线束世界 | 汽车 CAN线的三十年

1991 年，新款梅赛德斯S-Class 作为工程师的豪华轿车首次亮相，其拥有数十项创新技术，其中包括首款量产车上的汽车 CANbus。如今奢侈品的不可或缺也是始于那个时候。

配备内燃机的汽车本质上是机械设备，理论上，几乎不需要电子设备即可运行。汽油发动机需要火花塞进行点火，可以与各种点火系统一起操作，包括极其简单和高度可靠的机电磁电机系统。这种简单的 19 世纪电气技术因其极高的可靠性仍被用于活塞式飞机发动机。柴油发动机不需要火花点火，可以完全机械操作，就像一些船用柴油发动机一样。如果电动汽车对于汽车发动机的运行来说根本上是微不足道的，那么现代汽车中的电子产品还有什么大惊小怪的呢？

简单可能有其优势，但通过电子设备增加复杂性可以为发动机运行提供更精细的控制和效率。到1980 年代，微处理器和微电子技术的进步允许发动机控制单元 (ECU) 通过电子燃油喷射控制燃油输送等活动。直接点火系统，如 Saab 于 1985 年推出的系统，完全省去了诸如分配器之类的机电组件，而是将火花塞直接连接到 ECU，使计算机能够精确控制点火时间，并使用来自其他系统的输入来适应不同的燃料等级和温度。传感器。

现代车辆必须为大量汽车技术提供布线，包括发动机功能、自动安全系统、驾驶室舒适度、照明，以及为此普锐斯提供能源监控和充电系统。

多少线束才是是太多线束？

允许精确、自动控制的复杂性是很好的，但在某些时候，电子复杂性成为汽车可用空间有限的问题。到 1980 年代初，最复杂的电子车辆（通常是欧洲豪华车）的布线架构已达到可行性极限。在当时的接线架构中，需要来自传感器的信息或必须与另一个组件通信的每个组件都必须直接连接到该传感器或组件。例如，对于电子仪表板、电子控制自动变速器和自动制动系统 (ABS)，每个组件和传感器（如车速传感器）之间都会有单独的电线。这类似于拥有一条独立的专用道路，从您的房子到您想要开车的每个地方。随着汽车电子产品的增加，所有汽车系统的布线量、重量和复杂性都变得巨大。

开发CANbus

1983 年，德国工程技术公司Robert Bosch GmbH 开始致力于解决汽车布线架构在线束占用空间和功能方面的局限性。该解决方案必须紧凑、经济高效且足够坚固，以在电磁噪声环境中运行。

他们的解决方案是控制器局域网 (CAN)，这是一种串行总线网络，允许在任何网络节点之间进行通信——类似于一条穿过你家并连接你想要开车去的所有地方的道路。该系统的协议允许首先传递最高优先级的信息，并具有故障保护功能，可以在不妨碍网络的情况下断开故障节点的连接。它的设计也很坚固。CANbus 接线使用一对称为 CAN 高和 CAN 低的电线。它们紧紧地绞在一起，以确保电磁干扰均匀地影响两根导线中的信号，从而限制错误。

该图说明了汽车 CANbus 网络如何在减少布线的同时促进更大的设备通信。（Florent.david.lille1 的图表，根据 CC BY-SA 3.0 通过 Wikimedia Commons 发布。）

CANbus 允许大量减少连接汽车电子系统所需的接线数量，并且它实现的更高数据吞吐量允许新特性和功能。协议设计中固有的可靠性还允许 CAN 用于关键控制活动，如发动机和变速箱控制单元之间的通信。

CANbus 分配器提供了一种将多个设备连接到 J1939 CANbus 的经济高效且节省空间的方式。Waytek 提供的 Trombetta CANbus 控制模块等模块通过消除通常用于为总线提供额外连接的 Y 型适配器和额外线束来降低成本，同时允许缩短到每个设备的电缆。这个有着数十年历史的协议不仅幸存下来，而且还在积极推动电子和自动化的前沿。

生产中的 CAN

CAN 在 1986 年底特律 SAE 大会上首次亮相后，控制器芯片由英特尔和飞利浦公司开发，该协议于 1991 年首次在梅赛德斯 W140 S 级轿车上投入生产。这款豪华轿车具有众多电子创新和小工具，包括电子气候控制、先进的可调节电子座椅、后视镜和方向盘，以及特定驾驶条件的模式，例如安装雪链驾驶。CANbus 将继续在（主要是）欧洲汽车中实现越来越复杂的电子设备，尤其是今天的梅赛德斯、宝马和奥迪汽车可以有 70 个或更多的 ECU 通过多个CANbus 网络连接，从而允许仪表板上的大灯故障警告功能够到达信息娱乐集成。最近，CAN 系统已被北美和亚洲制造商采用。

TE Connectivity 的 Raychem CANbus 电缆等产品在协议固有的稳健性的基础上，为军用车辆和航空航天应用等应用提供了物理加固。

现代汽车的高电子复杂性可能不符合喜欢简单性和可靠性的人的口味，但系统的 CAN 集成还允许通过法律来适用于所有汽车的车载诊断 (OBD) 标准，进行统一的全车诊断。CAN 作为一种可靠的通信协议已经广受推崇，除了汽车应用之外，它现在还用于工业自动化、楼宇自动化以及航海、航空和医疗电子等高风险领域。

CAN的未来

虽然 CAN 为内燃机汽车的控制系统提供了巨大的优势，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灵活数据速率（CAN FD）协议的开发，提供比传统CAN更高的数据吞吐量。该标准有助于实现自动驾驶汽车等汽车应用的互联网连接，也用于工业物联网。过去，启用 CAN 的复杂电子设备可能被视为给内燃机汽车的机械系统增加了不必要的复杂性。今天，他们让电动汽车在极其可靠、耐用和高效的量产汽车中炫耀自己的、更简单的机械装置。

2021 年是第一辆带 CAN 的量产汽车上市30 周年，距离该技术首次开发已经近 40 年，该协议仍然是需要可靠性和小尺寸的电子网络不可或缺的一部分。这个有着数十年历史的协议不仅幸存下来，而且还在积极推动电子和自动化的前沿。