摘要
隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，車載通信系統(tǒng)在車輛的智能化、網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程中扮演著至關(guān)重要的角色。控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）及其擴(kuò)展版本CANFD憑借其卓越的可靠性、高效的數(shù)據(jù)傳輸能力和強(qiáng)大的抗干擾特性，成為現(xiàn)代汽車通信架構(gòu)的核心技術(shù)。本文深入探討了CAN/CANFD技術(shù)的基本原理、優(yōu)勢(shì)特性以及在車載通信中的廣泛應(yīng)用，結(jié)合多家廠商的產(chǎn)品信息，分析了其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)和設(shè)計(jì)考量，旨在為車載通信方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞
車載通信；CAN總線；CANFD；可靠性；數(shù)據(jù)傳輸

1.引言
汽車作為現(xiàn)代交通的重要工具，其功能已從單純的機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的電子信息系統(tǒng)集成平臺(tái)。隨著自動(dòng)駕駛、智能座艙、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，車輛內(nèi)部的電子控制單元（ECU）數(shù)量不斷增加，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互需求也日益增長(zhǎng)。車載通信網(wǎng)絡(luò)作為連接這些ECU的紐帶，其性能直接關(guān)系到車輛的安全性、舒適性和智能化水平。在眾多車載通信協(xié)議中，CAN/CANFD技術(shù)以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)脫穎而出，成為現(xiàn)代汽車通信方案的首選。

2.CAN/CANFD技術(shù)概述

2.1CAN技術(shù)的發(fā)展歷程
CAN（Controller Area Network）總線最初由德國(guó)Bosch公司于1983年提出，旨在解決現(xiàn)代汽車中眾多電子控制單元之間的通信問題。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種高可靠性、低延遲的通信協(xié)議，能夠在惡劣的電磁環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。自1993年CAN標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）正式發(fā)布以來，CAN技術(shù)迅速在汽車、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并逐漸成為汽車電子通信的主流標(biāo)準(zhǔn)。

2.2CANFD技術(shù)的引入
隨著汽車電子系統(tǒng)功能的不斷復(fù)雜化，傳統(tǒng)的CAN總線在數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬方面逐漸面臨瓶頸。為了滿足更高數(shù)據(jù)速率的需求，CANFD協(xié)議于2012年被正式提出。CANFD在保留CAN總線兼容性的同時(shí)，通過引入靈活的數(shù)據(jù)速率機(jī)制，顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，使其能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代汽車復(fù)雜的數(shù)據(jù)交互需求。

2.3CAN/CANFD的基本原理
CAN/CANFD總線是一種基于多主通信的串行總線系統(tǒng)，采用差分信號(hào)傳輸方式，具有兩條信號(hào)線CANH和CANL。其通信協(xié)議遵循OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范，通過仲裁機(jī)制和錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在CANFD中，通過在數(shù)據(jù)段引入更高的波特率，實(shí)現(xiàn)了在不改變總線硬件的情況下提升數(shù)據(jù)傳輸速率。

3.CAN/CANFD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特性

3.1高可靠性和抗干擾能力
汽車內(nèi)部的電磁環(huán)境極為復(fù)雜，存在大量的電磁干擾源。CAN/CANFD總線采用差分信號(hào)傳輸，能夠有效抵抗外部電磁干擾，同時(shí)其設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制（如循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC）和故障仲裁機(jī)制，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

3.2高效的數(shù)據(jù)傳輸能力
CANFD協(xié)議通過引入靈活的數(shù)據(jù)速率機(jī)制，允許在數(shù)據(jù)段使用更高的波特率，從而顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。例如，國(guó)科安芯的ASM1042支持高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，能夠在有負(fù)載的CAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸。這種高效的數(shù)據(jù)傳輸能力使得CANFD能夠滿足現(xiàn)代汽車中復(fù)雜系統(tǒng)（如自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)）對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

3.3靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
CAN/CANFD總線支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括星型、總線型和混合型。這種靈活性使得汽車制造商可以根據(jù)不同的系統(tǒng)需求和空間布局，靈活設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能和成本。

3.4低功耗設(shè)計(jì)
在汽車應(yīng)用中，功耗是一個(gè)重要的考量因素。CAN/CANFD技術(shù)通過低功耗待機(jī)模式和遠(yuǎn)程喚醒功能，有效降低了系統(tǒng)功耗。例如，ASM1042在待機(jī)模式下的功耗僅為0.5μA至5μA，這對(duì)于提高汽車的燃油效率和電池續(xù)航能力具有重要意義。

3.5功能安全支持
現(xiàn)代汽車的安全性要求越來越高，功能安全成為設(shè)計(jì)的重要考量。CAN/CANFD技術(shù)提供了豐富的功能安全支持，包括顯性超時(shí)保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)等。

4.CAN/CANFD在車載通信中的應(yīng)用實(shí)例分析

4.1動(dòng)力總成系統(tǒng)
動(dòng)力總成系統(tǒng)是汽車的核心部分，涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、變速箱控制單元、電子節(jié)氣門等關(guān)鍵部件之間的通信。這些部件需要實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)，以確保車輛的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。CAN/CANFD技術(shù)的高可靠性和高效數(shù)據(jù)傳輸能力使其成為動(dòng)力總成系統(tǒng)通信的理想選擇。

4.2車身控制系統(tǒng)
車身控制系統(tǒng)包括車門控制、車燈控制、空調(diào)控制等多個(gè)子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)雖然對(duì)實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低，但需要穩(wěn)定可靠的通信來確保車輛的舒適性和便利性。CAN/CANFD的低功耗設(shè)計(jì)和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使其能夠高效地連接車身控制系統(tǒng)中的各個(gè)ECU。

4.3自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)
自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車智能化的重要體現(xiàn)，涉及到激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)等多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)融合和傳輸。這些傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，且對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求極高。CANFD的高效數(shù)據(jù)傳輸能力和抗干擾能力使其能夠滿足自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)的需求。

4.4車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過車輛與外部網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和信息娛樂等功能。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要在復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還需要支持高速數(shù)據(jù)傳輸。CAN/CANFD技術(shù)的抗干擾能力和高效數(shù)據(jù)傳輸能力使其成為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。

5.市場(chǎng)主流CAN/CANFD產(chǎn)品分析

5.1廠商技術(shù)對(duì)比
在CAN/CANFD領(lǐng)域，多家廠商均推出了高性能的產(chǎn)品，以滿足汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求。例如，恩智浦的TJA1042、英飛凌的TCAN1042、德州儀器的TCAN1044以及意法半導(dǎo)體的ST1042等，國(guó)內(nèi)的主要是國(guó)科安芯的ASM1042和杰華特的JW3104A等，這些產(chǎn)品在技術(shù)參數(shù)和功能特性上各有優(yōu)勢(shì)。

5.1.1數(shù)據(jù)傳輸速率

恩智浦TJA1042 ：支持5Mbps數(shù)據(jù)速率，并具備優(yōu)異的抗干擾能力。

英飛凌TCAN1042 ：支持5Mbps數(shù)據(jù)速率，通過AEC-Q100認(rèn)證，確保高可靠性。

德州儀器TCAN1044 ：支持5Mbps數(shù)據(jù)速率，低功耗設(shè)計(jì)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

意法半導(dǎo)體ST1042 ：支持5Mbps數(shù)據(jù)速率，具備高抗干擾能力和低功耗特性。

國(guó)科安芯ASM1042 ：支持高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景。

杰華特JW3104A ：支持5Mbps數(shù)據(jù)速率，具有良好的電磁兼容性，適合復(fù)雜工況。

5.1.2功能安全與保護(hù)特性

恩智浦TJA1042 ：通過AEC-Q100Grade1認(rèn)證，具備多種功能安全特性，如故障診斷和冗余設(shè)計(jì)。

英飛凌TCAN1042 ：通過AEC-Q100認(rèn)證，具備高抗干擾能力和多種功能安全特性。

德州儀器TCAN1044 ：具備低功耗和高抗干擾能力，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

意法半導(dǎo)體ST1042 ：通過多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，具備高可靠性和功能安全特性。

國(guó)科安芯ASM1042 ：具備顯性超時(shí)保護(hù)、熱關(guān)斷保護(hù)、ESD保護(hù)（±15kV）以及±70V總線故障保護(hù)（H型號(hào)），確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

杰華特JW3104A ：通過AEC-Q100認(rèn)證，具備高抗干擾能力和低功耗特性，同時(shí)支持多種功能安全機(jī)制。

5.1.3成本與市場(chǎng)表現(xiàn)

恩智浦TJA1042 ：作為國(guó)際知名品牌產(chǎn)品，以高可靠性和穩(wěn)定性著稱，廣泛應(yīng)用于高端汽車品牌，但成本相對(duì)較高。

英飛凌TCAN1042 ：在功能安全和可靠性方面表現(xiàn)出色，適用于對(duì)安全要求極高的汽車應(yīng)用場(chǎng)景，如自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

德州儀器TCAN1044 ：以低功耗和高性價(jià)比為特點(diǎn)，適合對(duì)功耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)景，如新能源汽車。

意法半導(dǎo)體ST1042 ：在抗干擾能力和可靠性方面表現(xiàn)均衡，適用于多種汽車應(yīng)用場(chǎng)景，市場(chǎng)表現(xiàn)穩(wěn)定。

國(guó)科安芯ASM1042 ：憑借較高的性價(jià)比和良好的技術(shù)支持，在新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

杰華特JW3104A ：憑借較低的成本和良好的性能，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)取得了不俗成績(jī)。

5.2市場(chǎng)趨勢(shì)與技術(shù)發(fā)展
隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的加速發(fā)展，CAN/CANFD技術(shù)也在不斷演進(jìn)。各廠商紛紛推出更高性能的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)需求。例如，恩智浦正在研發(fā)支持更高數(shù)據(jù)速率的下一代CANFD產(chǎn)品，英飛凌也在不斷優(yōu)化其產(chǎn)品的功能安全特性。此外，德州儀器和意法半導(dǎo)體也在不斷推出新的產(chǎn)品和技術(shù)，以提升CAN/CANFD技術(shù)的性能和可靠性。國(guó)內(nèi)廠商如國(guó)科安芯和杰華特也在不斷提升技術(shù)水平，縮小與國(guó)際廠商的差距。

6.CAN/CANFD技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

6.1數(shù)據(jù)傳輸速率的進(jìn)一步提升
隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的加速發(fā)展，未來車輛對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求將越來越高。目前，CANFD已經(jīng)能夠支持高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，但未來仍需進(jìn)一步提升，以滿足自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的更高要求。例如，恩智浦正在研發(fā)支持更高數(shù)據(jù)速率的下一代CANFD產(chǎn)品。

6.2功能安全的強(qiáng)化
功能安全是未來汽車通信技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著汽車電子系統(tǒng)復(fù)雜度的增加，功能安全的要求也將更加嚴(yán)格。CAN/CANFD技術(shù)需要進(jìn)一步強(qiáng)化功能安全機(jī)制，如增加冗余設(shè)計(jì)、故障診斷能力等。例如，英飛凌的下一代CANFD產(chǎn)品將引入更多的功能安全特性。

6.3與其他通信技術(shù)的融合
未來汽車通信系統(tǒng)將不再是單一技術(shù)的天下，而是多種通信技術(shù)的融合。CAN/CANFD技術(shù)將與以太網(wǎng)、5G等高速通信技術(shù)相結(jié)合，形成多層次、多維度的通信架構(gòu)。這種融合將充分發(fā)揮各通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

7.結(jié)論
CAN/CANFD技術(shù)憑借其高可靠性、高效數(shù)據(jù)傳輸能力、抗干擾能力和低功耗設(shè)計(jì)，在車載通信領(lǐng)域占據(jù)了重要地位。通過本文對(duì)CAN/CANFD技術(shù)的深入分析以及結(jié)合多家廠商的產(chǎn)品信息，可以看出其在現(xiàn)代汽車通信方案中的不可替代性。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，CAN/CANFD技術(shù)也將持續(xù)演進(jìn)，以滿足未來汽車對(duì)通信系統(tǒng)更高的要求。

審核編輯 黃宇