浅谈混合动力汽车的整车CAN总线网络拓扑结构设计

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前言

电动汽车各个模块之间的交互有效性直接影响了汽车的行驶效率和驾驶感。而插电式混合动力汽车根据电力驱动系统和发动机动力系统的布局形式可以分为３类：串联式、并联式、串－并联混合式。该文探讨的是并联式混合动力系统方案，它具有对原车技术模块化，实施性方便，适用性广特点。

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术语

节点：连接在通讯网络上，能够按照某一通讯协议通过网络进行通讯的设备的集合。

总线电压：总线电压是ＣＡＮ总线的ＣＡＮ＿Ｈ或者ＣＡＮ＿Ｌ 对各自ＣＡＮ节点地的电压。

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CAN总线网络拓扑结构设计

ＣＡＮ总线是一种多主总线，一旦有总线闲置，任意一个ＣＡＮ节点均可向总线发送数据。ＣＡＮ总线通道中优先发报文的节点取决于无损逐位仲裁的方式， 此方式可以节省冲突时间， 尤其是在网络负载很重的情况下也可以流畅运行，可以保证信号通道的利用率，提高整个系统的实时性。

而针对插电式混合动力汽车的控制系统，需要对其整车控制模块（ＨＣＵ）和动力系统、安全系统进行详细的分层及规划。

一般情况下，通讯网络的拓扑结构种类多，支线复杂繁琐，而总线往往检测矫正能力较强，实施信号好，可靠性有保证，能够有效地判断错误节点和自动校正简单错误，所以将通信网络设计成总线型ＣＡＮ网络结构可以满足信息传递及时性和可靠性的要求。根据系统分层控制的原理，设计并联式混合动力ＣＡＮ通讯结构拓扑图，如图１ 所示。

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CAN线束布局设计原则

CAN线束要求

线束布局设计要求网络中多个车载ＥＣＵ和离线工具，具体详见图２。

对于ＣＡＮ线束设计，一般要求如下几点：

ＣＡＮ总线总长度＜40ｍ；

ＥＣＵ间距＜20ｍ；

ＥＣＵ节点数量＜20个；

线束使用屏蔽线（高速ＣＡＮ）或者双绞线（低速ＣＡＮ）；

线束要求支线必须尽可能短；诊断节点直接与总线相连，端口长度应该尽可能短，要求最长为ｌｍ。从连接器中诊断仪之间的连线也应该尽可能短，最长不超过５ｍ。

ＣＡＮ 线在布局线束时尽量保持走线顺畅，避免出现ＣＡＮ线回折现象。确保每条支线与主干线相接时，ＣＡＮ_Ｈ 和ＣＡＮ_Ｌ的连接点尽量保持在主干线的同一位置上。原则上各节点之间的节点距离Ｄ 不允许等长度， 应尽量远离电源线和信号线， 且尽量避免平行走线；

不要在干扰源附近布置ＣＡＮ总线，如果无法避免，应使用屏蔽线。当使用屏蔽线时，屏蔽层必须在任一端接地（ 或两端屏蔽层接地）。整车线束中ＣＡＮ线各个主干、支线长度的要求，如下表1：

为了避免电缆电源信号的干扰，ＣＡＮ网络的节点应尽量靠近干线。实际应用中应该尽可能使用短支线与总线连接，为了减少驻波，ＣＡＮ网络里的ＥＣＵ不应该放置相等的距离并且电缆尾部不应全为相同的长度引线。

终端电阻

终端电阻可临近放置于或放置于距离最长的两个在线ＥＣＵ内。非终端ＥＣＵ可选连接。根据标准要求，给ＣＡ Ｎ 总线上提供的终端电阻是６０Ω,故整车ＣＡＮ总线上最远的两个节点必须各有一个120Ω终端电阻（要求在ＣＡＮ＿Ｈ和ＣＡＮ＿Ｌ之间）。

终端电阻的大小范围要求为：110Ω-130Ω。典型值为：120Ω。

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CAN线故障常见容错性能

实际的ＣＡＮ 检测电路更复杂，首先要定好需要检测的故障类型，然后根据故障类型设计检测电路；故障类型如表２ 所示。

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结束语

综上所述，根据插电式混合动力汽车的整车系统特点和功能要求，设计了混合动力汽车的整车ＣＡＮ通讯系统，并以此为基础确定了其网络结构布局，依据通讯节点类型，设计了汽车有效的网络拓扑结构图，有效地满足汽车对于网络系统的设计要求，对插电式混合动力汽车的进一步发展具有十分重要的意义。