总线负载率对传输稳定性影响分析

随着汽车电子手艺的成长，车身零部件越来越多，ECU之间数据交互越来越轻易受到影响，负载过高也会导致ECU报错，这您知道吗？人类有大脑，电脑有CPU，而汽车则有ECU。显然，如果将一辆车比喻成一个人的话，那么，四个轮子就是人的四肢，车身和底盘是人的骨骼，各种电路和线路是人的反馈神经，而ECU则是控制人的各种思维和行为的大脑。看见ECU是整车性能好坏的最重要组成部分了。那么ECU究竟是怎么一回事呢?   

一、什么是ECU

ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微处理器（MCU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。

从外观上也很好辨认—在发动机电子燃油喷射系统中有一个形似方盒子的控制元件,它就是ECU。元件周围有许多细密的插槽，用来连接众多的输入输出电路,它和其他电子控制元件一起组成了汽车的大脑神经中枢系统 ,随时监控着输入的各种数据(比如刹车、换档等)和汽车运行的各种状态 (加速、打滑、油耗等 ),并按照预先设计的程序计算各种传感器送来的信息 ,经过处理以后,把各个参数发送给各相关的执行机构 ,执行各种预定的控制功能。   

图1  

二、 总线负载率对传输稳定性影响分析

随着驾驶性能以及安全等级的不断提高，使得对各类电控系统采集和执行的信号精准的要求越来越高，导致 ECU之间交互的信息量越来越大，报文不断增多，负载不断增大。一般情况下，为保证低优先级的报文传输延迟在可接受的时间范围内，总线利用率不应超过30%，当负载率大于38%～40％时，稳定性开始衰减，超过55％后存在影响驾驶性及安全性风险，大于65％时，稳定性衰减加剧，超过98％时，网络将不堪重负，如图2所示。   

图2  

三、 高负载率对总线的影响

CAN总线本质上还是半双工通讯，就是“单行道”，即一个节点发送的时候其他节点无法发送数据。虽然CAN报文ID有优先级的区分，但如果高优先级一直占用总线，导致低优先级的节点就无法发出数据，这就是堵塞现象。负载率高的总线，此现象更为严重。  

拥堵的重要的危害会发生报文竞争，导致仲裁。在仲裁结束时，容易产生尖峰脉冲，有导致位翻转的隐患，特别是在容抗较大场合，容易导致位错误。如图3所示。

图3  

负载率过高，总线节点多，造成总线网线的分布电容很大，体现在下降沿非常缓，如图4所示，显性电平回到隐性电平需要的放电时间加大。对信号来说就是会缩短隐性电平时间，容易导致位错误。   

图4  

有人会问CAN总线负载率必需小于30%吗？CAN总线负载率不一定要小于30%，根据经验，负载率应控制在50％以内，有较为完善的网络管理策略时，网段负载率应不超过70%。当然负载率是越低，越能保证实时性，但是负载率太低就无法传输足够的数据，这是CAN的一个问题，在数据量大的时候无法保证实时性。一般的说法是30%左右的负载率是最好的。

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