BMS中的CAN通信技术
传统汽车采用线束连接的方式来实现汽车内电气信号的连接，随着汽车中节点数量和数据信息量的不断增加，必然导致导线数量不断增多，布线越来越困难，成本也随之提高，同时也降低了汽车通信的可靠性。控制器局域网（Controller Area Network，CAN）总线最初是专门为解决乘用车的串行通信而研发的，其具有较高的实时处理能力、工作在较强电磁干扰下的高可靠性和良好的错误检测能力，使其已经被广泛应用于汽车的控制通信网络系统中。
8.1 CAN通信技术概述
无论是新能源汽车还是内燃机汽车，都已经不再仅仅是一种交通工具，越来越多的功能出现在汽车上，如汽车内部的网际网络、通信电子装置、娱乐设备和无线连接等设备的实现，都依赖于汽车电子网络技术，而随后数据总线技术的引入，更可称为汽车电子技术发展的一个里程碑。传统汽车通常采用常规的点对点通信方式，将电子控制单元及电子装置连接起来，即通过线束实现电气信号的连接。
随着汽车中电子设备数量的不断增加，这样势必造成导线数量的不断增多，从而使得在有限
的汽车空间内布线越来越困难，进而增加了维修难度、限制了功能的扩展。另外，同一传感器信号通常被要求送至不同子系统中的电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）中，这样就要求各模块都通过导线与此传感器建立连接关系，但是，随着电气节点数的剧增，车内导线长度无限增加，而汽车线束重量每增加50 kg，每一百公里油耗就会增加0.2 L，从而导致成本不断提高、连接更加复杂，同时也降低了汽车的可靠性。
8.1.1 发展历程
采用能够满足多路复用的现场总线通信系统，可以将各个ECU连接成为一个网络，以共享的方式传送数据和信息，实现网络化的数字通信与控制功能，进而达到减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的。现场总线是20世纪80年代中期发展起来的，被誉为自动化领域的计算机局域网。
现场总线最初的出现是应用在工业控制领域中的，其原理是将系统中的各测控设备作为一个独立的节点，这些节点多数情况下是分散在空间各处的，通过总线连接之后，它们就能够互相发送数据，从而协作实现自动控制系统的网络化功能。
近年来，现场总线已经成为汽车网络技术发展的一个热点，如今在欧洲，CAN总线已经广泛应用于汽车控制与通信系统。汽车总线系统的研究发展可总结为三个阶段：
第一阶段，研究在汽车基本控制系统中的应用，如照明、新能源汽车车窗和中央集控锁等。
第二阶段，研究在汽车主要控制系统中的应用，即动力总线系统，包括ABS、ECU控制系统、自动变速器等。
第三阶段，研究在汽车电子控制系统之间的综合、实时控制和信息反馈中的应用。
8.1.2 技术特点
对汽车总线的要求和对现场总线的要求有很多相似之处，如成本较低，实时处理能力较强和工作于恶劣的电磁干扰环境下较可靠等。CAN总线是目前车载网络系统中重要的组成部分，它已在汽车动力系统和车身系统的网络通信与控制中得到广泛的应用。相对于传统汽车，采用CAN总线技术应用于车载网络中的优势如下：
1）信息共享。采用CAN总线技术，可以在汽车各ECU之间实现信息共享。
2）减少线束。CAN总线能够很大程度地减少线束长度，从而达到节省空间的效果。例如使用传统布线的方式完成车门、后视镜、门锁控制和摇窗机等功能，可能需要20根以上的线束，但是采用CAN总线技术，则只需要2根。
3）关联控制。当发生某种事故时，采用传统汽车的控制方法很难完成对汽车中各ECU的关联控制，但是CAN总线能够很容易地实现这种关联控制。例如汽车发生碰撞时，多个气囊通过特定的传感器同时收到碰撞信号，在CAN的协调下将信号发送给中央处理器，中央处理器便能够控制安全气囊系统的启动和气囊的弹出等动作。
4）实时性。为了满足汽车中的不同子系统（电控燃油喷射系统、防抱死制动系统、电控传动系统、防滑控制系统、空调系统和巡航系统）对实时性的要求，需要共享一些汽车上的公共数据（如转速、加速踏板的位置等）。由于不同ECU对于数据的控制周期和更新速度是不同的，它们对实时性的要求也随之不同，CAN总线的基于优先权竞争的仲裁方式，具有较高的通信速率，满足这些实时性要求，提高了汽车运行的可靠性。
一汽大众新宝来论坛8.1.3 应用趋势
大多数的欧洲汽车都采用基于CAN的高速网络，并将其用于动力系统的通信，其传输速率为125 kbit/s～1Mbit/s，网络通信中可采用适用于ISO11898-1.ISO11898-2的高速收发器。另外，还可利用基于CAN的多路系统来构建车身网络，用于连接车身电子控制单元，其网络速率一般小于125 kbit/s，在网络通信中，可采用适用于ISO11898-3的低速容错收发器。
在欧洲，所有乘用车正开始全面使用基于CAN的故障诊断接口，其相应的故障诊断标准也已经成为国际标准。除了能够应用于构建多路网络，连接动力系统和车身电子系统外，CAN总线还可应用于连接车载电子娱乐装置。汽车上各种基于CAN的网络通过网关连接起来，而网关的功能在许多系统设计中是通过汽车仪表板来实现的。未来汽车的仪表板也将使用一个局部CAN网络，以便连接不同的控制单元和实现显示功能。
下一代的高端乘用车将会装上百个基于控制单元的控制器，这些微控制器中的大部分都将选择通过CAN接口连接在汽车网络中。根据Strategy Analytics市场研究公司公布的一份对微控制器汽车网络的研究表明，大多数乘用车都选用基于CAN的网络。据2005年统计，CAN占据整个汽车网络协议的63%；在欧洲，有88%的汽车网络是基于CAN的。CAN总线以其较高的可靠性和较低的成本优势，占据着汽车网络的较大份额。
8.2 国内外研究现状
CAN总线近几年来发展异常迅速，在发动机、变速器和底盘控制部分的应用已经较为成熟。在车身控制和车载电子控制系统方面，一些国内企业已经拥有一定的市场占有率，更是在大中型客车市场占据了主导地位，相关产品的质量已经达到国际先进水平。
由于骨干企业多数都与国外知名汽车企业合资合作，所以在轿车总线方面，国内起步相对较早，在2000年生产的奥迪A6车型上，已经采用总线替代了原有的线束，随后，上海大众的帕萨特、一汽大众的宝来、北京现代的索纳塔和南京菲亚特的派力奥等都在车身控制中采用了CAN总线技术。但是，这些轿车总线技术基本都由国外企业控制，国内汽车企业很难掌握这些技术。
8.2.1 国内应用
目前在国内的一些乘用车中，也都采用了CAN总线技术，但是在应用的程度上有所不同，总体的市场规模约占乘用车的80%。国内货车的CAN总线车身控制技术发展始于2004年的中国重汽集团，主要是应用在BCM仪表和车辆管理系统上。BCM主要对车内的电子部件（
如车灯、空调、雨刷等）进行智能控制；车身管理系统则是通过CAN总线与发动机和变速器进行通信，获取信息使驾驶人员更好地控制汽车。直到2010年，已有高达10套的车身控制系统装配在HOWO中高端产品和A7产品上。
另外，一汽集团的J5中高端车、J6重型货车车型，东风汽车的霸龙、天龙等产品、北汽福田欧曼中高端产品和陕汽集团的系列产品上，均已经应用了CAN总线车身控制系统及其相关技术。客车方面，国内的CAN总线控制系统自2003年开始发展，以满足客户的要求为主要目的，在客车上不断加装娱乐性和舒适性的配置（空调、加热器、车载娱乐系统、ABS、缓冲器等）。客车的CAN总线是基于国际通用协议J1939研发的，实现起来相对容易，因此国内主要研发CAN总线产品的企业都集中在客车这个市场。目前，在“一通三龙”、安徽安凯、北京福田、青年客车、中通客车和东风扬子江的产品中，为了提升客车电控系统的技术水平，CAN总线的应用水平和范围都在不断拓宽，国内产品的部分技术水平已经达到国际先进水平。
8.2.2 国外应用
CAN总线广泛应用于汽车领域，世界上一些著名的汽车制造商，如宝马（BMW）、劳斯莱
斯（ROLLS-ROYCE）、保时捷（PORSCHE）、奔驰（BENZ）和美洲豹（JAGUAR）等都采用了CAN总线来实现汽车内部的控制系统与各种执行和监测部件之间的数据通信。目前，CAN总线技术在国外各个领域的应用已经非常成熟，尤为突出的是汽车动力和制动通信网络领域。迄今为止，生产CAN控制器的生产商已经达到20多家，包括Freescale、ST、TI等，流通于市场上的集成CAN控制器的微处理器就已经有110多种。
由于不同的汽车拥有不同速率的通信系统网络，各种高低速信号网络应运而生，它们之间通过相应的网关连接，如P hilips公司研究生产的网关控制器SJA2020。目前在汽车设计领域，CAN总线技术已经成为一种必须采用的技术手段。欧洲的汽车制造商基本上都使用CAN总线来连接车身电子系统以及动力系统，美国的汽车制造商也已经决定在其动力系统中采用CAN总线进行系统通信，大多数客车厂都选用了基于CAN总线的汽车网络系统，而远东的汽车制造商也开始采用基于CAN的车载网络。Daimler-Benz公司是第一家应用CAN总线的汽车制造商，它使用了CAN总线来建立动力系统中电子控制单元之间的连接，现在几乎公司中所有乘用车和货车都采用CAN总线来建立动力系统网络。欧洲的其他汽车制造商，如Audi、Volvo、Renault等公司也相继在汽车网络系统中应用CAN总线。CAN将逐步替代J1850的网络。至2010年，CAN网络已经占据整个汽车网络协议市场的80%左右。在
欧洲，每辆新客车几乎都配有CAN局域网，在其他类型的交通工具（轮船或火车等）和工业控制中，也都采用了CAN总线技术手段，CAN已经成为全球最重要的总线之一。
德国BOSCH公司是CAN总线技术的创始人，其最初的CAN总线是针对汽车监控和控制系统而设计的，现今，机械工业、机器人和医疗机械等领域也越来越多地应用CAN总线技术。西门子威迪欧汽车电子是全球电子和汽车机械电子产品的领导者，它们以仪表、汽车音响、导航、远程信息和多媒体应用组成的信息和通信系统设计驾驶室，很大地提高了车内的舒适性，同时其安全气囊、ABS和出入控制系统的安全通信也提高了车辆驾驶的安全性。几年前CAN总线已经面临着自身局限性的瓶颈，很多车型在生产时就已经到达了最大总线负载，在没有预留任何带宽的情况下，无论怎么增加总线的数量，都无法加倍提高数据传输速率。若采用增加网关的方法，不仅会使系统变得复杂，而且会产生不可接受的报文传输延迟，使系统缺乏确定性。