汽車CAN總線概述及其故障診斷

　1. 汽車CAN總線技術(shù)簡介
　　CAN總線技術(shù)是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
　　汽車CAN總線技術(shù)通過遍布車身的傳感器，汽車的各種行駛數(shù)據(jù)會被發(fā)送到“總線”上，這些數(shù)據(jù)不會指定唯一的接收者，凡是需要這些數(shù)據(jù)的接收端都可以從“總線”上讀取需要的信息。CAN總線的傳輸數(shù)據(jù)非?？欤梢赃_(dá)到每秒傳輸32bytes有效數(shù)據(jù)，這樣可以有效保證數(shù)據(jù)的實效性和準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的轎車在機艙和車身內(nèi)需要埋設(shè)大量線束以傳遞傳感器采集的信號，而Can-Bus總線技術(shù)的應(yīng)用可以大量減少車體內(nèi)線束的數(shù)量，線束的減少則降低了故障發(fā)生的可能性。
　　2. 汽車CAN總線技術(shù)工作原理
　　CAN―BUS數(shù)據(jù)總線包括控制單元、控制器、收發(fā)器、數(shù)據(jù)傳輸終端?？刂茊卧荂AN―BUS數(shù)據(jù)總線主要計算器，將控制器傳遞來的信息進(jìn)行運算，并將運算數(shù)據(jù)傳遞給控制器?？刂破鹘邮諄碜钥刂茊卧男盘枺纬芍噶钔ㄟ^發(fā)送器傳遞總線。收發(fā)器接收總線數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到CAN控制器?？刂破魍ㄟ^接收器傳遞信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳遞給控制單元。CAN―BUS數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)傳遞就像一個總部。一個分部通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)“上傳”網(wǎng)絡(luò)中，其他用戶通過網(wǎng)絡(luò)“接收”這個數(shù)據(jù)，對這個數(shù)據(jù)感興趣的用戶就會利用數(shù)據(jù)，而其他用戶則選擇忽略。
　　3. 汽車CAN總線技術(shù)的優(yōu)缺點
　　優(yōu)點：
　　（1）減輕整車重量。減少線束，部分線束變細(xì)，節(jié)省其他空間，單個線束所承載的功能增加。
　?。?）節(jié)約成本 。線束減少，傳感器共享，可以實現(xiàn)控制器執(zhí)行器的就近連接原則。
　?。?）質(zhì)量可靠。插頭減少，故障率減少，質(zhì)量更可靠。
　?。?）減少裝配時間。減少了裝配步驟。
　?。?）增大開發(fā)余地。各控制器可以把整車功能相對隨意地分擔(dān)，新的功能和新技術(shù)可以通過軟件進(jìn)行更新。
　　缺點：
　　不能實現(xiàn)視頻、音頻的實時同步通信。成本高于LIN總線。
　　4. 汽車CAN總線技術(shù)的應(yīng)用及功能
　　A應(yīng)用 ：
　　CAN-BUS的通訊協(xié)議建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型基礎(chǔ)上，主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，用戶可在其基礎(chǔ)上開發(fā)適應(yīng)系統(tǒng)實際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點嚴(yán)重錯誤時，具有自動關(guān)閉的功能，以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點及通信不受影響，故具有較強的抗干擾能力。
　　B功能：
　　a多路傳輸功能。為了減少車輛電氣線束的數(shù)量，多路傳輸通信系統(tǒng)可使部分?jǐn)?shù)字信號通過共用傳輸線路進(jìn)行傳輸，系統(tǒng)工作時，由各個開關(guān)發(fā)送的輸入信號通過中央處理器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號將以串行信號的形式從傳感器傳輸給接收裝置，發(fā)送的信號在接收裝置處將被轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，再由開關(guān)信號對有關(guān)元件進(jìn)行控制
　　b“喚醒”和“休眠”功能。“喚醒”和“休眠”功能用于減少在關(guān)閉點火開關(guān)時蓄電池的額外能量消耗。當(dāng)系統(tǒng)處于“休眠”狀態(tài)時，多路傳輸通信系統(tǒng)將停止諸如信號傳輸和CPU控制等功能，以節(jié)約蓄電池的電能；當(dāng)系統(tǒng)一旦有人為操作時，處于“休眠”狀態(tài)的有關(guān)控制裝置立即開始工作，同時還將“喚醒”信號通過傳輸線路發(fā)送給其他控制裝置。
　　c失效保護(hù)功能。失效保護(hù)功能包括硬件失效保護(hù)和軟件失效保護(hù)兩種功能。當(dāng)系統(tǒng)的CPU發(fā)生故障時，硬件失效保護(hù)功能使其以固定的信號進(jìn)行輸出，以確保車輛能繼續(xù)行駛；當(dāng)系統(tǒng)某控制裝置發(fā)生故障時，軟件失效保護(hù)功能將不受來自有故障的控制裝置的信號影響，以保證系統(tǒng)能繼續(xù)工作。
　　d故障自診斷功能。故障自診功能具有兩種模式，即多路傳輸通信系統(tǒng)的自診斷模式和各系統(tǒng)輸入線路的故障診斷模式，通過這兩種模式既能對自身的故障進(jìn)行自診斷，同時還能對其他系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。
　　5. 汽車CAN總線技術(shù)的故障和解決方法
　　CAN總線技術(shù)雖說是把汽車上的線路高度集中化，減少了故障的產(chǎn)生，并且具有自診斷功能，但它并非十全十美，其實也有自身的不足之處，其中引起汽車信息傳輸故障的原因有三種類型：
　　A汽車電源系統(tǒng)引起的故障：
　　汽車信息傳輸系統(tǒng)的核心部分是電控模塊，電控模塊的正常工作電壓在10.5-15.0V的范圍內(nèi)。假如汽車電源系統(tǒng)提供的正常工作電壓低于此值，就會造成一些對工作電壓要求高的電控模塊出現(xiàn)停止工作的狀態(tài)，從而使整個汽車信息傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)無法通訊。通過對故障代碼的分析和了解可以得出故障的原因和處理方法。由于故障代碼具有間歇性，因此一次間歇為這根電源線發(fā)生間歇斷路故障?！　節(jié)點故障：
　　節(jié)點故障屬于電控模塊故障，也就是信息傳輸系統(tǒng)中的故障，因此節(jié)點故障也就是電控模塊的故障。節(jié)點故障包括軟件故障和硬件故障。其中硬件故障一般是指芯片和集成電路的故障，造成汽車信息傳輸系統(tǒng)不能正常運行。軟件故障主要是指從而使汽車信息傳輸系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障，這種類型的故障一般成批的出現(xiàn)，并且不可維修。因此，對于節(jié)點的故障問題，一般只有采用替換的方法進(jìn)行檢測。通過對故障分析和排除通過讀取故障代碼，可以判斷其故障的原因，用替換法試換安全氣囊控制單元，故障得以排除。
　　C線路故障：
　　汽車CAN總線的線路故障也就是通訊線路的故障問題。當(dāng)汽車信號傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)通訊線路故障時，會導(dǎo)致通信線路短路，通訊信號失真，還可能會引起電控系統(tǒng)錯誤動作。但是通過對故障的檢測與排除，可以發(fā)現(xiàn)故障的原因，最終可以排除故障。
　　6. CAN總線技術(shù)的故障的解決方法
　　在汽車上安裝有CAN總線技術(shù)，當(dāng)車輛出現(xiàn)故障時，汽車修理員首先應(yīng)該檢測的是汽車信息傳輸系統(tǒng)是否正常。如果信息傳輸系統(tǒng)有故障，則整個汽車信息傳輸系統(tǒng)無法正常運行，從而為故障診斷帶來不便。CAN總線技術(shù)有故障自診模式，系統(tǒng)通過自診讀出相應(yīng)的故障代碼。對于汽車CAN信息傳輸系統(tǒng)故障的維修，應(yīng)根據(jù)信息傳輸系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析處理。
　　A電阻的測量：
　　汽車終端電阻中的兩個控制單元是相互連接的，因此兩個終端電阻是并聯(lián)的。當(dāng)在一個帶有終端電阻的控制單元插頭拔下后測量的阻值沒有發(fā)生變化，則說明系統(tǒng)中存在問題，可能是被拔下的控制單元終端電阻損壞出現(xiàn)斷路。如果在拔下控制單元后顯示的阻值變化無窮大，則可能是連接中的控制單元終端電阻損壞，或是該控制單元的CAN―BUS出現(xiàn)故障。當(dāng)測量的結(jié)果為每一個終端電阻大約為120歐，而總值為60歐時，可以判斷連接電阻是正常的，但是終端電阻不一定就是120歐，其相應(yīng)的阻值依賴于總線的結(jié)構(gòu)。
　　B波形分析：
　?。?）正常波形。正常情況下，CAN-High的高電平為3.6V，低電平為0V；CAN-Low的高電平為5V，低平為0V。
　?。?）CAN-High與CAN-Low之間短路。其特點為CAN-High和CAN-Low的電壓電位相同，舒適CAN因此而單線工作。這意味著，通訊僅為一條線路的電壓電位起作用，控制單元利用該電壓電位對地值確定傳輸數(shù)據(jù)。
　?。?）CAN-High對地短路。其特點為CAN-High的電壓置于0V，CAN-Low的電壓電位正常。在該故障情況下，舒適CAN變?yōu)閱尉€工作。
　?。?）CAN-High對正極短路。CAN-High 線的電壓電位大約為12V或者蓄電池電壓，CAN-Low線的電壓電位正常。在該故障情況下，舒適CAN變?yōu)閱尉€工作。
　?。?）CAN-Low對地短路。CAN-Low的電壓置于0V.CAN-High的電壓電位正常。在該故障情況下，舒適CAN變?yōu)閱尉€工作。
　?。?）CAN-Low對正極短路。CAN-Low 線的電壓電位大約為12V或者蓄電池電壓，CAN-High線的電壓電位正常。在該故障情況下，舒適CAN變?yōu)閱尉€工作。
　?。?）CAN-Low斷路。CAN-High線電壓電位正常，在CAN-Low線上為5V的隱性電壓電位和一個比特長的1V顯性電壓電位。當(dāng)一個信息內(nèi)容被正確的接受，則控制單元發(fā)送這個顯性電壓電位。在左圖顯示由很多發(fā)送控制單元組成的系統(tǒng)。“A“部分是信息的一部分，該信息被一個控制單元所發(fā)送。在“B“時間點接收到正確的信息內(nèi)容，則接收控制單元用一個顯性的電壓電位給予答復(fù)。在“B“時間點因為收到正確的信息，則所有控制單元都同時發(fā)送一個顯性的電壓電位，正因為如此，該比特的電位差要大一些。
　　（8）CAN-High斷路。CAN-Low線電壓電位正常，在CAN-High線上為0V的顯性電壓電位和一個比特長的4V隱性電壓電位。
　　C CAN導(dǎo)線的維修
　　當(dāng)信號傳輸系統(tǒng)中的導(dǎo)線有破損和短路時，則需要接線，每段接線長度應(yīng)該小于50mm，其中每兩段接線之間長度應(yīng)該大于等于100mm，此外每條導(dǎo)線長度不應(yīng)該超過5m，否則可能會導(dǎo)致導(dǎo)線所傳輸?shù)?strong>脈沖信號會失真。
　　7. 結(jié)束語
　　基于CAN系統(tǒng)的增長貫穿了20世紀(jì)90年代，并且由于硬件控制器元件供應(yīng)商不斷降低成本的努力及提供大量產(chǎn)品來支持基于CAN的系統(tǒng)，這一增長趨勢在未來十年仍將持續(xù)。CAN已經(jīng)成為事實標(biāo)準(zhǔn)，在可預(yù)見的將來，新的低成本控制器芯片將會繼續(xù)支持CAN市場的增長。
　　【參考文獻(xiàn)】
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