(1)用低成本的雙絞線電纜代替了車身內(nèi)昂貴的導線，并大幅度減少了用線數(shù)量；提高可靠性,安全性、降低成本。

(2)具有快速響應時間和高可靠性，并適合對實時性要求較高的應用如剎車裝置和氣囊；控制平臺、信息平臺、駕駛平臺的互連基礎。

(3)CAN芯片可以抗高溫和高噪聲，并且具有較低的價格，開放的工業(yè)標準。

在現(xiàn)代轎車的設計中，CAN已經(jīng)成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了CAN作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)報道，中國首輛CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)混合動力轎車已在奇瑞公司試裝成功，并進行了初步試運行。在上海大眾的帕薩特和POLO汽車上也開始引入了CAN總線技術(shù)。但總的來說，目前CAN總線技術(shù)在我國汽車工業(yè)中的應用尚處于試驗和起步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線的設計，因而存在著不少弊端。

比如，眾所周知汽車的核心設備就是發(fā)動機，發(fā)動機的運行參數(shù)，例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油壓力、冷卻劑溫度等等是和汽車駕駛是緊密相關(guān)的。傳統(tǒng)汽車儀表的設計方法是：通過放置在汽車部件（如發(fā)動機）內(nèi)部的傳感器，將機械信號轉(zhuǎn)換成電信號，如電壓、電流、脈沖信號，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換或計數(shù)器等，將電信號轉(zhuǎn)換成可視的指針信號顯示在模擬儀表盤上。隨著汽車總線技術(shù)的發(fā)展，不少進口的發(fā)動機已經(jīng)不再直接向外提供傳感器信號，而改用CAN總線通信接口。一旦發(fā)動機出現(xiàn)故障時，由于缺乏基于CAN總線的測試維修設備，目前我們的維修人員使用的方法只能是在發(fā)動機上鉆孔，將傳感器直接放進發(fā)動機內(nèi)部進行測量，操作繁瑣、設備復雜，且不利于保護發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)。

又比如，現(xiàn)有的部分汽車儀表使用了專用的總線設計，由于硬件標準不統(tǒng)一，通信協(xié)議也不兼容，為甲公司汽車生產(chǎn)的儀表完全不能在乙公司的汽車上使用，生產(chǎn)成本難以降低、故障維修很不方便。如果能將各種專用總線統(tǒng)一到CAN總線標準上來，就可以解決問題。

再比如，在手動擋汽車中，駕駛員的換擋是依照經(jīng)驗進行的，有可能發(fā)生應該加高擋位而沒能及時加擋的情況，即低檔高速行駛，既不利于降低油耗，又容易造成汽車傳動部件磨損。如果能實現(xiàn)自動換擋提示，車輛就能始終保持在經(jīng)濟時速行駛。

根據(jù)ISO(國際標準化組織)定義的OSI模型，CAN協(xié)議定義了物理層及數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范，這為不同的汽車廠商制定符合自身需要的應用層協(xié)議提供了很大的便利。如果需要建立更加完善的系統(tǒng)，還需要在CAN的基礎上選擇合適的應用層協(xié)議。如CANopen、SAE J1939等?！　　?/p>

J1939協(xié)議是目前在大型汽車中應用最廣泛的應用層協(xié)議，可達到250Kbps的通訊速率。J1939協(xié)議由美國SAE( Society of Automotive Engineer)組織維護和推廣。J1939協(xié)議具有如下特點：

(1)以CAN2.0B協(xié)議為基礎，物理層標準與ISO11898規(guī)范兼容并采用符合該規(guī)范的CAN控制器及收發(fā)器。通訊速率最高可達到250Kbps。

(2)采用PDU( Protocol Data Unit 協(xié)議數(shù)據(jù)單元)傳送信息，每個PDU相當于CAN協(xié)議中的一幀。由于每個CAN幀最多可傳輸8個字節(jié)數(shù)據(jù)，因此PDU的傳輸具有很高的實時性。

(3)利用CAN2.0B擴展幀格式的29位標志符定義每一個PDU的含義以及該PDU的優(yōu)先級。

(4)J1939協(xié)議主要作為汽車中應用的通訊協(xié)議，對汽車中應用到的各類參數(shù)都進行了規(guī)定。參數(shù)的規(guī)定符合ISO11992標準。