一種提高can總線可靠性的接線方法及can總線系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種提高CAN總線可靠性的接線方法，該方法包括：將擁有三個以上CAN收發器的數據總線在電氣特性上連接成環狀；以及在數據總線上布置至少一個終端電阻。本發明的方案中通過將數據總線在電氣特性上連接成環狀，以大幅提高數據總線在總線斷線等情況下的可靠性，最大限度上保證數據通信的正常進行。本發明還提出一種采用前述接線方法實現的CAN總線系統，以及應用該CAN總線系統的汽車電器網絡系統。
【專利說明】一種提高CAN總線可靠性的接線方法及CAN總線系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及CAN總線通信【技術領域】，尤其涉及提高CAN總線可靠性的接線方法及CAN總線系統。
【背景技術】
[0002]CAN (Controller Area Network)即控制器局域網絡，最初是由德國的BOSCH公司為汽車監測、控制系統而設計的。現代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發動機的定時、注油控制，加速、剎車控制(ASC)及復雜的抗鎖定剎車系統(ABS)等。由于這些控制需檢測及交換大量數據，采用點對點的信號接線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問題，采用CAN總線上述問題便得到很好地解決。由于CAN總線的高性能、高可靠性及獨特的設計，越來越受到人們的重視和得到廣泛的應用。
[0003]圖1所示為典型CAN總線系統的示意圖，其中標號la、lb、lc、ld...，分別表示CAN收發器，這些收發器一般是安裝在CAN總線上對應節點(如圖2所示的基于CAN總線的汽車電器網絡架構)的控制器內部，例如發動機ECU、自動變速器ECU、安全氣囊ECU、電控懸架ECU等，同時兼具接受和發送的功能，將控制器傳來的數據化為電信號并將其送入CAN數據傳輸線(CAN-HIGN線和CAN-LOW線，也即高電平數據線和低電平數據線)。標號2a、2b分別表示數據傳輸終端，其設置為一個電阻，防止信號在線端被反射，以回聲的形式返回，從而影響了數據的傳輸。標號3a和3b分別表示前述的CAN數據傳輸線，即CAN-HIGN線3a和CAN-LOW 線 3b。
[0004]如圖1所示，在正常狀態下，某節點例如經過CAN收發器la發出的信號(如電流、電壓等)可在終端電阻等的作用下，經CAN總線系統中的CAN-HIGN線3a和CAN-LOW線3b，將數據信息發送到其他節點，實現網絡內的數據傳輸，圖1中示例性第給出了電流傳輸方向。
[0005]采用如圖1所示的接線方式，結合圖2所示，如果在數據傳輸過程中，CAN-HIGN線3a和CAN-LOW線3b中的全部或者其中之一發生斷線時，與總線相連的節點不能全部正常通信。如圖3所示，若第一節點群(由CAN收發器la和lb所在的節點組成)與第二節點群(由CAN收發器lc和Id所在的節點組成)之間的全部或者某一數據線在物理特性上發生斷線，則第一節點群與第二節點群之間不能形成正常的電流回路，從而造成第一節點群與第二節點群不能進行正常通信，造成通信中斷。當節點采用串入總線的連接方式，且該節點發生脫落、毀壞等故障時，造成總線在電氣性能上的短線，那么總線上連接的其他節點將無法有效地通信，整個系統可能發生嚴重的誤判和造成安全威脅。
[0006]為此，如何提高CAN總線的可靠性問題，尤其是在發生物理斷線或其他方式的故障導致節點間的傳統通信鏈路失效時的可靠傳輸，是當前需要解決的問題。
【發明內容】
[0007]針對現有技術存在的缺陷和不足，本發明旨在提出一種提高CAN總線可靠性的接線方法，可在數據總線發生斷線或其他障礙時最大限度上保證節點間的通信。
[0008]本發明的另一目的還在于提出一種CAN總線系統。
[0009]本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。
[0010]為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下:
[0011]一種提高CAN總線可靠性的接線方法，將擁有三個以上CAN收發器的數據總線在電氣特性上連接成環狀，并且在數據總線上布置至少一個終端電阻。
[0012]進一步的實施例中，前述方法更包含:
[0013]前述數據總線被配置為高低電平雙絞線，將高電平數據線和低電平數據線分別在電氣特性上連接成環狀。
[0014]進一步的實施例中，前述方法更包含:
[0015]在數據總線上均勻布置多個終端電阻，該多個終端電阻均跨接在高電平數據線和低電平數據線之間，且并聯后在高電平數據線和低電平數據線之間的等效電阻為60歐姆。
[0016]進一步的實施例中，前述方法更包含:
[0017]在數據總線上按照CAN收發器的布置，對每個CAN收發器均配置一終端電阻。
[0018]進一步的實施例中，所述接線方法應用于汽車電器網絡。
[0019]進一步的實施例中，通過將所述CAN收發器配置為安裝在汽車的一電子控制器(ECU)的內部，使其同時兼具接受和發送功能，將該控制器傳來的數據轉換成電信號并將其送入數據總線，通過環狀連接的數據總線，實現可靠傳輸。
[0020]根據本發明的公開，另一方面還提出一種CAN總線系統，包括數據總線以及連接在數據總線上的多個CAN收發器，所述數據總線在電子特性上被連接成環狀，且該數據總線上布置有至少一個終端電阻。
[0021]進一步的實施例中，所述數據總線被配置為高低電平雙絞線，該高電平數據線和低電平數據線分別在電氣特性上連接成環狀，所述至少一個終端電阻布置跨接在高電平數據線和低電平數據線之間。
[0022]進一步的實施例中，所述CAN總線系統包括多個所述的終端電阻，該多個跨接的終端電阻在高電平數據線和低電平數據線之間形成的等效電阻為60歐姆。
[0023]進一步的實施例中，所述的多個終端電阻在數據總線上按照CAN收發器分布，每個CAN收發器均配置一所述的終端電阻。
[0024]根據本發明的改進，還提出一種汽車電器網絡系統，包括前述任意一實施方式的CAN總線系統。
[0025]本發明的顯著的優點、有益效果以及附加方面將在下面的【具體實施方式】中結合附圖進行描述，或者在根據本發明的教導的具體實現或實踐中得到描述和證明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為典型CAN總線系統的示意圖。
[0027]圖2為基于CAN總線的汽車電器網絡架構示意圖。
[0028]圖3為前述圖1所示的CAN總線系統斷線情況下的狀態示意圖。
[0029]圖4為本發明一實施方式的CAN總線系統的示意圖。
[0030]圖5為前述圖4所示的CAN總線系統在斷線情況下的狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0032]根據本發明的改進，在本發明的第一實施例中提出一種提高CAN總線可靠性的接線方法，包括:將擁有三個以上CAN收發器的數據總線在電氣特性上連接成環狀，并且在數據總線上布置至少一個終端電阻。
[0033]圖4所示為采用前述方法所布設形成的CAN總線系統的示意圖，圖示中標號10a、10b、10c、10d，分別表示CAN收發器，這些CAN收發器例如可以是安裝在CAN總線上對應節點(如圖2所示的基于CAN總線的汽車電器網絡架構)的控制器內部，例如發動機ECU、自動變速器ECU、安全氣囊ECU、電控懸架ECU等，同時兼具接受和發送的功能，將控制器傳來的數據化為電信號并將其送入CAN數據傳輸線(CAN-HIGN線和CAN-LOW線，也即高電平數據線和低電平數據線)。標號lla、llb、llc分別表示數據傳輸終端，其設置為一個終端電阻，防止數據在線端被反射，以回聲的形式返回，從而影響了數據的傳輸。標號12a和12b分別表示前述的CAN數據傳輸線，即CAN-HIGN線12a和CAN-LOW線12b。
[0034]圖4中示例性地給出了一個包括4個CAN收發器(對應4個節點)的總線系統，顯然，根據本發明的教導，本發明的實施并不以此為限制。
[0035]圖4所示的CAN總線系統示意圖中同時給出了信號的流向圖，例如電流流向，某節點發出的信號在終端電阻等的作用下，經CAN總線系統中的高電平數據線和低電平數據線，可以分電流A和電流B兩路將數據信息發送到其他節點。
[0036]如圖5所示的圖4的CAN總線系統接線方式在發生斷線情況下的狀態，若第一節點群(由CAN收發器10a和10b所在的節點組成)與第二節點群(由CAN收發器10c和10d所在的節點組成)之間的全部或者某一數據傳輸線(例如雙絞銅線)在物理特性上發生斷線，圖5示出了第一節點群與第二節點群之間發生斷線的情況，則第一節點群與第二節點群依然可以通過電流B形成電壓電流回路，從而最大限度上維持第一節點群與第二節點群之間的正常通信，提高整個CAN總線系統的數據通信的可靠性。
[0037]由以上本發明的方案可知，本發明的前述實施例的CAN總線的接線方法，相對于設計另一條冗余CAN總線的方案來說，前述實施例提出的接線方法的實現過程簡單，成本低廉，可大幅提高數據總線在總線斷線等情況下的數據通信的可靠性，具有顯著的市場價值。
[0038]作為優選的方案，結合圖4所示，前述方法更包含:
[0039]前述數據總線被配置為高低電平雙絞線(12a、12b)，即CAN-HIGN線和CAN-LOW線，將高電平數據線12a和低電平數據線12b分別在電氣特性上連接成環狀。
[0040]作為更優選的方案，為了進一步增強抗干擾能力，前述雙絞線被配置為帶電磁屏蔽層的雙絞線
[0041]當然，在另選的實施方式中，前述數據總線還可以配置為一般的平行數據線。
[0042]為了提高環形總線的性能，作為更優選的方案，在數據總線上均勻布置多個終端電阻(11a、11b、11c)，結合圖4，該多個終端電阻(11a、11b、11c)均跨接在高電平數據線12a和低電平數據線12b之間，且并聯后在高電平數據線和低電平數據線之間的等效電阻為60歐姆，從而保證數據總線的阻抗匹配，提高數據通信的抗干擾性和可靠性。
[0043]示例性地，如圖4所示，在數據總線上布設了 3個阻值相同的終端電阻(lla、llb、11c)，其阻值均配置為180歐姆，使得并聯后在高電平數據線和低電平數據線之間的等效電阻為60歐姆。
[0044]當然，前述終端電阻的設置，其數目和阻值并不以此為限制，其他實施方式的終端電阻設置在滿足前述阻抗匹配前提下均可被配置用于本實施例的實現。
[0045]為了提高整個環形總線的可靠性和抗干擾性能，前述方法的實現過程中，可采用多個終端電阻均勻分布的方式，而不是傳統的頭尾各布置一個。
[0046]作為優選的方式，可在數據總線上按照CAN收發器的布置，對每個CAN收發器均配置一終端電阻。例如，每個節點的CAN收發器均配置一個終端電阻，比如如果有8個節點，每個節點的CAN收發器均配置一個480歐姆的終端電阻。
[0047]前述一個或多個實施例的CAN總線接線方法，應用于汽車電器網絡中，例如汽油發動機和/或柴油發動機驅動的四驅或兩驅汽車、天然氣驅動的汽車(如Econic天然氣載重車)、純電動汽車、混合動力汽車等，可顯著提高現有的CAN總線帶來的通信可靠性問題。
[0048]例如，可通過將前述的CAN收發器(10a、10b、10c、10d)配置為安裝在汽車的一電子控制器(ECU)的內部，例如發動機ECU、自動變速器ECU、安全氣囊ECU、電控懸架ECU、電動門窗ECU、燈光控制ECU、儀表顯示控制ECU等，使其同時兼具接受和發送功能，將控制器傳來的數據轉換成電信號并將其送入數據總線，通過環狀連接的數據總線，實現可靠傳輸。
[0049]當然，在另外的實施例中，前述一個或多個實施例的CAN總線接線方法，還可以應用到工業現場、醫療設備、船舶，飛機、列車等領域，最高速度不超過1Mbps即可。
[0050]根據本發明的公開，如圖4所示，本實施例還提出一種CAN總線系統，包括數據總線(12a、12b)以及連接在數據總線(12a、12b)上的多個CAN收發器(10a、10b、10c、10d)，所述數據總線(12a、12b)在電子特性上被連接成環狀，且該數據總線上布置有至少一個終端電阻(lla、12b、llc)。
[0051]如前所述，該數據總線優選地被配置為高低電平雙絞線，包括高電平數據線12a和低電平數據線12b，高電平數據線12a和低電平數據線12b分別在電氣特性上連接成環狀，所述至少一個終端電阻布置跨接在高電平數據線12a和低電平數據線12b之間。
[0052]作為更加優選的方案，CAN總線系統包括多個所述的終端電阻(lla、12b、llc)，該多個跨接的終端電阻(lla、12b、llc)在高電平數據線12a和低電平數據線12b之間形成的等效電阻為60歐姆，以保證數據總線的阻抗匹配，提高數據通信的抗干擾性和可靠性。
[0053]在另一些實施例中，所述的多個終端電阻(lla、12b、llc)在數據總線上按照CAN收發器分布，每個CAN收發器均配置一所述的終端電阻。例如，每個節點的CAN收發器均配置一個終端電阻，比如如果有8個節點，則每個節點的CAN收發器均配置一個480歐姆的終端電阻。
[0054]根據本發明的改進，還提出一種汽車電器網絡系統，包括前述任意一實施方式的CAN總線系統，該些汽車電器網絡系統，可以是設置于多種類的兩驅或四驅的汽車中，例如汽油發動機和/或柴油發動機驅動的汽車、天然氣驅動的汽車(如Econic天然氣載重車)、純電動汽車、混合動力汽車等。
[0055]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
【權利要求】
1.一種提高CAN總線可靠性的接線方法，其特征在于，該方法包括: 將擁有三個以上CAN收發器的數據總線在電氣特性上連接成環狀；以及 在數據總線上布置至少一個終端電阻。
2.根據權利要求1所述的提高CAN總線可靠性的接線方法，其特征在于，前述方法更包含: 前述數據總線被配置為高低電平雙絞線，將高電平數據線和低電平數據線分別在電氣特性上連接成環狀。
3.根據權利要求2所述的提高CAN總線可靠性的接線方法，其特征在于，前述方法更包含: 在數據總線上均勻布置多個終端電阻，該多個終端電阻均跨接在高電平數據線和低電平數據線之間，且并聯后在高電平數據線和低電平數據線之間的等效電阻為60歐姆。
4.根據權利要求1、2、3中任意一項所述的提高CAN總線可靠性的接線方法，其特征在于，前述方法更包含: 在數據總線上按照CAN收發器的布置，對每個CAN收發器均配置一終端電阻。
5.根據權利要求1所述的提高CAN總線可靠性的接線方法，其特征在于，前述方法更包含: 所述接線方法應用于汽車電器網絡。
6.一種CAN總線系統，其特征在于，包括:數據總線以及連接在數據總線上的多個CAN收發器，所述數據總線在電子特性上被連接成環狀，且該數據總線上布置有至少一個終端電阻。
7.根據權利要求6所述的CAN總線系統，其特征在于，所述數據總線被配置為高低電平雙絞線，該高電平數據線和低電平數據線分別在電氣特性上連接成環狀，所述至少一個終端電阻布置跨接在高電平數據線和低電平數據線之間。
8.根據權利要求7所述的CAN總線系統，其特征在于，所述CAN總線系統包括多個所述的終端電阻，該多個跨接的終端電阻在高電平數據線和低電平數據線之間形成的等效電阻為60歐姆。
9.根據權利要求6、7、8中任意一項所述的CAN總線系統，其特征在于，所述的多個終端電阻在數據總線上按照CAN收發器分布，每個CAN收發器均配置一所述的終端電阻。
10.一種汽車電器網絡系統，其特征在于，包括前述權利要求6、7、8、9中任意一項所述的CAN總線系統。
【文檔編號】H04L12/40GK104506400SQ201410634937
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】殷德軍 申請人:南京理工大學