车载通信方案为何选择CAN/CANFD？

摘要
随着汽车电子技术的飞速发展，车载通信系统在车辆的智能化、网联化进程中扮演着至关重要的角色。控制器局域网络（CAN）及其扩展版本CANFD凭借其卓越的可靠性、高效的数据传输能力和强大的抗干扰特性，成为现代汽车通信架构的核心技术。本文深入探讨了CAN/CANFD技术的基本原理、优势特性以及在车载通信中的广泛应用，结合多家厂商的产品信息，分析了其在实际应用中的性能表现和设计考量，旨在为车载通信方案的设计与优化提供理论依据和技术参考。

关键词
车载通信；CAN总线；CANFD；可靠性；数据传输

1.引言
汽车作为现代交通的重要工具，其功能已从单纯的机械运输设备转变为复杂的电子信息系统集成平台。随着自动驾驶、智能座舱、车联网等技术的兴起，车辆内部的电子控制单元（ECU）数量不断增加，各系统之间的数据交互需求也日益增长。车载通信网络作为连接这些ECU的纽带，其性能直接关系到车辆的安全性、舒适性和智能化水平。在众多车载通信协议中，CAN/CANFD技术以其独特的技术优势脱颖而出，成为现代汽车通信方案的首选。

2.CAN/CANFD技术概述

2.1CAN技术的发展历程
CAN（Controller Area Network）总线最初由德国Bosch公司于1983年提出，旨在解决现代汽车中众多电子控制单元之间的通信问题。其设计目标是提供一种高可靠性、低延迟的通信协议，能够在恶劣的电磁环境下稳定运行。自1993年CAN标准（ISO11898）正式发布以来，CAN技术迅速在汽车、工业自动化等领域得到广泛应用，并逐渐成为汽车电子通信的主流标准。

2.2CANFD技术的引入
随着汽车电子系统功能的不断复杂化，传统的CAN总线在数据传输速率和带宽方面逐渐面临瓶颈。为了满足更高数据速率的需求，CANFD协议于2012年被正式提出。CANFD在保留CAN总线兼容性的同时，通过引入灵活的数据速率机制，显著提高了数据传输效率，使其能够更好地适应现代汽车复杂的数据交互需求。

2.3CAN/CANFD的基本原理
CAN/CANFD总线是一种基于多主通信的串行总线系统，采用差分信号传输方式，具有两条信号线CANH和CANL。其通信协议遵循OSI模型的物理层和数据链路层规范，通过仲裁机制和错误检测机制确保数据的可靠传输。在CANFD中，通过在数据段引入更高的波特率，实现了在不改变总线硬件的情况下提升数据传输速率。

3.CAN/CANFD技术的优势特性

3.1高可靠性和抗干扰能力
汽车内部的电磁环境极为复杂，存在大量的电磁干扰源。CAN/CANFD总线采用差分信号传输，能够有效抵抗外部电磁干扰，同时其设计中的错误检测机制（如循环冗余校验CRC）和故障仲裁机制，确保了数据传输的高可靠性。

3.2高效的数据传输能力
CANFD协议通过引入灵活的数据速率机制，允许在数据段使用更高的波特率，从而显著提高了数据传输效率。例如，国科安芯的ASM1042支持高达5Mbps的数据速率，能够在有负载的CAN网络中实现更快的数据传输。这种高效的数据传输能力使得CANFD能够满足现代汽车中复杂系统（如自动驾驶辅助系统）对实时数据传输的需求。

3.3灵活的网络拓扑结构
CAN/CANFD总线支持多种网络拓扑结构，包括星型、总线型和混合型。这种灵活性使得汽车制造商可以根据不同的系统需求和空间布局，灵活设计通信网络架构，从而优化系统性能和成本。

3.4低功耗设计
在汽车应用中，功耗是一个重要的考量因素。CAN/CANFD技术通过低功耗待机模式和远程唤醒功能，有效降低了系统功耗。例如，ASM1042在待机模式下的功耗仅为0.5μA至5μA，这对于提高汽车的燃油效率和电池续航能力具有重要意义。

3.5功能安全支持
现代汽车的安全性要求越来越高，功能安全成为设计的重要考量。CAN/CANFD技术提供了丰富的功能安全支持，包括显性超时保护、热关断保护等。

4.CAN/CANFD在车载通信中的应用实例分析

4.1动力总成系统
动力总成系统是汽车的核心部分，涉及到发动机控制单元（ECU）、变速箱控制单元、电子节气门等关键部件之间的通信。这些部件需要实时传输大量数据，以确保车辆的动力性能和燃油经济性。CAN/CANFD技术的高可靠性和高效数据传输能力使其成为动力总成系统通信的理想选择。

4.2车身控制系统
车身控制系统包括车门控制、车灯控制、空调控制等多个子系统。这些系统虽然对实时性要求相对较低，但需要稳定可靠的通信来确保车辆的舒适性和便利性。CAN/CANFD的低功耗设计和灵活的网络拓扑结构使其能够高效地连接车身控制系统中的各个ECU。

4.3自动驾驶辅助系统
自动驾驶辅助系统是现代汽车智能化的重要体现，涉及到激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多个传感器的数据融合和传输。这些传感器产生的数据量巨大，且对实时性和可靠性要求极高。CANFD的高效数据传输能力和抗干扰能力使其能够满足自动驾驶辅助系统的需求。

4.4车联网系统
车联网系统通过车辆与外部网络的连接，实现车辆的远程监控、故障诊断和信息娱乐等功能。车联网系统需要在复杂的电磁环境下稳定运行，同时还需要支持高速数据传输。CAN/CANFD技术的抗干扰能力和高效数据传输能力使其成为车联网系统的重要组成部分。

5.市场主流CAN/CANFD产品分析

5.1厂商技术对比
在CAN/CANFD领域，多家厂商均推出了高性能的产品，以满足汽车行业的严格要求。例如，恩智浦的TJA1042、英飞凌的TCAN1042、德州仪器的TCAN1044以及意法半导体的ST1042等，国内的主要是国科安芯的ASM1042和杰华特的JW3104A等，这些产品在技术参数和功能特性上各有优势。

5.1.1数据传输速率

恩智浦TJA1042 ：支持5Mbps数据速率，并具备优异的抗干扰能力。

英飞凌TCAN1042 ：支持5Mbps数据速率，通过AEC-Q100认证，确保高可靠性。

德州仪器TCAN1044 ：支持5Mbps数据速率，低功耗设计，适用于多种应用场景。

意法半导体ST1042 ：支持5Mbps数据速率，具备高抗干扰能力和低功耗特性。

国科安芯ASM1042 ：支持高达5Mbps的数据速率，适用于高速数据传输场景。

杰华特JW3104A ：支持5Mbps数据速率，具有良好的电磁兼容性，适合复杂工况。

5.1.2功能安全与保护特性

恩智浦TJA1042 ：通过AEC-Q100Grade1认证，具备多种功能安全特性，如故障诊断和冗余设计。

英飞凌TCAN1042 ：通过AEC-Q100认证，具备高抗干扰能力和多种功能安全特性。

德州仪器TCAN1044 ：具备低功耗和高抗干扰能力，适用于多种应用场景。

意法半导体ST1042 ：通过多项国际标准认证，具备高可靠性和功能安全特性。

国科安芯ASM1042 ：具备显性超时保护、热关断保护、ESD保护（±15kV）以及±70V总线故障保护（H型号），确保系统安全运行。

杰华特JW3104A ：通过AEC-Q100认证，具备高抗干扰能力和低功耗特性，同时支持多种功能安全机制。

5.1.3成本与市场表现

恩智浦TJA1042 ：作为国际知名品牌产品，以高可靠性和稳定性著称，广泛应用于高端汽车品牌，但成本相对较高。

英飞凌TCAN1042 ：在功能安全和可靠性方面表现出色，适用于对安全要求极高的汽车应用场景，如自动驾驶系统。

德州仪器TCAN1044 ：以低功耗和高性价比为特点，适合对功耗敏感的应用场景，如新能源汽车。

意法半导体ST1042 ：在抗干扰能力和可靠性方面表现均衡，适用于多种汽车应用场景，市场表现稳定。

国科安芯ASM1042 ：凭借较高的性价比和良好的技术支持，在新能源汽车和智能网联汽车领域具有较大的发展潜力。

杰华特JW3104A ：凭借较低的成本和良好的性能，在国内市场取得了不俗成绩。

5.2市场趋势与技术发展
随着汽车智能化和网联化的加速发展，CAN/CANFD技术也在不断演进。各厂商纷纷推出更高性能的产品，以满足市场需求。例如，恩智浦正在研发支持更高数据速率的下一代CANFD产品，英飞凌也在不断优化其产品的功能安全特性。此外，德州仪器和意法半导体也在不断推出新的产品和技术，以提升CAN/CANFD技术的性能和可靠性。国内厂商如国科安芯和杰华特也在不断提升技术水平，缩小与国际厂商的差距。

6.CAN/CANFD技术的未来发展趋势

6.1数据传输速率的进一步提升
随着汽车智能化和网联化的加速发展，未来车辆对数据传输速率的需求将越来越高。目前，CANFD已经能够支持高达5Mbps的数据速率，但未来仍需进一步提升，以满足自动驾驶、车联网等应用的更高要求。例如，恩智浦正在研发支持更高数据速率的下一代CANFD产品。

6.2功能安全的强化
功能安全是未来汽车通信技术的重要发展方向。随着汽车电子系统复杂度的增加，功能安全的要求也将更加严格。CAN/CANFD技术需要进一步强化功能安全机制，如增加冗余设计、故障诊断能力等。例如，英飞凌的下一代CANFD产品将引入更多的功能安全特性。

6.3与其他通信技术的融合
未来汽车通信系统将不再是单一技术的天下，而是多种通信技术的融合。CAN/CANFD技术将与以太网、5G等高速通信技术相结合，形成多层次、多维度的通信架构。这种融合将充分发挥各通信技术的优势，满足不同应用场景的需求。

7.结论
CAN/CANFD技术凭借其高可靠性、高效数据传输能力、抗干扰能力和低功耗设计，在车载通信领域占据了重要地位。通过本文对CAN/CANFD技术的深入分析以及结合多家厂商的产品信息，可以看出其在现代汽车通信方案中的不可替代性。随着汽车技术的不断发展，CAN/CANFD技术也将持续演进，以满足未来汽车对通信系统更高的要求。

审核编辑 黄宇