随着轿车技术的快速发展和社会对轿车功能要求的不断提高，电子技术在轿车中得到了广泛的应用。自80年代末期以来，基于提高轿车安全性和舒适性等性能指标的轿车功能控制系统的研究与开发方兴未艾，如轿车门锁集控系统和防撞系统等。但是，它们在轿车中同时共存，各自独立，驾驶者必须通过各种仪表和按键实施分离操作。这无疑增加了驾驶者的操作难度和误操作概率，也需要驾驶者掌握许多复杂的控制技能和熟练的经验知识，这反而会影响轿车的安全性和舒适性。因此，对这些功能控制系统实施有效、有序和安全方便地集中控制，已成为将电子技术应用于轿车上和轿车技术发展迫切需要解决的问题。

　　控制器局域网络(CAN)是德国Robert Bosch公司在80年代初为汽车业开发的一种串行数据通信总线。由于其具备良好的可靠性、健壮性和效能价格比，因而得到了广泛的应用。

    1　CAN的基本特点及其在轿车信息控制中的应用及发展趋势

　　控制器局域网络(CAN)是一种串行数据通信总线，其通信速率达到1 MB/s。CAN已有国际标准，如用于高速场合的ISO 11898和用于低速场合的ISO 11519-1。
　　CAN总线的最大特点之一是，任一节点所传送的数据信息不包含传送节点或接收节点的地址［1］。信息的内容通过一个标识符(ID)作上标记，在整个网络中，该标识符是惟一的。网络上的其他节点接收到信息后，每一节点都对这个标识符进行测试，以判断信息内容是否与己有关。若是相关信息，则它将得到处理；否则，它即被忽略。这一方式称为多播。采用该方式的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，也可使不同的节点同时接收到相同的数据。数据段长度最多为8字节，既能满足一般要求，又可保证通信的实时性。

　　标识符还决定了信息的优先权。ID值越小，其优先权越高。当存在2个或2个以上节点争用总线时，CAN采用ID进行仲裁。CAN确保发送具有最高优先权信息的节点获得总线使用权，而其他的节点自动停止发送。总线空闲后，这些节点将自动重发信息。
 
　　CAN采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)法，它能通过无损仲裁解决冲突。CAN总线上的数据采用不归零编码(NRZ)，可具有两种互补的逻辑值之一，即显性和隐性。显性电平用逻辑“0”表示，而隐性电平用逻辑“1”表示。总线按照“线与”机制对总线上任一潜在的冲突进行仲裁，显性电平覆盖隐性电平。而发送隐性电平的竞争节点和显性电平的监听节点将失去总线访问权并变为接收节点。

　　图1所示为3个节点同时争用总线的情况，由于节点2在字节1处其显性电平覆盖了节点3的隐性电平，在字节5处又覆盖了节点1的隐性电平，因而保证了节点2获得总线使用权。

图1

　　CAN总线通常采用屏蔽或非屏蔽的双绞线。电话线类型的双股电缆亦能正常工作。

　　CAN总线能在极端恶劣的环境下运作。即使双绞线中有一根断路，或有一根接地甚至两根线短接，总线都能继续工作。采用一定的系统设计和配置，某些功能在双线都断路的情况下仍能实现。

　　汽车的功能每年以7%～10%的速度增加，这些功能大多通过电子控制系统来实现。在传统的系统中，数据的交换需要专用的线路，随着系统复杂程度的提高，使用专用线路交换数据将变得更加困难且造价昂贵。同时，由于缺少空间，因而电子控制单元(ECU)及布线都不能再增加。比如在Volvo公司生产的S 80型轿车中，所安装的电缆长达1 200 m，有54根保险丝。采用CAN网络将能满足节约大量电缆的需要。

　　CAN除了能有效地节省大量电缆外，还具有抗瞬间干扰的能力，其控制器接口有降低射频干扰的斜率控制。而且CAN有较强的检错能力，通过监视、循环冗余校验、位填充和报文格式检查，使得未检测出的出错概率小于4.7×10-11； CAN的节点还有自动识别永久性故障和短暂扰动的能力，在处于连续干扰时，CAN节点处于关闭状态，而且CAN中的节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下被接于CAN网络中。

　　90年代以来，基于CAN的网络已经安装于Mercedes公司生产的S(140系列)轿车上。新型的S轿车具有两类基于CAN的网络：C类网络和B类网络。C类网络连接10个动力系电子控制单元(ECU)，B类网络有24个节点连接车身与用于实现舒适及便利功能的ECU。S轿车内的两类网络通过3个网关模块相连。采用分布式网关是为了避免使用16位的微控制器，各种ECU的功能得到了完美的组合。当按下“Ergo”键，座位和方向盘自动调节到最佳位置。而关上所有的车窗和顶篷后，进入一个隧道时，车顶灯自动打开。一旦该车与前面的汽车距离太近，它会自动刹车。在低温下，其雨刮器和反光镜的加热器自动激活。这些都有效地实施了轿车信息的中央控制。

　　据Strategy Analytics市场研究公司公布的一份对微控制器和汽车网络所作的研究表明，大多数客车都选用基于CAN的网络，目前在美国CAN已开始取代基于J 1850的网络。到2005年，CAN将会占据整个汽车网络(IVN)协议MCU市场的63%。在欧洲，尽管有其他新的协议会在对安全要求严格以及多媒体领域找到立足点，但是大约有88%的IVN将是基于CAN的。

　　随着越来越多的汽车制造厂家采用CAN通信协议，CAN在轿车中央控制系统中的应用将呈现如下发展趋势：

　　① 网络的一个主要优点是能够在不增加新的硬件，不减少其可靠性的前提下增加功能。随着网络在中、低价位汽车上的普及，各汽车制造厂家都能将其轻易地为中、低价位汽车配备，而目前仅见于豪华车有其功能。

　　② 为优化成本与控制数据方式之间的关系，在一辆车上同时采用多种网络将会日益普及。如用速率为500 kB/s的CAN连接发动机、防抱死制动系统(ABS)，而用一个低速CAN或J 1850连接车锁及其他车身电子设备。各网络间需要的信息可通过一个网关进行传输。

　　③ 智能传感器和驱动器将直接与串行总线相连，当然也可能会出现与传感器和激励器接口的低速总线。

    2　轿车中央控制系统及其功能

　　现代汽车广泛地采用了电子技术，以适应日趋严格的国家法规要求和人们对汽车舒适性与安全性的追求。目前，在汽车发动机控制、底盘、悬架控制、乘员保护、导航和安全防盗等系统中都广泛地应用了电子控制技术。汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车工业水平的重要标志。

　　尽管上述各功能控制系统具有各自的控制目标和对象，但在多种功能控制系统中，彼此之间存在着关联性和时序性(如安全气囊系统和轿车门锁集控系统之间必须保证时序控制)。然而在目前的轿车中，上述功能系统各自独立，驾驶者必须通过各种仪表和按键实施分离操作。这无疑增加了驾驶者的操作难度和误操作概率，从而影响了轿车的安全性和舒适性，同时，也会引起大量的冗余信息。

　　轿车中央控制系统是集中控制轿车上各种功能控制系统的一种控制模式，针对轿车某种特定状况(事件)，借助微型计算机按照人的愿望实现对各种功能控制系统的控制，以减少对驾驶者本身素质的依赖性，更进一步提高驾驶和乘车的舒适性和安全性，增强轿车在未来市场的竞争力。

　　如图2所示，当轿车发生撞车事件后，撞车监测系统即发出信息给轿车中央控制系统。轿车中央控制系统能依据事件的类别，如前撞、后撞或侧撞来激活紧急制动系统、安全气囊系统、自动报警系统以及轿车门锁集控系统动作。其中轿车门锁集控系统必须在安全气囊系统解除后才能动作，以保证车中乘员能顺利出来。因此，在撞车事件发生时，轿车门锁集控系统还必须滞后动作。若在撞车过程中出现火险，除了应及时激活灭火系统之外，则车门还应及时打开，以便乘员逃出，此时安全气囊系统的作用时间应减少。

图2

　　由此可见，轿车中央控制系统应具备如下基本功能：

　　① 以事件作为控制目标，事件的表示形式应统一，而且具有各自的功能；

　　② 高度模块化。事件可以看作模块，这些事件是相互独立的，系统对事件的定义、修改和扩充等操作都可独立进行；

　　③ 具有解释和冲突消解功能；

　　④ 系统应能反映各功能控制系统基于事件的彼此关联程度和动作时序；

　　⑤ 具有明确统一的输入/输出信息的规范，以保证轿车中央控制系统与各功能控制系统的信息传输通达、及时。

    3　CAN在轿车中央控制系统中的应用

　　目前大多数欧洲汽车制造商仅在动力系及多路传输领域采用基于CAN的网络。Daimler-Chrysler公司推出的新型S轿车和Volvo公司生产的S 80轿车分别有34个和18个CAN接口。随着科学技术的进步，轿车将更多地使用CAN进行信息传递和控制。

　　图3为轿车发生撞车事件，基于CAN的轿车中央控制系统图。

图3 

　　在正常情况下，轿车可通过撞车监测系统中的雷达传感器测量该车与前车的距离，若车距比设定的出错距离小，则撞车监测系统立即发送减速信息。网络上各节点对其进行测试、判断后，会自动激活自动变速系统，从而达到使车距保持不变的目的。

　　一旦发生撞车，撞车监测系统即发送撞车信息，激活自动报警系统、紧急制动系统、安全气囊系统以及轿车门锁集控系统(可通过事先程序设计，使该信息具有最高优先权，从而保证信息传输通达、及时)。由于安全气囊系统与轿车门锁集控系统之间存在着一定的关联性和时序性，因此在撞车事件发生时，可通过CAN网络的无损仲裁消解冲突，使轿车门锁集控系统滞后动作，从而避免车门被撞开造成人员被抛出车外的情况。若撞车过程中出现火险，除及时激活灭火系统外，则车门还应及时打开，以便乘员逃出。此时，安全气囊系统的作用时间应减少(可通过程序设计实现)。当轿车发生意外时，还应在第一时间激活自动报警系统，通过基于CAN的全球定位系统(GPS)与急救中心、控制中心取得联系，做好疏散交通，伤员急救工作。