大眾PO LO轎車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制原理與故障診斷

田寶春

(浙江交通技師學(xué)院汽車技術(shù)系，浙江 金華 321015)

自20世紀(jì)50年代汽車技術(shù)與電子技術(shù)開始結(jié)合以來，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍也越來越廣。特別隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的運(yùn)用，為汽車提供了速度快捷、功能強(qiáng)大、性能可靠、成本低廉的汽車電子控制系統(tǒng)。但隨著電子技術(shù)的普遍應(yīng)用，車輛控制單元，相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器的數(shù)目不斷增加，使車上的線路也越來越復(fù)雜。按照這樣的發(fā)展趨勢(shì)，車上的有限空間根本不能滿足汽車發(fā)展的需求。

為了應(yīng)對(duì)增多的控制單元與線路，現(xiàn)代汽車廣泛采用串行數(shù)據(jù)總線傳輸方式（CAN總線）傳遞信息（如圖1），即將所有信息沿兩條線路傳輸。這種傳輸方式中，線路數(shù)與控制單元以及所傳遞的信息量的數(shù)量是無關(guān)的。因此當(dāng)控制單元間需要交換大量信息時(shí)，CAN總線的優(yōu)越性就體現(xiàn)了出來。

圖1 串行數(shù)據(jù)總線傳輸方式

1 CAN總線系統(tǒng)的特點(diǎn)及組成

1983年由博世（Bosch）公司開發(fā)CAN數(shù)據(jù)總線應(yīng)用于汽車制造業(yè)，為汽車的控制器之間的數(shù)據(jù)交換提供了一種特殊的局域網(wǎng)。到上個(gè)世紀(jì)90年代，CAN以成為汽車行業(yè)內(nèi)采用得最廣泛的通信協(xié)議，并已成為世界串行通信協(xié)議的一種標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)高速公路確定統(tǒng)一的“交通”規(guī)則。

CAN是Controller Area Network的縮寫，稱為控制單元的局域網(wǎng)。CAN系統(tǒng)的控制單元的連接方式采用銅纜串行方式，由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之間的信息傳送方式稱為廣播式傳輸。

1.1 CAN總線的優(yōu)點(diǎn)

（1）總線功能有較高的可靠性和功能安全性，能減少因插頭連接和導(dǎo)線所引起的故障。

（2）減少導(dǎo)線數(shù)量，因?qū)Ь€減少而降低裝配成本，并減輕線束凈質(zhì)量。

（3）因采用較小的控制單元和插頭，而使空間節(jié)約下來，并使安裝和修改更加容易。

（4）控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸較快。

（5）控制模塊之間能共享傳感器輸入的信號(hào)。

（6）實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊參與復(fù)雜的汽車系統(tǒng)操作。

（7）使用網(wǎng)絡(luò)能提高診斷能力。

（8）能滿足很高的安全性要求。

（9）系統(tǒng)診斷能力更強(qiáng)。

（10）節(jié)點(diǎn)多，價(jià)格便宜。

（11）抗干擾能力強(qiáng)。

（12）安全的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

1.2 CAN系統(tǒng)組成

CAN數(shù)據(jù)總線由控制單元、收發(fā)器、數(shù)據(jù)傳輸終端和數(shù)據(jù)傳輸線等構(gòu)成（如圖2所示）。

圖2 CAN系統(tǒng)組成圖

（1）CAN控制單元?；拒囕d網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由多個(gè)控制單元組成，一個(gè)控制器最基本的功能是作為一個(gè)運(yùn)算器，它得到傳感器或駕駛員操作按鈕的信號(hào)，使用相應(yīng)的程序進(jìn)行運(yùn)算，并可向與其連接的執(zhí)行器發(fā)出控制命令，同時(shí)可將有關(guān)信號(hào)發(fā)送給其他控制器。所以，在網(wǎng)絡(luò)中控制器不是獨(dú)立工作的，而是作為一個(gè)整體，互通信號(hào)、無摩擦地協(xié)調(diào)工作。

（2）CAN收發(fā)器。CAN收發(fā)器安裝在控制器內(nèi)部，同時(shí)兼具接收和發(fā)送的功能，將控制器傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)送入數(shù)據(jù)傳輸線，同時(shí)也接收數(shù)據(jù)傳輸線中數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化送給CAN控制器。收發(fā)器通過TX線（發(fā)送導(dǎo)線）或RX線（接受導(dǎo)線）與數(shù)據(jù)傳輸總線相連。

（3）數(shù)據(jù)傳輸終端。數(shù)據(jù)傳輸終端是一個(gè)終端電阻，防止數(shù)據(jù)在導(dǎo)線終端被反射產(chǎn)生反射波，反射波會(huì)破壞數(shù)據(jù)。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，它接在CAN高線和CAN低線之間。標(biāo)準(zhǔn)CAN-BUS的原始形式中，在總線的兩端接有兩個(gè)終端電阻（如圖3所示）。大眾車型將負(fù)載電阻分布在各個(gè)控制單元內(nèi)，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中裝有“中央終端電阻”，其他控制單元中安裝個(gè)電阻，而電阻的阻值通常為66 Ω和2.6 kΩ。

圖3 CAN系統(tǒng)終端電阻布置

（4）CAN數(shù)據(jù)傳輸線。為了減少干擾，CAN總線的傳輸線多采用雙絞線，即可以防止電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的影響，也可以防止本身對(duì)外界的干擾。其絞距為20 mm，截面積為0.35 mm2或0.5 mm2，這兩條線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相同，分別被稱為CAN高線（CAN-H）和CAN低線（CAN-L），控制器輸出的信號(hào)同時(shí)向兩根通信線發(fā)送，高低電平互為鏡像

2 CAN總線結(jié)構(gòu)

POLO轎車的CAN總線系統(tǒng)，由CAN驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線和CAN舒適系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線組成，兩者的區(qū)別在于傳輸速率和數(shù)據(jù)內(nèi)容不同。

2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN總線

圖4 PO LO轎車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)組成圖

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN總線以500 kb/s的傳輸速率工作，以便在對(duì)安全較重要的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部能進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)傳輸。它由車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制單元J519（帶有用于數(shù)據(jù)總線的診斷接口J533）、轉(zhuǎn)向角傳感器G85、控制單元J285（在儀表板上有顯示單元）、ABS控制單元J104、自動(dòng)變速器控制單元J217、轉(zhuǎn)向輔助控制單元J500、安全氣囊控制單元J234、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元J537及診斷插頭組成（如圖4所示）。

2.2 舒適系統(tǒng)CAN總線

舒適系統(tǒng)CAN總線以100 kb/s的傳輸速率工作，它由車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制單元J519（帶有用于數(shù)據(jù)總線的診斷接口J533）、空調(diào)電子控制系統(tǒng)的控制單元J255、空調(diào)控制單元J301、舒適系統(tǒng)的中央控制單元J393、駕駛員側(cè)車門控制單元J386、左后車門控制單元J388、診斷插頭及控制單元J503（帶有無線電和導(dǎo)航用顯示單元），前座乘客側(cè)車門控制單元J387和右后車門控制單元J389組成（如圖5所示）。

圖5 PO LO轎車CAN舒適系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線組成圖

2.3 數(shù)據(jù)總線的診斷接口J533（網(wǎng)關(guān)）

數(shù)據(jù)總線的診斷接口J533集成在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制單元J519中，主要有兩個(gè)任務(wù)：

（1）在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN總線與舒適系統(tǒng)CAN總線間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于兩個(gè)總線系統(tǒng)傳輸速率不同，要進(jìn)行直接的通信是不可能的。要進(jìn)行系統(tǒng)間的信息交換需要建立連接，這個(gè)連接通過數(shù)據(jù)總線的診斷接口J533實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)關(guān)編譯來自總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)繼續(xù)傳送給相關(guān)的其他總線系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)總線的診斷接口J533是將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN總線和舒適系統(tǒng)CAN總線上的診斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到車身導(dǎo)線上，反之亦然。這樣就能將車輛、測(cè)量和信息系統(tǒng)VAS 5051的數(shù)據(jù)用于自診斷。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、自動(dòng)變速箱控制單元和舒適系統(tǒng)的中央控制單元，有一根單獨(dú)的車身導(dǎo)線。假如CAN驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中有故障，診斷接口將診斷信息從CAN驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)據(jù)總線上轉(zhuǎn)換到車身導(dǎo)線上的信息內(nèi)容與CAN數(shù)據(jù)總線上相同的數(shù)據(jù)用于自診斷。

3 CAN總線控制

2002款POLO轎車的電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)都是全新的。它用CAN數(shù)據(jù)總線將各個(gè)控制單元連接起來，形成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。各個(gè)控制單元在車速的位置如圖6所示。

圖6 PO LO轎車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各控制單元在車上的位置

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元J519在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中起到重要作用。它承擔(dān)以前一直由單獨(dú)的繼電器和控制單元所執(zhí)行的功能。

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元具有下列功能：負(fù)荷管理、車內(nèi)燈控制、燃油泵進(jìn)油控制、車窗清洗和雨刮控制（間歇運(yùn)行和雨量傳感控制）、外后視鏡和后窗加熱、后座椅靠背監(jiān)控、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈和報(bào)警燈控制、喇叭控制、車速控制裝置（轉(zhuǎn)換CAN驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)）、遙控解除后備廂聯(lián)鎖、設(shè)備和開關(guān)照明、活動(dòng)天窗和電動(dòng)車窗升降機(jī)的功能保持；裝配自動(dòng)變速器車輛還具有選檔桿鎖定裝置磁鐵控制、啟動(dòng)鎖止、倒車燈控制功能。

3.1 負(fù)荷管理

在行駛中，大量舒適性裝備和電熱器的使用（如座椅加熱裝置、后窗加熱裝置、外后視鏡加熱裝置和電子輔助加熱裝置）會(huì)引起發(fā)電機(jī)過載，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池放電?？紤]到短時(shí)間用電器的電流需求，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元的負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)定期監(jiān)控蓄電池電壓。如果識(shí)別到車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中電壓不足，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元將會(huì)采取措施，以保持行駛能力及車輛重新啟動(dòng)能力。如果電壓降到12.2 V以下，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元將控制用電器暫時(shí)停止工作，控制流程如下：

如果重新達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元會(huì)恢復(fù)元件工作，控制流程為：

3.2 車內(nèi)燈控制

如果前部和后部車內(nèi)燈開關(guān)都位于車門觸點(diǎn)位置，在車輛停止而車門未關(guān)閉狀態(tài)下，車載網(wǎng)絡(luò)控制單元J519控制車內(nèi)燈10 min后自動(dòng)關(guān)閉，這樣可以避免蓄電池不必要的放電。如果解除車輛聯(lián)鎖或拔出點(diǎn)火鑰匙，30 s后車內(nèi)燈自動(dòng)接通，在車輛鎖住或打開點(diǎn)火開關(guān)后，車內(nèi)燈立即關(guān)閉。車內(nèi)燈在撞車時(shí)自動(dòng)接通。

車內(nèi)燈控制的另一個(gè)作用是，在點(diǎn)火開關(guān)閉約30 min后，車載網(wǎng)絡(luò)控制單元自動(dòng)關(guān)閉由手動(dòng)打開的燈（車內(nèi)燈、前后閱讀燈、后備廂照明燈、雜物箱照明燈和化妝鏡燈），該功能同樣有利于保持蓄電池電量。如果車內(nèi)燈開關(guān)不在車門觸點(diǎn)位置，則撞車時(shí)車內(nèi)燈不會(huì)接通（車內(nèi)燈電路如圖7所示)。

圖7 車內(nèi)燈控制電路

3.3 燃油泵供給控制

2002款POLO轎車中的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)新的燃油泵供給控制裝置。它是由燃油泵繼電器J17和燃油供給繼電器J643并聯(lián)來代替單個(gè)集成防撞燃油關(guān)閉裝置的燃油泵繼電器。這個(gè)兩個(gè)繼電器位于車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元J519上的繼電器托架上。

打開駕駛員側(cè)車門后，車門觸點(diǎn)開關(guān)F2（或中控門鎖F220的關(guān)閉單元）將信號(hào)發(fā)送到車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元，接著車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元控制燃油供給繼電器J643，并使燃油泵G6運(yùn)行大約2 s。

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元中設(shè)置定時(shí)開關(guān)，當(dāng)駕駛員側(cè)車門短暫開啟時(shí)，避免燃油泵持續(xù)運(yùn)行。如果駕駛員側(cè)車門開啟超過30 min，燃油泵重新受控。打開點(diǎn)火開關(guān)或啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，燃油泵G6通過燃油泵繼電器J17由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制（燃油泵控制電路如圖8所示）。

圖8 燃油泵控制電路

3.4 雨刮器控制

（1）后窗雨刮器控制。在車速的間歇運(yùn)行模式或下雨運(yùn)行/檔，在掛入倒車檔后，后窗雨刮器自動(dòng)刮水一次，其電路控制如圖9所示。

圖9 后窗刮水器控制電路

圖10 前風(fēng)窗刮水器鎖止控制電路

（2）前擋風(fēng)玻璃雨刮器鎖止裝置。如果擋風(fēng)玻璃雨刮器已接通間歇檔（取決于車速的間歇運(yùn)行模式或下雨運(yùn)行模式），并且同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋打開，則將信號(hào)從發(fā)動(dòng)機(jī)蓋接觸開關(guān)F266發(fā)送至車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元?？刂茊卧獙⒆柚褂旯纹鲃?dòng)作，直至發(fā)動(dòng)機(jī)蓋再次關(guān)閉（電路控制如圖10所示）。

3.5 外后視鏡和后窗加熱裝置

為了保持蓄電池電量，外后視鏡和后窗加熱裝置只有在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)才接通。接通約20 min后，加熱裝置將自動(dòng)關(guān)閉（電路控制如圖11所示）。

3.6 后排椅靠背監(jiān)控

后排座椅的中間位置，帶有三點(diǎn)式安全帶的車輛具有后座椅靠背監(jiān)控功能。如果后排座椅中間位置靠背部分安裝不正確，在打開點(diǎn)火開關(guān)后儀表板中的一個(gè)指示燈亮起約20 s。后座椅靠背監(jiān)控電路控制如圖12所示。

圖11 外后視鏡和后窗加熱控制電路

圖12 后座椅靠背監(jiān)控電路

3.7 轉(zhuǎn)向信號(hào)燈和報(bào)警燈控制

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制單元J519控制轉(zhuǎn)向燈閃爍、閃爍報(bào)警（手動(dòng)接通或由于撞車）、防盜報(bào)警時(shí)閃爍、打開/關(guān)閉中控門鎖時(shí)閃爍（電路如圖13所示）。

圖13 轉(zhuǎn)向信號(hào)燈和報(bào)警燈控制電路

4 電動(dòng)車窗不工作故障分析

4.1 故障現(xiàn)象

上海大眾波羅（POLO）一臺(tái)轎車在某裝飾部加裝一套防盜器和中控門鎖后，出現(xiàn)電動(dòng)車窗無法工作現(xiàn)象。

4.2 故障檢測(cè)與排除

首先連接VAG 1552故障診斷儀，輸入09地址碼（車載網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)控制單元），利用02功能（查詢故障存儲(chǔ)器）讀取故障代碼，得到兩個(gè)偶發(fā)性故障代碼：一個(gè)是電源電壓太低；一個(gè)是CAN網(wǎng)絡(luò)線斷路。利用05功能（清除故障存儲(chǔ)器）清除故障代碼后，再利用02功能讀取故障代碼，此時(shí)沒有故障代碼存在。利用06功能（結(jié)束輸出），再輸入19（數(shù)據(jù)總線控制單元），利用02功能讀取故障碼，讀得的故障代碼是01330，含義是：Convenience Syscontral Unit-T393 Power Supply To Small（舒適系統(tǒng)中央控制單元J393電源供給太小）。利用05功能清除故障代碼后，再利用02功能讀取故障代碼，沒有故障代碼存在。按壓車窗開關(guān)，沒有反應(yīng)。

再輸入09地址碼讀取電腦版本為：

發(fā)現(xiàn)電腦編碼不對(duì)，該車的電腦編碼應(yīng)該是17566，而讀得的結(jié)果是09216。利用VAG1552故障診斷儀進(jìn)入07（編碼），輸入17566。退出在進(jìn)入19讀版本，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線編碼為00014，是正確的。

退出輸入46地址碼讀取電腦版本為：

發(fā)現(xiàn)該編碼也不對(duì)，該電腦編碼應(yīng)該是00067，而讀得的結(jié)果為01024。利用VAG1552故障診斷儀進(jìn)入07，輸入00067。

退出系統(tǒng)，按壓電動(dòng)車窗開關(guān)，電動(dòng)車窗工作正常。

4.3 故障分析

該車故障的真正原因是電腦編碼錯(cuò)誤，分析造成電腦編碼錯(cuò)誤的原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)是在裝飾部安裝防盜器和中央門鎖時(shí)，他們用試燈測(cè)量電腦管腳，可能是裝防盜器時(shí)查找某個(gè)信號(hào)或電源時(shí)，誤把試燈街頭插入診斷導(dǎo)線K線或L線，錯(cuò)誤地給電腦一個(gè)編碼信號(hào)，從而導(dǎo)致這次故障。

現(xiàn)在汽車已經(jīng)進(jìn)入高科技時(shí)代，因此出現(xiàn)故障不要盲目的用試燈測(cè)量。因?yàn)楹芏嗥嚞F(xiàn)在都是網(wǎng)絡(luò)傳輸，如POLO轎車在德國(guó)裝備了15塊電腦，上海大眾（POLO）轎車裝備了14塊電腦，全部電腦都是網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)共享，因此在故障檢修時(shí)一定要小心。

5 結(jié)束語

CAN總線技術(shù)的運(yùn)用，極大的提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性。也更好的解決了汽車的污染和節(jié)能等問題。未來，CAN總線技術(shù)在汽車上必然得到更廣泛的使用。而車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致汽車電控單元不能相互通信，從而引發(fā)故障，只有對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)熟練的掌握，才能適應(yīng)當(dāng)代汽車控制系統(tǒng)的維修。

[1]來振華.車載CAN總線的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展方向[J].汽車電器，2009，（4）：1-2.

[2]于萬海.車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與檢修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3]楊慶彪.現(xiàn)代轎車全車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與維修[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.