提升汽车CAN总线能效以增强燃油经济性

局部网络

当今的汽车可能包含大量ECU，高端车型中的ECU数量可能多达100个左右。大多数ECU(如果不是全部的话)连接至CAN总线，因此，CAN总线始终是启用的。即使发动机熄火时，某些ECU必须保持工作，以维持遥控开锁(RKE)等功能的运作。这么多数量的ECU连接至总线，对总体电能消耗有重要影响。

局部网络(Partial Networking, PN)是一种用于降低能耗同时使ECU能够对唤醒指令作出响应的技术。系统仅在某些特定时刻根据需要启用部分网络，而其它节点保持在低功率状态。有几种可能的局部网络应用方案。针对公路用车颁布的CAN标准ISO 11898-6定义了选择性唤醒功能，作为以高速媒体存取提供局部网络的方式。当某个ECU不要求工作时，它可能断开与CAN网络的连接，只要没有特定指令传送给这个特别节点。

为了配合局部网络功能，各个节点要求专用收发器中内置“选择性唤醒功能”。这种选择性唤醒功能使不工作的ECU的电流消耗能降低至汽车制造商通常规定的100 µA平均待机电流极限范围内。即使有这样的省电效果，但连接至总线ECU数量众多，以致于对总线的总能耗进而对汽车的燃油消耗有较大影响。这种途径的另一项缺点就是跟每颗IC中必须包含的额外选择性唤醒电路相关的系统成本增加了。此外，网络内所有节点都需要软件适配，以配合应用局部网络。这就增加了较大的系统开发负荷。

引入 CAN中继器

通过将逻辑总线分割为两个物理部分，使其中某个完整部分在不用时断电，能够获得可贵的省电效果，如图2所示。这可以通过在连接至CAN总线的某个模块上引入双向中继器来实现。

图 3. 增加一个具有CAN中继器的模块使总线能够分割为两个部分

常规模块包含一个连接至总线的CAN收发器，此收发器将物理CAN信号转换为由模块的微控制器(MCU)处理的数字信号。通常情况下，连接至总线的所有模块都是这种类型。增加一个带内置CAN中继器的模块会创建一个点，总线在此点能从物理上分为两个部分。

如图4所示，CAN中继器以与独立式CAN收发器类似的方式连接微控制器。在此器件内部，端口A上的每个信号传输至端口B，而端口B上的每个信号传输至端口A。CAN总线信号在微控制器中被解释(interpreted)。CAN总线数据的重复在中继器芯片内部完成。当接收到进入休眠(Go-to-Sleep)指令时，端口之间的连接被断开，有效地断开端口B上网络部分的连接。断开连接部分上的所有节点都可以进入极低能耗的休眠模式。

图4. CAN中继器模块的内部架构。

这种方法简单且性价比高，因为所有节点中除了一个节点外都可以使用标准ISO11898-2或ISO11898-5收发器来应用，而且无须软件适配。仅要求使用一个中继器。当使用这种技术时，重要的是计算顾及到线缆长度、传输速度及由中继器导致的额外延迟等因素的总体时序。

采用这种方式来分割总线也增强了汽车的故障容限(如线缆对地或电池短路)能力。如果有要求，还可以通过插入额外的总线中继器，来进一步限制这些所谓的“硬”总线故障。还可以防止带有像增加电磁辐射及散热问题等后果的“软”错误影响整个网络。

结论

当今的汽车制造商越来越注重将汽车中每个系统的能效提升至最高，以满足更严格的排放及燃油经济性目标。为了符合汽车购买者乃至地球的需求，如今，前所未有地更加重要的是，充分利用新的IC进展来更高效率地在从熄火到所有系统工作等各个使用模式管理电气能耗。