CAN總線系統(tǒng)實踐教學初探

朱春紅，宋建桐，李婕，侯慶紅

（北京電子科技職業(yè)學院，北京 100176）

基于總線系統(tǒng)的傳輸協(xié)議在1983-1986年，由Bosch和Intel兩家公司聯(lián)合開發(fā)，汽車上的首次應用是 1990年生產(chǎn)的梅塞德斯-奔馳S級上[1]。因為CAN總線系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，所以在現(xiàn)在的汽車上應用廣泛，隨之而來的是 CAN總線系統(tǒng)本身也會發(fā)生各種故障[2]。對于汽車維修專業(yè)的學生以及一些從事汽車維修專業(yè)的技術人員，最初接觸 CAN總線系統(tǒng)故障時，總會感覺無從下手。作為汽車維修專業(yè)教師，在教學過程中，通過參加培訓，自主學習和教學實踐，積累并總結了一些 CAN總線系統(tǒng)進行檢測的實踐教學方法，可以讓學生盡快掌握如何對 CAN總線系統(tǒng)故障進行檢測與診斷。

1 CAN總線結構認識

對于一名對 CAN總線沒有任何知識基礎的學生，要讓學生學會診斷 CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)故障，首先不能讓學生有畏難心理，從而造成學生不去動手實踐的結果。只要讓學生掌握檢測時所需的必須知識點即可。如果學生有更深層次的需求，可以提供給學生學習的途徑。檢測 CAN總線所需的最基本理論知識可以通過教師講解、工作頁學習、教材、網(wǎng)絡查詢等多種方式進行。不論通過哪種方式，最終應該讓學生掌握以下幾個要點。

（1）CAN總線是由雙絞線組成，分別為 CAN-H和CAN-L，如圖1所示。

圖1 CAN總線雙絞線

（2）CAN總線兩端并聯(lián)終端電阻，終端電阻的作用是減少其他信號的干擾，一般終端電阻的阻值為120Ω?？偩€上連接若干個控制單元，每個控制單元都有它自己直接讀取信號的傳感器和直接控制的執(zhí)行器，但是有些控制需要其他控制單元采集的傳感器信號，因此，控制單元會把自己采集的傳感器信號和執(zhí)行器的狀態(tài)傳遞到 CAN總線上，每個控制單元都由可以共享總線上傳遞的各種信息，總線上連接的控制單元即CAN總線上的節(jié)點，其結構示意圖如圖2所示。

圖2 CAN總線結構示意圖

（3）CAN總線系統(tǒng)可以分為多個區(qū)域網(wǎng)絡，各個區(qū)域網(wǎng)絡之間通過網(wǎng)關進行信息交換，如圖3為奔馳C260，底盤號為204052車型的整車網(wǎng)絡框圖，從圖中可以看出整車網(wǎng)絡分為CAN A、CAN B、CAN C、CAN D、CAN E、CAN G、CAN H、CAN I，此外還包括LIN，MOST等網(wǎng)絡，本文在此不做介紹。不同的 CAN網(wǎng)絡功能不同，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室膊幌嗤渲幸恍┩瑫r連接到兩個 CAN網(wǎng)絡的控制單元起著網(wǎng)關的作用，而在一些車型上有專門的網(wǎng)關。

圖3 奔馳C260整車網(wǎng)絡框圖

（4）CAN總線系統(tǒng)有些支持單線工作模式，有些不支持單線制工作模式，支持單線工作模式即CAN-H或CAN-L中一根線出現(xiàn)問題，另一根線良好的情況下，設備能正常工作，但是在診斷過程中可以發(fā)現(xiàn)異常，如果不支持單線制工作模式的 CAN網(wǎng)絡，只要有一根線出現(xiàn)問題，設備就不能正常工作，是否支持單線工作模式，可以在后面的實踐過程中進行驗證[3]。

（5）CAN總線系統(tǒng)的典型故障類型如圖4所示。

圖4 CAN 總線系統(tǒng)的故障類型

2 CAN總線的檢測教學過程

在教學過程中，主要是要教會學生測量 CAN總線的方法，并通過測量，找到 CAN總線出現(xiàn)故障時的，車輛會出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，存儲哪些相應的故障碼，以及出現(xiàn)故障時，CAN總線的信號波形會與正常情況比較發(fā)生哪些變化，變化的規(guī)律如何。因此，在對 CAN總線系統(tǒng)進行檢測教學時，是在車輛功能正常的前提下，在總線上設置故障。在真正對車輛進行故障診斷時，根據(jù)類似的故障現(xiàn)象與故障碼，在排除電源、硬件等其他故障后，也可以通過測試數(shù)據(jù)或波形，根據(jù)已經(jīng)具有的工作經(jīng)驗的方法對故障進行分析和判斷。因為 CAN總線系統(tǒng)傳遞信號為變化頻率較高的電壓信號，所以動態(tài)測試時最適宜采用的測試設備為示波器，導線通斷、電阻值等靜態(tài)測試使用萬用表。

圖5 車輛CAN總線改裝示意圖

要在課堂中讓學生掌握測試方法，要做好以下準備工作：①學生要學會確定故障現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)象判斷可能故障原因，再查找相關電路圖，找到測量位置；②學生要學會診斷儀、示波器及萬用表的使用方法；③教師要在車上做好便于設置和恢復故障的改裝；④準備好檢測記錄工作頁，讓學生明確自己的測量任務；⑤讓學生根據(jù)測量結果，總結在設置不同故障時，車輛的故障現(xiàn)象、故障碼、CAN總線波形及其他相關測量數(shù)據(jù)的規(guī)律，并分析故障這些測量結果造成的原因，以便能夠在今后的故障診斷運用已經(jīng)獲得的工作經(jīng)驗。因為

1）車輛線路的改裝

圖6 車輛CAN總線改裝實圖

圖7 奔馳C級車CAN總線插接器

在教學中，本人使用的是一輛奔馳C級車，車上的CAN總線分為多個部分，我在教學中是對CAN B即車內(nèi)CAN總線上所連接的駕駛員側(cè)車門控制單元的 CAN總線進行了改裝。改裝后可以方便的設置如圖4所示的前8種故障。改裝原理如圖5所示，改裝方法是斷開CAN-H和CAN-L總線的導線，在每根導線上焊接了一個方便插拔的插頭，同時在這個控制單元的供電導線上去掉一份絕緣層，接出一對外接插頭，相當于在上面接了一個三通。然后再把相應的部分用絕緣膠帶纏好。實際完成改裝完成的結果如圖6所示，圖中CAN線處于正常連接狀態(tài)。如果要設置斷路故障，只需分別拔開1-2，或3-4 插頭即可；如果要設置對正極短路，可以分別斷開1-2，或3-4 插頭分別與7和8相連，設置對地短路，則分別與5和6相連；設置CAN-H和CAN-L之間互相短路，則1與4相連，2與3相連，這樣就可以輕松設置出圖4 中的前8種故障，并在測試完成后快速恢復原狀。有些教具制造企業(yè)也有相應的故障設置，但是與之相比，雖然看著這種改裝比較簡陋，但是在測試過程中可以具有非常好的教學效果：首先，學生對實車的線路認識更加清晰，最后學生清晰的掌握設置故障的方法與原理，對這幾種故障有非常深刻的認識；其次，在一些要使用的教學車輛上或者要測試的部分，教學車輛上沒有設置好的故障點，利用此種方法教師可以輕松進行改裝，最后利用這種改裝達到了非常好的教學效果，學生學習完成后，都對 CAN總線的測量及故障規(guī)律掌握良好，可以說一舉多得。而對于第9這種電阻缺失的故障，一些車型上終端電阻在控制單元內(nèi)部，不是很好設置，就需要更換一個有故障的控制單元，在奔馳C260上，有CAN總線的插接器，其終端電阻在插接器上，我們是更換一個故障的插接器來設置這個故障。如圖7所示。

2）工作頁的設計

工作頁是引導學生進行測試并進行記錄的教學文件，教師可以根據(jù)自己課時的設置和設備進行工作頁的設計，CAN總線檢測的工作頁在設計時建議包含以下項目及記錄內(nèi)容：

①正常工作時的波形測試、終端電阻值檢測，故障碼檢測。

②正常休眠波形測試。

③CAN-H，CAN-L各自斷路，同時斷路狀態(tài)時的波形測試、導線通斷驗證測試，故障碼記錄。

④CAN-H，CAN-L導線對地、對正極短路狀態(tài)時的波形測試、導線通斷驗證測試（導線對地斷路時需驗證），導線對對地、對正極短路的驗證測試，故障碼記錄。

⑤CAN-H，CAN-L互相短路時的波形測試，故障碼記錄。

⑥終端電阻缺失或不正常時，波形的測試，故障碼記錄，終端電阻值的測試。

以上為 CAN總線出現(xiàn)故障時的基本情況，在實際當中都可能出現(xiàn)，因為有時可能會同時出現(xiàn)兩種以上故障，在實踐允許的情況下，可以隨機兩個故障組合，三個故障組合在一起設置故障后再做同樣的測試。

3 結束語

通過以上檢測，學生在逐一對各種情況進行檢測后，能夠掌握測量方法，通過對檢測結果的記錄和分析，可以讓學生掌握因故障造成檢測波形或數(shù)據(jù)異常的規(guī)律，在今后的故障診斷中可以根據(jù)在課程中獲得的經(jīng)驗進行故障判斷。

[1] 李婕,宋建桐,朱春紅,等.主動車身控制系統(tǒng)功能與原理淺析[J].汽車實用技術,2016(2):25-27.

[2] 么居標,宋建桐,呂江毅,等.基于CAN通信的輪轂電機電動汽車液晶儀表設計[J].小型內(nèi)燃機與車輛技術, 2017(04):31-35.

[3] 朱春紅,李婕,梁時光,等.奔馳轎車空氣懸掛系統(tǒng)的結構與特點[J].河南科技, 2014(12):160-161.