現代汽車工業和電子技術飛速發展，汽車上的電子裝置越來越多。一輛高檔汽車的電氣節點數已達上千個，如果采用傳統的方法進行布線，連線的數量非常驚人而且有極大的故障隱患。為了解決這一問題，各大汽車廠商從上世紀70年代開始了車用網絡的研究，并取得了很大的發展，形成了多種適合不同傳輸速率及特殊用途的網絡協議，如：CAN總線、LIN總線、用于診斷的KWP2000、用于X-by-wire 的TTP、多媒體應用的MOST協議等。其中CAN(Controller Area Network，控制器局域網)是BOSCH公司于上世紀80年代提出的。為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，可以很好的解決上述的問題。現在世界上許多汽車公司，如奔馳、寶馬、大眾等公司已采用CAN總線來實現汽車內部的數據通信。
我國對車用網絡、總線、通訊協議的研究起步比較晚，但近年來發展比較快，尤其在電動汽車項目中總線網絡得到廣泛的應用。
2 汽車總線的技術特征
汽車總線傳輸必須確保以下幾點：保證信息能夠準確的傳送;總線節點能夠隨時訪問總線;節點根據預先確定的優先權進行總線訪問;具有根據信息內容解決總線訪問競爭的能力和競爭解決后獲勝站點能夠訪問總線且繼續傳輸信息;節點在盡量短的時間內成功訪問總線;最優化的傳輸速率(波特率);節點的故障診斷能力;總線具有一定的可擴充性等等。
2.1 數字信號的編碼
為了保證信息傳輸的可靠性，對數字信號正確編碼非常重要。汽車局域網數據信號多采用脈寬調制(PWM)和不歸零制(NRZ)。PWM作為編碼方案時，波特率上界為3×105Kbps，用于傳輸速率較低的場合。采用NRZ進行信息傳輸，可以達到1Mbps，用于傳輸速率較高的場合。
2.2 網絡拓撲結構
實用的汽車局域網是總線拓撲結構，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED PALMNET等，其優點是：電纜短，布線容易;總線結構簡單，又是無源元件，可靠性高;易于擴充，增加新節點只需在總線的某點將其接入，如需增加長度可通過中繼器加入一個附加段。
2.3 總線訪問協議
汽車總線的訪問協議一般為爭用協議，每個節點都能獨立決定信息幀的發送。如果同時有兩個或兩個以上的節點發送信息，就會出錯，這就要求每個節點有能力判斷沖突是否發生，發生沖突時按某個規律等待隨機時間間隔后重發，以避免再發生沖突。網絡協議所使用的防沖突監聽措施多為載波監聽多路訪問，如CAN、SAEJ1850、ADVANCED PALMNET等都采用的是載波監聽多路訪問/沖突檢測+無損仲裁(C***A/CD+NDA)。
3 CAN總線的特點
CAN總線通信協議是在考慮工業現場環境的背景下制訂的，它采用了國際標準化組織 ISO制訂的開放系統互連ISO-OSI模型中的三層，即物理層、數據鏈路層和應用層。CAN總線規范已被國際標準化組織制訂為國際準ISO11898，并被公認為最有前途的現場總線之一，已經廣泛的應用于工業領域。得到 MOTOROLA、PHILIPS、Intel、SIEMENS等著名半導體器件生產廠家的支持，進而迅速推出了各種集成CAN協議的產品。與一般的總線相比，CAN 總線具有可靠、靈活、實時性強的優點。
(1)CAN 總線采用多主結構，網絡上的任一節點可在任意時刻向其他節點發送信息，通訊方式靈活。
(2)網絡上的節點根據對總線訪問優先級的不同(取決于報文標識符)，最快可在134μs內得到響應。
(3)采用非破壞性總線仲裁技術，可以大大節省總線沖突仲裁時間，網絡在擁擠的情況下也不會癱瘓。
(4)CAN協議廢除了站地址編碼，而是對通信數據進行編碼，這可使不同的節點同時接收到相同的數據，可以方便的實現點對點、一點對多點及全局廣播等方式的傳送接收數據，容易構成冗余結構提高系統的可靠性和系統的靈活性。
(5)CAN采用NRZ編碼，直接通信距離最遠可達10km(速率5Kbps)，通信速率最高可達1Mbps(此時通信距離最長為40m)。
(6)采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低。CAN的每幀信息都有CRC效驗及其他檢錯措施，保證數據出錯率極低。
(7)通訊介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。
(8)CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響。
4 CAN總線在純電動汽車中的應用
純電動汽車與傳統汽車最大的區別就是用電能來驅動，即用電池和電機的組合來代替傳統的發動機。這樣對電機的驅動控制和對電池的管理就成為電動汽車的關鍵技術。另外純電動汽車的控制系統還包括助力轉向控制、車身系統控制、組合儀表等部分，每個部分都有獨立的控制單元(ECU)，一些先進的汽車上還裝備了防抱死制動控制系統(ABS)、安全氣囊控制系統(SRS)、巡行控制系統、驅動防滑控制系統(ASR)、懸架控制、空調控制、防盜及其他控制等控制單元。另外，各種舒適性控制裝置和通訊系統也不斷增多，而且各ECU 之間有著密切的聯系，構成了基于CAN 總線的汽車控制系統網絡。
純電動汽車的整車控制系統是由兩條總線構成，即高速CAN總線和低速總線。高速CAN總線和低速總線是兩個獨立的總線系統。為了便于汽車所有功能的管理，通過網關將這兩個總線網絡連接起來，不同總線間的數據通過網關實現數據的共享。這樣兩個總線分別獨立運行，只有需要在兩種總線間交換的數據才通過網關進行傳輸。這種方式可將不同類型的信息分開，減輕了各網絡總線上的負擔。高速CAN總線主要連接電動汽車的驅動系統，由驅動系統各個子系統和故障分析記錄系統節點組成，可以實現對電機、電池、轉向、制動等關鍵系統的快速控制。
低速總線主要用于連接車身系統，連接對象主要為汽車中的聯合裝配單元，如門窗、照明、空調、濕度傳感器、中央集控鎖等，并通過網關作為子網接入高速CAN總線，組成一個統一的多元網絡。車身中位置比較近的元件連接到一個ECU，元件的狀態和控制信號可以通過與其連接的ECU與總線進行通訊。每一個ECU自成系統，可以根據本地信號和總線上的信號，控制本地執行機構的動作，同時將與其他節點共享的信號發送到低速總線上。目前，在汽車中應用較多的低速總線有兩種。一種是低速CAN總線，是按照ISO 11519-2、J1939以及J2284組建低速容錯CAN總線。另一種是LIN總線，即局域互連網絡(Local Interconnect Network)，是按照ISO 9141 標準[2]來建立，能有效的支持汽車中分布式機械電子節點的控制。LIN總線具有成本低、可靠性高的特點，可以很容易的將一些成分比較敏感的元件，如智能傳感器、舒適性設備等，連接到汽車網絡中，在汽車應用中有望成為低速網絡的主流。
整車控制ECU是整個汽車控制的中心。司機的鑰匙信號、加速信號、制動信號都進入到整車控制ECU，整車控制ECU通過對這些信號的分析并綜合檢測傳感器的狀態，產生各個節點的操作信號，并通過CAN總線將控制指令送到相應的節點。電機控制ECU和轉向、制動ECU根據整車控制ECU的控制指令，操縱汽車按照要求行駛。高速CAN總線上還設置故障診斷ECU，負責整車故障信息的診斷和存儲，并控制故障信號顯示，還可以通過無線通訊系統和外部的故障診斷系統進行通訊。另外高速CAN總線上設置了車載記錄儀，其作用類似飛機的“黑匣子”，用于記錄行車數據，分析記錄整車系統的運行情況。控制網絡的低速總線采用LIN總線。LIN總線是單主機節點和一組從機節點多點總線，主控制器為主站，其它車身系統為從站，主控制器同時作為LIN總線和高速CAN總線的網關，將整個車身系統總線連成一個統一的網絡，這樣所有 ECU 都掛到總線上，極大地簡化了汽車內控制系統的線路聯系，達到簡化布線、提高系統可靠性和可維護性、降低成本、更好的協調各個控制子系統的目的。
隨著車載多媒體在車輛中的廣泛應用，GPS、電話、音響、電視、DVD等系統進入汽車內，這些裝置之間需要頻繁的通訊，而且信息量巨大，CAN總線或J1850總線無法滿足這些裝置間的通訊要求，因為傳輸地理信息(GI)、數字音頻信息或車輛位置信息至少需要5Mbps的網絡速度，這樣就出現了一種新型總線IDB-1394，可以支持100、200、400Mbps的通訊速度，完全可以滿足高速通訊的網絡需求。
CAN總線是一種控制策略總線，主要實現對車輛本身的控制，而IDB-1394總線則是以多媒體信息交互、共享為目的。為實現車身整體性能的優化和實現CAN總線和IDB-1394總線間的信息流動，在兩總線間增加網關就可以實現車身總線網絡的一體化，從而實現車身的總線一體化控制。
5 我國在CAN總線研究的重點和關鍵技術問題
CAN符合ISO/OSI的參考模型，但只規定了物理層和數據鏈路層的協議，用戶需要自己開發應用層協議。如Rockwell公司的DeviceNet協議和Honeywell公司的SDS總線就是CAN協議基礎上的應用層協議。國內在這方面的應用研究則剛剛起步，為了縮短同國外轎車技術水平的差距并提高自身的競爭力，我國汽車CAN總線的研究重點應是研究和開發自己的汽車總線與網絡應用系統，針對具體的車型開發ECU的硬件和應用層的軟件，并構成車內網絡。
利用CAN總線構建一個車內網絡，需要解決以下關鍵技術問題：確定總線傳輸信息的速率、容量、優先等級、節點容量等技術問題;在高電磁干擾環境下的數據的可靠傳輸;確定最大傳輸時的延時大小;網絡的技術;網絡的容錯和監控、故障診斷等功能。
6 結論
隨著汽車技術的飛速發展，汽車總線這種有巨大應用前景的技術將得到更快的發展和更廣泛的應用。