浅析如何利用CAN在汽车设计中降低功耗

每辆汽车中都有一个包含传感器、电机和开关的庞大车载网络。这些网络不断发展以适应车辆上日益增加的连通性，总功耗也随之增加，因此可能会对车辆的排放产生负面影响。

根据所使用的网络协议，有几种方法可以降低功耗。本文将重点介绍经典控制器局域网（CAN）设计，工程师和原始设备制造商（OEM）可以借助一个局部联网架构来降低功耗和相应的排放。

根据国际标准化组织（ISO）11898-5标准，局部联网功能控制CAN总线发送唤醒信号时应激活的网络节点或节点集群，同时使剩余节点处于低功耗睡眠模式，从而提高网络性能并限制车辆功耗。

图1展示了一个简化的汽车总线架构，每个圆圈代表一个在车辆运行期间执行特定操作的CAN或CAN灵活数据速率（FD）节点。

图 1：展示了网络节点的CAN总线架构。

为了更好地了解局部联网的优势，让我们来看一个在非局部联网配置中使用挡风玻璃雨刮器的示例。

通常情况下，当驾驶员使用挡风玻璃雨刮器时，雨刮器会激活连接到车身控制模块的开关，然后该模块会向挡风玻璃雨刮器电机发送唤醒命令。

在不采用局部联网的车辆中，总线上的所有节点都将在发出此唤醒请求时被唤醒，然后判断自身是否为命令的预期接收者。当一个节点确定自身并非请求接收者后，该节点将恢复到待机模式（如果支持）。从功耗的角度来看，这样效率很低，因为所有节点都会被唤醒以判断自身是不是信号接收者；如果不是，则会返回到待机或睡眠状态。

在上述挡风玻璃雨刮器示例中，局部联网功能可以通过仅启用目标电机的目标唤醒对象来消除这种额外的唤醒周期。在此配置中，其他节点保持待机状态，因此可以提高效率并降低功耗。

当考虑到一辆车可能有超过50个不同的节点时，潜在的节能效果可能会非常可观。

根据 CAN in Automation（CiA）（CAN协议国际用户和制造商组织）发布的信息，仅配备15个电子控制单元（ECU）且活动模式下功耗为250mA、选择性睡眠模式下为50µA的车辆可减少近1g CO2/km。当扩大至50个电子控制单元（ECU）时，此数字可高达3g CO2/km。

如果车辆具有局部联网功能，依靠这类支持选择性唤醒功能的CAN收发器将发挥出此配置的全面优势。诸如TCAN1145-Q1和TCAN1146-Q1之类的CAN收发器有助于节省功耗和减少排放，并满足严格的业界通用汽车认证要求。TCAN1146-Q1在正常运行中仅消耗1.5mA电流，因此有助于实现这些目标。

许多原始设备制造商（OEM）为了满足法定排放要求，都在配置局部联网功能。这些收发器在提供局部联网功能的同时，还通过引脚兼容性提供附加的失效防护特性和制造灵活性。
编辑：lyn