汽車(chē)CAN總線(xiàn)概述及其故障診斷

　1. 汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介
　　CAN總線(xiàn)技術(shù)是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。在汽車(chē)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被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。由于這些系統之間通信所用的數據類(lèi)型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線(xiàn)構成的情況很多，線(xiàn)束的數量也隨之增加。為適應“減少線(xiàn)束的數量”、“通過(guò)多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數據的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過(guò)ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標準化，在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的標準協(xié)議。
　　汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)通過(guò)遍布車(chē)身的傳感器，汽車(chē)的各種行駛數據會(huì )被發(fā)送到“總線(xiàn)”上，這些數據不會(huì )指定唯一的接收者，凡是需要這些數據的接收端都可以從“總線(xiàn)”上讀取需要的信息。CAN總線(xiàn)的傳輸數據非?？?，可以達到每秒傳輸32bytes有效數據，這樣可以有效保證數據的實(shí)效性和準確性。傳統的轎車(chē)在機艙和車(chē)身內需要埋設大量線(xiàn)束以傳遞傳感器采集的信號，而Can-Bus總線(xiàn)技術(shù)的應用可以大量減少車(chē)體內線(xiàn)束的數量，線(xiàn)束的減少則降低了故障發(fā)生的可能性。
　　2. 汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)工作原理
　　CAN―BUS數據總線(xiàn)包括控制單元、控制器、收發(fā)器、數據傳輸終端?？刂茊卧荂AN―BUS數據總線(xiàn)主要計算器，將控制器傳遞來(lái)的信息進(jìn)行運算，并將運算數據傳遞給控制器?？刂破鹘邮諄?lái)自控制單元的信號，形成指令通過(guò)發(fā)送器傳遞總線(xiàn)。收發(fā)器接收總線(xiàn)數據，并將數據傳送到CAN控制器?？刂破魍ㄟ^(guò)接收器傳遞信號進(jìn)行轉換傳遞給控制單元。CAN―BUS數據總線(xiàn)中的數據傳遞就像一個(gè)總部。一個(gè)分部通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據“上傳”網(wǎng)絡(luò )中，其他用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )“接收”這個(gè)數據，對這個(gè)數據感興趣的用戶(hù)就會(huì )利用數據，而其他用戶(hù)則選擇忽略。
　　3. 汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
　　優(yōu)點(diǎn)：
　?。?）減輕整車(chē)重量。減少線(xiàn)束，部分線(xiàn)束變細，節省其他空間，單個(gè)線(xiàn)束所承載的功能增加。
　?。?）節約成本 。線(xiàn)束減少，傳感器共享，可以實(shí)現控制器執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(shí)間。減少了裝配步驟。
　?。?）增大開(kāi)發(fā)余地。各控制器可以把整車(chē)功能相對隨意地分擔，新的功能和新技術(shù)可以通過(guò)軟件進(jìn)行更新。
　　缺點(diǎn)：
　　不能實(shí)現視頻、音頻的實(shí)時(shí)同步通信。成本高于LIN總線(xiàn)。
　　4. 汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)的應用及功能
　　A應用 ：
　　CAN-BUS的通訊協(xié)議建立在國際標準組織的開(kāi)放系統互聯(lián)參考模型基礎上，主要工作在數據鏈路層和物理層，用戶(hù)可在其基礎上開(kāi)發(fā)適應系統實(shí)際需要的應用層通信協(xié)議。CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當節點(diǎn)嚴重錯誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能，以切斷該節點(diǎn)與總線(xiàn)的聯(lián)系，使總線(xiàn)上的其他節點(diǎn)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(chē)輛電氣線(xiàn)束的數量，多路傳輸通信系統可使部分數字信號通過(guò)共用傳輸線(xiàn)路進(jìn)行傳輸，系統工作時(shí)，由各個(gè)開(kāi)關(guān)發(fā)送的輸入信號通過(guò)中央處理器轉換成數字信號，該數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換為開(kāi)關(guān)信號，再由開(kāi)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(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)蓄電池的額外能量消耗。當系統處于“休眠”狀態(tài)時(shí)，多路傳輸通信系統將停止諸如信號傳輸和CPU控制等功能，以節約蓄電池的電能；當系統一旦有人為操作時(shí)，處于“休眠”狀態(tài)的有關(guān)控制裝置立即開(kāi)始工作，同時(shí)還將“喚醒”信號通過(guò)傳輸線(xiàn)路發(fā)送給其他控制裝置。
　　c失效保護功能。失效保護功能包括硬件失效保護和軟件失效保護兩種功能。當系統的CPU發(fā)生故障時(shí)，硬件失效保護功能使其以固定的信號進(jìn)行輸出，以確保車(chē)輛能繼續行駛；當系統某控制裝置發(fā)生故障時(shí)，軟件失效保護功能將不受來(lái)自有故障的控制裝置的信號影響，以保證系統能繼續工作。
　　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的自診斷模式和各系統輸入線(xiàn)路的故障診斷模式，通過(guò)這兩種模式既能對自身的故障進(jìn)行自診斷，同時(shí)還能對其他系統進(jìn)行故障診斷。
　　5. 汽車(chē)CAN總線(xiàn)技術(shù)的故障和解決方法
　　CAN總線(xiàn)技術(shù)雖說(shuō)是把汽車(chē)上的線(xiàn)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(shí)也有自身的不足之處，其中引起汽車(chē)信息傳輸故障的原因有三種類(lèi)型：
　　A汽車(chē)電源系統引起的故障：
　　汽車(chē)信息傳輸系統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。假如汽車(chē)電源系統提供的正常工作電壓低于此值，就會(huì )造成一些對工作電壓要求高的電控模塊出現停止工作的狀態(tài)，從而使整個(gè)汽車(chē)信息傳輸系統出現無(wú)法通訊。通過(guò)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(xiàn)發(fā)生間歇斷路故障?！　節點(diǎn)故障：
　　節點(diǎn)故障屬于電控模塊故障，也就是信息傳輸系統中的故障，因此節點(diǎn)故障也就是電控模塊的故障。節點(diǎn)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(chē)信息傳輸系統不能正常運行。軟件故障主要是指從而使汽車(chē)信息傳輸系統通訊出現故障，這種類(lèi)型的故障一般成批的出現，并且不可維修。因此，對于節點(diǎn)的故障問(wèn)題，一般只有采用替換的方法進(jìn)行檢測。通過(guò)對故障分析和排除通過(guò)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(xiàn)路故障：
　　汽車(chē)CAN總線(xiàn)的線(xiàn)路故障也就是通訊線(xiàn)路的故障問(wèn)題。當汽車(chē)信號傳輸系統出現通訊線(xiàn)路故障時(shí)，會(huì )導致通信線(xiàn)路短路，通訊信號失真，還可能會(huì )引起電控系統錯誤動(dòng)作。但是通過(guò)對故障的檢測與排除，可以發(fā)現故障的原因，最終可以排除故障。
　　6. CAN總線(xiàn)技術(shù)的故障的解決方法
　　在汽車(chē)上安裝有CAN總線(xiàn)技術(shù)，當車(chē)輛出現故障時(shí)，汽車(chē)修理員首先應該檢測的是汽車(chē)信息傳輸系統是否正常。如果信息傳輸系統有故障，則整個(gè)汽車(chē)信息傳輸系統無(wú)法正常運行，從而為故障診斷帶來(lái)不便。CAN總線(xiàn)技術(shù)有故障自診模式，系統通過(guò)自診讀出相應的故障代碼。對于汽車(chē)CAN信息傳輸系統故障的維修，應根據信息傳輸系統的具體結構進(jìn)行具體分析處理。
　　A電阻的測量：
　　汽車(chē)終端電阻中的兩個(gè)控制單元是相互連接的，因此兩個(gè)終端電阻是并聯(lián)的。當在一個(gè)帶有終端電阻的控制單元插頭拔下后測量的阻值沒(méi)有發(fā)生變化，則說(shuō)明系統中存在問(wèn)題，可能是被拔下的控制單元終端電阻損壞出現斷路。如果在拔下控制單元后顯示的阻值變化無(wú)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出現故障。當測量的結果為每一個(gè)終端電阻大約為120歐，而總值為60歐時(shí)，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，其相應的阻值依賴(lài)于總線(xiàn)的結構。
　　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(diǎn)為CAN-High和CAN-Low的電壓電位相同，舒適CAN因此而單線(xiàn)工作。這意味著(zhù)，通訊僅為一條線(xiàn)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據。
　?。?）CAN-High對地短路。其特點(diǎn)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€(xiàn)工作。
　?。?）CAN-High對正極短路。CAN-High 線(xiàn)的電壓電位大約為12V或者蓄電池電壓，CAN-Low線(xiàn)的電壓電位正常。在該故障情況下，舒適CAN變?yōu)閱尉€(xiàn)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€(xiàn)工作。
　?。?）CAN-Low對正極短路。CAN-Low 線(xiàn)的電壓電位大約為12V或者蓄電池電壓，CAN-High線(xiàn)的電壓電位正常。在該故障情況下，舒適CAN變?yōu)閱尉€(xiàn)工作。
　?。?）CAN-Low斷路。CAN-High線(xiàn)電壓電位正常，在CAN-Low線(xiàn)上為5V的隱性電壓電位和一個(gè)比特長(cháng)的1V顯性電壓電位。當一個(gè)信息內容被正確的接受，則控制單元發(fā)送這個(gè)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。“A“部分是信息的一部分，該信息被一個(gè)控制單元所發(fā)送。在“B“時(shí)間點(diǎn)接收到正確的信息內容，則接收控制單元用一個(gè)顯性的電壓電位給予答復。在“B“時(shí)間點(diǎn)因為收到正確的信息，則所有控制單元都同時(shí)發(fā)送一個(gè)顯性的電壓電位，正因為如此，該比特的電位差要大一些。
　?。?）CAN-High斷路。CAN-Low線(xiàn)電壓電位正常，在CAN-High線(xiàn)上為0V的顯性電壓電位和一個(gè)比特長(cháng)的4V隱性電壓電位。
　　C CAN導線(xiàn)的維修
　　當信號傳輸系統中的導線(xiàn)有破損和短路時(shí)，則需要接線(xiàn)，每段接線(xiàn)長(cháng)度應該小于50mm，其中每?jì)啥谓泳€(xiàn)之間長(cháng)度應該大于等于100mm，此外每條導線(xiàn)長(cháng)度不應該超過(guò)5m，否則可能會(huì )導致導線(xiàn)所傳輸的脈沖信號會(huì )失真。
　　7. 結束語(yǔ)
　　基于CAN系統的增長(cháng)貫穿了20世紀90年代，并且由于硬件控制器元件供應商不斷降低成本的努力及提供大量產(chǎn)品來(lái)支持基于CAN的系統，這一增長(cháng)趨勢在未來(lái)十年仍將持續。CAN已經(jīng)成為事實(shí)標準，在可預見(jiàn)的將來(lái)，新的低成本控制器芯片將會(huì )繼續支持CAN市場(chǎng)的增長(cháng)。
　　【參考文獻】
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