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    隨著轎車技術的快速發展和社會對轎車功能要求的不斷提高，電子技術在轎車中得到了廣泛的應用。自80年代末期以來，基于提高轎車安全性和舒適性等性能指標的轎車功能控制系統的研究與開發方興未艾，如轎車門鎖集控系統和防撞系統等。但是，它們在轎車中同時共存，各自獨立，駕駛者必須通過各種儀表和按鍵實施分離操作。這無疑增加了駕駛者的操作難度和誤操作概率，也需要駕駛者掌握許多復雜的控制技能和熟練的經驗知識，這反而會影響轎車的安全性和舒適性。因此，對這些功能控制系統實施有效、有序和安全方便地集中控制，已成為將電子技術應用于轎車上和轎車技術發展迫切需要解決的問題。

　　控制器局域網絡(CAN)是德國Robert Bosch公司在80年代初為汽車業開發的一種串行數據通信總線。由于其具備良好的可靠性、健壯性和效能價格比，因而得到了廣泛的應用。

    1　CAN的基本特點及其在轎車信息控制中的應用及發展趨勢

　　控制器局域網絡(CAN)是一種串行數據通信總線，其通信速率達到1 MB/s。CAN已有國際標準，如用于高速場合的ISO 11898和用于低速場合的ISO 11519-1。
　　CAN總線的最大特點之一是，任一節點所傳送的數據信息不包含傳送節點或接收節點的地址［1］。信息的內容通過一個標識符(ID)作上標記，在整個網絡中，該標識符是惟一的。網絡上的其他節點接收到信息后，每一節點都對這個標識符進行測試，以判斷信息內容是否與己有關。若是相關信息，則它將得到處理；否則，它即被忽略。這一方式稱為多播。采用該方式的優點是可使網絡內的節點個數在理論上不受限制，也可使不同的節點同時接收到相同的數據。數據段長度最多為8字節，既能滿足一般要求，又可保證通信的實時性。

　　標識符還決定了信息的優先權。ID值越小，其優先權越高。當存在2個或2個以上節點爭用總線時，CAN采用ID進行仲裁。CAN確保發送具有最高優先權信息的節點獲得總線使用權，而其他的節點自動停止發送。總線空閑后，這些節點將自動重發信息。
 
　　CAN采用載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)法，它能通過無損仲裁解決沖突。CAN總線上的數據采用不歸零編碼(NRZ)，可具有兩種互補的邏輯值之一，即顯性和隱性。顯性電平用邏輯“0”表示，而隱性電平用邏輯“1”表示。總線按照“線與”機制對總線上任一潛在的沖突進行仲裁，顯性電平覆蓋隱性電平。而發送隱性電平的競爭節點和顯性電平的監聽節點將失去總線訪問權并變為接收節點。

　　圖1所示為3個節點同時爭用總線的情況，由于節點2在字節1處其顯性電平覆蓋了節點3的隱性電平，在字節5處又覆蓋了節點1的隱性電平，因而保證了節點2獲得總線使用權。

圖1

　　CAN總線通常采用屏蔽或非屏蔽的雙絞線。電話線類型的雙股電纜亦能正常工作。

　　CAN總線能在極端惡劣的環境下運作。即使雙絞線中有一根斷路，或有一根接地甚至兩根線短接，總線都能繼續工作。采用一定的系統設計和配置，某些功能在雙線都斷路的情況下仍能實現。

　　汽車的功能每年以7%～10%的速度增加，這些功能大多通過電子控制系統來實現。在傳統的系統中，數據的交換需要專用的線路，隨著系統復雜程度的提高，使用專用線路交換數據將變得更加困難且造價昂貴。同時，由于缺少空間，因而電子控制單元(ECU)及布線都不能再增加。比如在Volvo公司生產的S 80型轎車中，所安裝的電纜長達1 200 m，有54根保險絲。采用CAN網絡將能滿足節約大量電纜的需要。

　　CAN除了能有效地節省大量電纜外，還具有抗瞬間干擾的能力，其控制器接口有降低射頻干擾的斜率控制。而且CAN有較強的檢錯能力，通過監視、循環冗余校驗、位填充和報文格式檢查，使得未檢測出的出錯概率小于4.7×10-11； CAN的節點還有自動識別永久性故障和短暫擾動的能力，在處于連續干擾時，CAN節點處于關閉狀態，而且CAN中的節點可在不要求所有節點及其應用層改變任何軟件或硬件的情況下被接于CAN網絡中。

　　90年代以來，基于CAN的網絡已經安裝于Mercedes公司生產的S(140系列)轎車上。新型的S轎車具有兩類基于CAN的網絡：C類網絡和B類網絡。C類網絡連接10個動力系電子控制單元(ECU)，B類網絡有24個節點連接車身與用于實現舒適及便利功能的ECU。S轎車內的兩類網絡通過3個網關模塊相連。采用分布式網關是為了避免使用16位的微控制器，各種ECU的功能得到了完美的組合。當按下“Ergo”鍵，座位和方向盤自動調節到最佳位置。而關上所有的車窗和頂篷后，進入一個隧道時，車頂燈自動打開。一旦該車與前面的汽車距離太近，它會自動剎車。在低溫下，其雨刮器和反光鏡的加熱器自動激活。這些都有效地實施了轎車信息的中央控制。

　　據Strategy Analytics市場研究公司公布的一份對微控制器和汽車網絡所作的研究表明，大多數客車都選用基于CAN的網絡，目前在美國CAN已開始取代基于J 1850的網絡。到2005年，CAN將會占據整個汽車網絡(IVN)協議MCU市場的63%。在歐洲，盡管有其他新的協議會在對安全要求嚴格以及多媒體領域找到立足點，但是大約有88%的IVN將是基于CAN的。

　　隨著越來越多的汽車制造廠家采用CAN通信協議，CAN在轎車中央控制系統中的應用將呈現如下發展趨勢：

　　① 網絡的一個主要優點是能夠在不增加新的硬件，不減少其可靠性的前提下增加功能。隨著網絡在中、低價位汽車上的普及，各汽車制造廠家都能將其輕易地為中、低價位汽車配備，而目前僅見于豪華車有其功能。

　　② 為優化成本與控制數據方式之間的關系，在一輛車上同時采用多種網絡將會日益普及。如用速率為500 kB/s的CAN連接發動機、防抱死制動系統(ABS)，而用一個低速CAN或J 1850連接車鎖及其他車身電子設備。各網絡間需要的信息可通過一個網關進行傳輸。

　　③ 智能傳感器和驅動器將直接與串行總線相連，當然也可能會出現與傳感器和激勵器接口的低速總線。

    2　轎車中央控制系統及其功能

　　現代汽車廣泛地采用了電子技術，以適應日趨嚴格的國家法規要求和人們對汽車舒適性與安全性的追求。目前，在汽車發動機控制、底盤、懸架控制、乘員保護、導航和安全防盜等系統中都廣泛地應用了電子控制技術。汽車電子化程度已成為衡量一個國家汽車工業水平的重要標志。

　　盡管上述各功能控制系統具有各自的控制目標和對象，但在多種功能控制系統中，彼此之間存在著關聯性和時序性(如安全氣囊系統和轎車門鎖集控系統之間必須保證時序控制)。然而在目前的轎車中，上述功能系統各自獨立，駕駛者必須通過各種儀表和按鍵實施分離操作。這無疑增加了駕駛者的操作難度和誤操作概率，從而影響了轎車的安全性和舒適性，同時，也會引起大量的冗余信息。

　　轎車中央控制系統是集中控制轎車上各種功能控制系統的一種控制模式，針對轎車某種特定狀況(事件)，借助微型計算機按照人的愿望實現對各種功能控制系統的控制，以減少對駕駛者本身素質的依賴性，更進一步提高駕駛和乘車的舒適性和安全性，增強轎車在未來市場的競爭力。

　　如圖2所示，當轎車發生撞車事件后，撞車監測系統即發出信息給轎車中央控制系統。轎車中央控制系統能依據事件的類別，如前撞、后撞或側撞來激活緊急制動系統、安全氣囊系統、自動報警系統以及轎車門鎖集控系統動作。其中轎車門鎖集控系統必須在安全氣囊系統解除后才能動作，以保證車中乘員能順利出來。因此，在撞車事件發生時，轎車門鎖集控系統還必須滯后動作。若在撞車過程中出現火險，除了應及時激活滅火系統之外，則車門還應及時打開，以便乘員逃出，此時安全氣囊系統的作用時間應減少。

圖2

　　由此可見，轎車中央控制系統應具備如下基本功能：

　　① 以事件作為控制目標，事件的表示形式應統一，而且具有各自的功能；

　　② 高度模塊化。事件可以看作模塊，這些事件是相互獨立的，系統對事件的定義、修改和擴充等操作都可獨立進行；

　　③ 具有解釋和沖突消解功能；

　　④ 系統應能反映各功能控制系統基于事件的彼此關聯程度和動作時序；

　　⑤ 具有明確統一的輸入/輸出信息的規范，以保證轎車中央控制系統與各功能控制系統的信息傳輸通達、及時。

    3　CAN在轎車中央控制系統中的應用

　　目前大多數歐洲汽車制造商僅在動力系及多路傳輸領域采用基于CAN的網絡。Daimler-Chrysler公司推出的新型S轎車和Volvo公司生產的S 80轎車分別有34個和18個CAN接口。隨著科學技術的進步，轎車將更多地使用CAN進行信息傳遞和控制。

　　圖3為轎車發生撞車事件，基于CAN的轎車中央控制系統圖。

圖3 

　　在正常情況下，轎車可通過撞車監測系統中的雷達傳感器測量該車與前車的距離，若車距比設定的出錯距離小，則撞車監測系統立即發送減速信息。網絡上各節點對其進行測試、判斷后，會自動激活自動變速系統，從而達到使車距保持不變的目的。

　　一旦發生撞車，撞車監測系統即發送撞車信息，激活自動報警系統、緊急制動系統、安全氣囊系統以及轎車門鎖集控系統(可通過事先程序設計，使該信息具有最高優先權，從而保證信息傳輸通達、及時)。由于安全氣囊系統與轎車門鎖集控系統之間存在著一定的關聯性和時序性，因此在撞車事件發生時，可通過CAN網絡的無損仲裁消解沖突，使轎車門鎖集控系統滯后動作，從而避免車門被撞開造成人員被拋出車外的情況。若撞車過程中出現火險，除及時激活滅火系統外，則車門還應及時打開，以便乘員逃出。此時，安全氣囊系統的作用時間應減少(可通過程序設計實現)。當轎車發生意外時，還應在第一時間激活自動報警系統，通過基于CAN的全球定位系統(GPS)與急救中心、控制中心取得聯系，做好疏散交通，傷員急救工作。