汽车应用中CAN的演变
在1991年,新的梅赛德斯奔驰s级作为具有工程师数十项创新的豪华轿车亮相,CANbus也是首次应用于奔驰系列,而在今天已是所有汽车的必配。
带有内燃机的汽车本质上是机械属性,理论上几乎不需要电子设备。汽油发动机需要火花塞来点火,包括极其简单和高度可靠的电磁系统。这种简单的19世纪技术仍然用于活塞飞机发动机。
简单有时是优势,但通过较复杂电子部分可以为发动机运行提供更好的控制水平和效率。到20世纪80年代,微处理器和微电子技术的进步使燃料喷射通过发动机控制单元(ECU)来控制。直接点火系统,就像Saab(萨博)在1985年引入的那样,完全免除了机电部件,并将火花塞直接连接到ECU,通过计算机精确地控制点火时间,适应不同的燃料等级和温度。
现代车辆必须适应一系列汽车技术的布线,包括发动机、自动安全系统、客舱舒适、照明,以及能源监测和充电系统等。
复杂性使精确、自动控制更好,但在某种程度上,电子复杂性已经成为了汽车空间有限的一个问题。到20世纪80年代初,最为复杂的汽车布线结构已经达到了极限。在当时的布线结构中,来自传感器信息或通信都必须直接连接到部件上。例如,电子仪表板、电子控制自动变速器和自动制动系统(ABS),与这些部件相连的传感器必须通过单独的线缆连接。随着汽车电子产品的增加,所有汽车系统的布线体积、重量和复杂性变得巨大。
发展CANbus
1983年,德国Robert Bosch GmbH 工程技术公司开始着手解决汽车布线架构的局限性,解决线束和功能所占用空间有限的问题。解决方案必须紧凑、经济、足够稳健,才能在电磁噪声环境下工作。
他们的解决方案是控制器区域网(CAN),这是一个串行总线网络,允许在任何网络节点之间进行通信。系统的协议允许最高优先级信息首先传输,并具有故障安全机制,可在不妨碍网络的情况下断开故障节点。它在设计上也很强大。CANbus使用一对电线,称为CAN高和CAN低。它们被紧密地缠绕在一起,确保电磁干扰均匀地影响两根导线中的信号,从而限制误差。
本图说明了汽车CANbus网络如何在减少线路的同时促进更多设备通信。(图表由Florent.david.lille1绘制,通过维基共享发布。)
CANbus大幅减少连接汽车中的电子系统所需线路数量,新特性和功能能满足更高数据吞吐量的要求。该协议设计中固有的可靠性还允许CAN用于关键控制,如发动机和变速器控制单元之间的通信。
CANbus拆分器提供了一种经济高效和空间高效的连接。
CAN产品
1986年CAN在底特律SAE大会上首次亮相后,英特尔和菲利普斯开发了控制器芯片,该协议在1991年首次使用于梅赛德斯W140s级的车辆中。这款豪华轿车采用了许多电子创新和小工具,包括电子气候控制、先进可调电子座椅、后视镜和方向盘,以及特定驾驶条件的模式,如安装有雪链的驾驶。CANbus将继续支持欧洲汽车日益复杂的电子设备,如今,梅赛德斯、宝马和奥迪汽车可以通过CANbus网络连接有70多个部件,从仪表板上的前照灯故障警告到信息娱乐集成功能等。最近,CAN系统已经被北美和亚洲地区的制造商所采用。
TE Connectivity的Raychem CANBus线缆等产品,坚固耐用,应用于军用车辆和航空航天等。
现代汽车的电子复杂性可能不符合那些喜欢简单和可靠性的人的口味,但CAN集成系统可以通过车载诊断(OBD)标准进行统一诊断。它已经成为一种可靠通信协议而备受尊敬,除了汽车应用之外,它现在还被用于工业自动化、建筑自动化、海事、航空和医疗电子产品等领域。
CAN 的未来
CAN虽然在控制内燃汽车系统方面具有巨大优势,但其可靠性和紧凑性也非常适合控制电动汽车的复杂电子系统。2012年,博世完成了控制器局域网域数据速率(CAN FD)协议的开发,它比传统的CAN提供更高的数据吞吐量。该标准有助于为汽车应用实现互联网连接,也用于工业物联网。在过去,支持CAN的复杂电子设备被视为不必要的配置。如今,他们已经广泛应用于极其可靠、耐用和高效的电动汽车中。
2021年标志着装配CAN 的汽车已经流行近30年,该协议仍然是需要可靠性和小型化电子网络不可分割的组成部分。这个流行几十年的协议不仅幸存下来,而且仍然是电子和自动化的前沿技术之一。
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