CN104506400A - 一种提高can总线可靠性的接线方法及can总线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高CAN总线可靠性的接线方法，该方法包括：将拥有三个以上CAN收发器的数据总线在电气特性上连接成环状；以及在数据总线上布置至少一个终端电阻。本发明的方案中通过将数据总线在电气特性上连接成环状，以大幅提高数据总线在总线断线等情况下的可靠性，最大限度上保证数据通信的正常进行。本发明还提出一种采用前述接线方法实现的CAN总线系统，以及应用该CAN总线系统的汽车电器网络系统。

Description

一种提高CAN总线可靠性的接线方法及CAN总线系统

技术领域

本发明涉及CAN总线通信技术领域，尤其涉及提高CAN总线可靠性的接线方法及CAN总线系统。

背景技术

CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络，最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制(ASC)及复杂的抗锁定刹车系统(ABS)等。由于这些控制需检测及交换大量数据，采用点对点的信号接线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，采用CAN总线上述问题便得到很好地解决。由于CAN总线的高性能、高可靠性及独特的设计，越来越受到人们的重视和得到广泛的应用。

图1所示为典型CAN总线系统的示意图，其中标号1a、1b、1c、1d...，分别表示CAN收发器，这些收发器一般是安装在CAN总线上对应节点(如图2所示的基于CAN总线的汽车电器网络架构)的控制器内部，例如发动机ECU、自动变速器ECU、安全气囊ECU、电控悬架ECU等，同时兼具接受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入CAN数据传输线(CAN-HIGN线和CAN-LOW线，也即高电平数据线和低电平数据线)。标号2a、2b分别表示数据传输终端，其设置为一个电阻，防止信号在线端被反射，以回声的形式返回，从而影响了数据的传输。标号3a和3b分别表示前述的CAN数据传输线，即CAN-HIGN线3a和CAN-LOW线3b。

如图1所示，在正常状态下，某节点例如经过CAN收发器1a发出的信号(如电流、电压等)可在终端电阻等的作用下，经CAN总线系统中的CAN-HIGN线3a和CAN-LOW线3b，将数据信息发送到其他节点，实现网络内的数据传输，图1中示例性第给出了电流传输方向。

采用如图1所示的接线方式，结合图2所示，如果在数据传输过程中，CAN-HIGN线3a和CAN-LOW线3b中的全部或者其中之一发生断线时，与总线相连的节点不能全部正常通信。如图3所示，若第一节点群(由CAN收发器1a和1b所在的节点组成)与第二节点群(由CAN收发器1c和1d所在的节点组成)之间的全部或者某一数据线在物理特性上发生断线，则第一节点群与第二节点群之间不能形成正常的电流回路，从而造成第一节点群与第二节点群不能进行正常通信，造成通信中断。当节点采用串入总线的连接方式，且该节点发生脱落、毁坏等故障时，造成总线在电气性能上的短线，那么总线上连接的其他节点将无法有效地通信，整个系统可能发生严重的误判和造成安全威胁。

为此，如何提高CAN总线的可靠性问题，尤其是在发生物理断线或其他方式的故障导致节点间的传统通信链路失效时的可靠传输，是当前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明旨在提出一种提高CAN总线可靠性的接线方法，可在数据总线发生断线或其他障碍时最大限度上保证节点间的通信。

本发明的另一目的还在于提出一种CAN总线系统。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提高CAN总线可靠性的接线方法，将拥有三个以上CAN收发器的数据总线在电气特性上连接成环状，并且在数据总线上布置至少一个终端电阻。

进一步的实施例中，前述方法更包含：

前述数据总线被配置为高低电平双绞线，将高电平数据线和低电平数据线分别在电气特性上连接成环状。

进一步的实施例中，前述方法更包含：

在数据总线上均匀布置多个终端电阻，该多个终端电阻均跨接在高电平数据线和低电平数据线之间，且并联后在高电平数据线和低电平数据线之间的等效电阻为60欧姆。

进一步的实施例中，前述方法更包含：

在数据总线上按照CAN收发器的布置，对每个CAN收发器均配置一终端电阻。

进一步的实施例中，所述接线方法应用于汽车电器网络。

进一步的实施例中，通过将所述CAN收发器配置为安装在汽车的一电子控制器(ECU)的内部，使其同时兼具接受和发送功能，将该控制器传来的数据转换成电信号并将其送入数据总线，通过环状连接的数据总线，实现可靠传输。

根据本发明的公开，另一方面还提出一种CAN总线系统，包括数据总线以及连接在数据总线上的多个CAN收发器，所述数据总线在电子特性上被连接成环状，且该数据总线上布置有至少一个终端电阻。

进一步的实施例中，所述数据总线被配置为高低电平双绞线，该高电平数据线和低电平数据线分别在电气特性上连接成环状，所述至少一个终端电阻布置跨接在高电平数据线和低电平数据线之间。

进一步的实施例中，所述CAN总线系统包括多个所述的终端电阻，该多个跨接的终端电阻在高电平数据线和低电平数据线之间形成的等效电阻为60欧姆。

进一步的实施例中，所述的多个终端电阻在数据总线上按照CAN收发器分布，每个CAN收发器均配置一所述的终端电阻。

根据本发明的改进，还提出一种汽车电器网络系统，包括前述任意一实施方式的CAN总线系统。

本发明的显著的优点、有益效果以及附加方面将在下面的具体实施方式中结合附图进行描述，或者在根据本发明的教导的具体实现或实践中得到描述和证明。

附图说明

图1为典型CAN总线系统的示意图。

图2为基于CAN总线的汽车电器网络架构示意图。

图3为前述图1所示的CAN总线系统断线情况下的状态示意图。

图4为本发明一实施方式的CAN总线系统的示意图。

图5为前述图4所示的CAN总线系统在断线情况下的状态示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

根据本发明的改进，在本发明的第一实施例中提出一种提高CAN总线可靠性的接线方法，包括：将拥有三个以上CAN收发器的数据总线在电气特性上连接成环状，并且在数据总线上布置至少一个终端电阻。

图4所示为采用前述方法所布设形成的CAN总线系统的示意图，图示中标号10a、10b、10c、10d，分别表示CAN收发器，这些CAN收发器例如可以是安装在CAN总线上对应节点(如图2所示的基于CAN总线的汽车电器网络架构)的控制器内部，例如发动机ECU、自动变速器ECU、安全气囊ECU、电控悬架ECU等，同时兼具接受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入CAN数据传输线(CAN-HIGN线和CAN-LOW线，也即高电平数据线和低电平数据线)。标号11a、11b、11c分别表示数据传输终端，其设置为一个终端电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，从而影响了数据的传输。标号12a和12b分别表示前述的CAN数据传输线，即CAN-HIGN线12a和CAN-LOW线12b。

图4中示例性地给出了一个包括4个CAN收发器(对应4个节点)的总线系统，显然，根据本发明的教导，本发明的实施并不以此为限制。

图4所示的CAN总线系统示意图中同时给出了信号的流向图，例如电流流向，某节点发出的信号在终端电阻等的作用下，经CAN总线系统中的高电平数据线和低电平数据线，可以分电流A和电流B两路将数据信息发送到其他节点。

如图5所示的图4的CAN总线系统接线方式在发生断线情况下的状态，若第一节点群(由CAN收发器10a和10b所在的节点组成)与第二节点群(由CAN收发器10c和10d所在的节点组成)之间的全部或者某一数据传输线(例如双绞铜线)在物理特性上发生断线，图5示出了第一节点群与第二节点群之间发生断线的情况，则第一节点群与第二节点群依然可以通过电流B形成电压电流回路，从而最大限度上维持第一节点群与第二节点群之间的正常通信，提高整个CAN总线系统的数据通信的可靠性。

由以上本发明的方案可知，本发明的前述实施例的CAN总线的接线方法，相对于设计另一条冗余CAN总线的方案来说，前述实施例提出的接线方法的实现过程简单，成本低廉，可大幅提高数据总线在总线断线等情况下的数据通信的可靠性，具有显著的市场价值。

作为优选的方案，结合图4所示，前述方法更包含：

前述数据总线被配置为高低电平双绞线(12a、12b)，即CAN-HIGN线和CAN-LOW线，将高电平数据线12a和低电平数据线12b分别在电气特性上连接成环状。

作为更优选的方案，为了进一步增强抗干扰能力，前述双绞线被配置为带电磁屏蔽层的双绞线

当然，在另选的实施方式中，前述数据总线还可以配置为一般的平行数据线。

为了提高环形总线的性能，作为更优选的方案，在数据总线上均匀布置多个终端电阻(11a、11b、11c)，结合图4，该多个终端电阻(11a、11b、11c)均跨接在高电平数据线12a和低电平数据线12b之间，且并联后在高电平数据线和低电平数据线之间的等效电阻为60欧姆，从而保证数据总线的阻抗匹配，提高数据通信的抗干扰性和可靠性。

示例性地，如图4所示，在数据总线上布设了3个阻值相同的终端电阻(11a、11b、11c)，其阻值均配置为180欧姆，使得并联后在高电平数据线和低电平数据线之间的等效电阻为60欧姆。

当然，前述终端电阻的设置，其数目和阻值并不以此为限制，其他实施方式的终端电阻设置在满足前述阻抗匹配前提下均可被配置用于本实施例的实现。

为了提高整个环形总线的可靠性和抗干扰性能，前述方法的实现过程中，可采用多个终端电阻均匀分布的方式，而不是传统的头尾各布置一个。

作为优选的方式，可在数据总线上按照CAN收发器的布置，对每个CAN收发器均配置一终端电阻。例如，每个节点的CAN收发器均配置一个终端电阻，比如如果有8个节点，每个节点的CAN收发器均配置一个480欧姆的终端电阻。

前述一个或多个实施例的CAN总线接线方法，应用于汽车电器网络中，例如汽油发动机和/或柴油发动机驱动的四驱或两驱汽车、天然气驱动的汽车(如Econic天然气载重车)、纯电动汽车、混合动力汽车等，可显著提高现有的CAN总线带来的通信可靠性问题。

例如，可通过将前述的CAN收发器(10a、10b、10c、10d)配置为安装在汽车的一电子控制器(ECU)的内部，例如发动机ECU、自动变速器ECU、安全气囊ECU、电控悬架ECU、电动门窗ECU、灯光控制ECU、仪表显示控制ECU等，使其同时兼具接受和发送功能，将控制器传来的数据转换成电信号并将其送入数据总线，通过环状连接的数据总线，实现可靠传输。

当然，在另外的实施例中，前述一个或多个实施例的CAN总线接线方法，还可以应用到工业现场、医疗设备、船舶，飞机、列车等领域，最高速度不超过1Mbps即可。

根据本发明的公开，如图4所示，本实施例还提出一种CAN总线系统，包括数据总线(12a、12b)以及连接在数据总线(12a、12b)上的多个CAN收发器(10a、10b、10c、10d)，所述数据总线(12a、12b)在电子特性上被连接成环状，且该数据总线上布置有至少一个终端电阻(11a、12b、11c)。

如前所述，该数据总线优选地被配置为高低电平双绞线，包括高电平数据线12a和低电平数据线12b，高电平数据线12a和低电平数据线12b分别在电气特性上连接成环状，所述至少一个终端电阻布置跨接在高电平数据线12a和低电平数据线12b之间。

作为更加优选的方案，CAN总线系统包括多个所述的终端电阻(11a、12b、11c)，该多个跨接的终端电阻(11a、12b、11c)在高电平数据线12a和低电平数据线12b之间形成的等效电阻为60欧姆，以保证数据总线的阻抗匹配，提高数据通信的抗干扰性和可靠性。

在另一些实施例中，所述的多个终端电阻(11a、12b、11c)在数据总线上按照CAN收发器分布，每个CAN收发器均配置一所述的终端电阻。例如，每个节点的CAN收发器均配置一个终端电阻，比如如果有8个节点，则每个节点的CAN收发器均配置一个480欧姆的终端电阻。

根据本发明的改进，还提出一种汽车电器网络系统，包括前述任意一实施方式的CAN总线系统，该些汽车电器网络系统，可以是设置于多种类的两驱或四驱的汽车中，例如汽油发动机和/或柴油发动机驱动的汽车、天然气驱动的汽车(如Econic天然气载重车)、纯电动汽车、混合动力汽车等。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种提高CAN总线可靠性的接线方法，其特征在于，该方法包括：

将拥有三个以上CAN收发器的数据总线在电气特性上连接成环状；以及

在数据总线上布置至少一个终端电阻。

2.根据权利要求1所述的提高CAN总线可靠性的接线方法，其特征在于，前述方法更包含：

前述数据总线被配置为高低电平双绞线，将高电平数据线和低电平数据线分别在电气特性上连接成环状。

3.根据权利要求2所述的提高CAN总线可靠性的接线方法，其特征在于，前述方法更包含：

在数据总线上均匀布置多个终端电阻，该多个终端电阻均跨接在高电平数据线和低电平数据线之间，且并联后在高电平数据线和低电平数据线之间的等效电阻为60欧姆。

4.根据权利要求1、2、3中任意一项所述的提高CAN总线可靠性的接线方法，其特征在于，前述方法更包含：

在数据总线上按照CAN收发器的布置，对每个CAN收发器均配置一终端电阻。

5.根据权利要求1所述的提高CAN总线可靠性的接线方法，其特征在于，前述方法更包含：

所述接线方法应用于汽车电器网络。

6.一种CAN总线系统，其特征在于，包括：数据总线以及连接在数据总线上的多个CAN收发器，所述数据总线在电子特性上被连接成环状，且该数据总线上布置有至少一个终端电阻。

7.根据权利要求6所述的CAN总线系统，其特征在于，所述数据总线被配置为高低电平双绞线，该高电平数据线和低电平数据线分别在电气特性上连接成环状，所述至少一个终端电阻布置跨接在高电平数据线和低电平数据线之间。

8.根据权利要求7所述的CAN总线系统，其特征在于，所述CAN总线系统包括多个所述的终端电阻，该多个跨接的终端电阻在高电平数据线和低电平数据线之间形成的等效电阻为60欧姆。

9.根据权利要求6、7、8中任意一项所述的CAN总线系统，其特征在于，所述的多个终端电阻在数据总线上按照CAN收发器分布，每个CAN收发器均配置一所述的终端电阻。

10.一种汽车电器网络系统，其特征在于，包括前述权利要求6、7、8、9中任意一项所述的CAN总线系统。