總線技術(shù)在汽車電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

劉賢

南京徐工汽車制造有限公司 江蘇省南京市 210000

汽車電氣系統(tǒng)中運用先進的總線技術(shù)來串聯(lián)和協(xié)調(diào)各個分系統(tǒng)的運行，其控制能力成為衡量系統(tǒng)性能乃至整個汽車質(zhì)量的關(guān)鍵指標?？偩€技術(shù)目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于汽車內(nèi)部電氣系統(tǒng)的建設(shè)和完善中，通過各種有效的技術(shù)手段來發(fā)揮其作用，從而對于提高汽車各項功能服務(wù)水平發(fā)揮重要作用。因此下面根據(jù)以下幾種總線技術(shù)來詳細分析其在電氣系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況。

1 汽車電氣系統(tǒng)中的總線技術(shù)應(yīng)用分析

1.1 CAN 總線技術(shù)

CAN總線技術(shù)，又稱控制器局域網(wǎng)技術(shù)，這是一種屬于現(xiàn)場總線技術(shù)的一種，最早由德國公司研發(fā)，CAN總線技術(shù)能夠很好的解決汽車內(nèi)部各電子系統(tǒng)控制模塊間數(shù)據(jù)信息傳遞困難的問題，并且這種新型的總線技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，不僅能夠保證正常的通訊需求，還能夠?qū)ο到y(tǒng)結(jié)構(gòu)進行不斷的優(yōu)化，從而減少了系統(tǒng)與其他車載系統(tǒng)間的連接線長度，削減了大量的無用插件數(shù)量，有效的保證了汽車電氣系統(tǒng)的整潔性和安全性。并且，CAN總線技術(shù)還能夠控制汽車成本投入，保證電氣系統(tǒng)信號的傳輸穩(wěn)定性。傳統(tǒng)總線技術(shù)的通信信息傳輸往往都是通過點對點的方式進行傳遞，從而造成了汽車內(nèi)部電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且對于汽車內(nèi)部構(gòu)造的要求更加嚴格。因此為了能夠減少上述情況的發(fā)生，總線技術(shù)需要不斷優(yōu)化和更新，從而滿足汽車電氣系統(tǒng)的發(fā)展需要。CAN總線技術(shù)能夠有效的減少車載系統(tǒng)當(dāng)中的不必要的插件，并且減少電氣系統(tǒng)當(dāng)中通信線路的長度，真正的對于汽車內(nèi)部構(gòu)造和成本進行有效的控制，并且還能夠保證電氣系統(tǒng)的通信安全。

1.2 局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)

當(dāng)前的汽車內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)可以將其視為一種局域性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，很多先進的汽車制造企業(yè)都開始運用這種思路和技術(shù)方法來研制新式的汽車車型，而且為了可以有效的減少汽車在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)中所消耗的成本，一些汽車制造企業(yè)開始合作研發(fā)一種通行的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，作為建設(shè)汽車局域網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)前提和條件，而且還能夠有效提升汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對各個子系統(tǒng)的控制能力和操控水平，使得人們對于汽車的駕駛操作更為順暢和舒適，這種協(xié)議主要針對目前廣泛存在于汽車內(nèi)部載有的電腦而設(shè)計的，這種局域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形式的總線架設(shè)手段，不僅能夠提升汽車功能的優(yōu)勢作用，并且還可以減少汽車在相關(guān)電子系統(tǒng)裝備設(shè)計、安裝和制造方面的成本，盡管目前其內(nèi)部用于信號傳導(dǎo)的導(dǎo)線的傳導(dǎo)效率和傳輸速度較慢，網(wǎng)速還有待進一步提升，但是這種協(xié)議模式下的電氣系統(tǒng)擁有較高的抗干擾水平。局域的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這種形式的總線安裝制造模式，之所以能夠降低汽車制造某些方面所需要的成本，關(guān)鍵在于將各條功能線路和子系統(tǒng)集中統(tǒng)合起來，進行統(tǒng)籌的規(guī)劃設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)得到簡化，節(jié)省和排除多余的線路和分系統(tǒng)，將功能系統(tǒng)和線路高度的集成在一起，不僅提高了信號傳輸?shù)目煽砍潭龋彩瞧囇b備和系統(tǒng)建設(shè)成本降低的重要原因所在。

1.3 MOST 總線技術(shù)

MOST總線技術(shù)屬于以光纖為基礎(chǔ)的串行通信協(xié)議的一種，其研發(fā)主要是為了實現(xiàn)車載電腦對汽車多媒體軟件及相關(guān)硬件結(jié)構(gòu)的控制。一般情況下，汽車多媒體軟件運行過程中將形成大量的網(wǎng)絡(luò)流量消耗，為保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定，就需要對相關(guān)的總線技術(shù)進行進一步完善，以保證傳輸速度能夠滿足系統(tǒng)運行需要。研究證實，MOST總線技術(shù)下，總線最高傳輸速度可達20MB/S，該速度，如無特殊情況，該速度一般能夠很好的滿足多媒體按照軟件及其硬件結(jié)構(gòu)運行所需要的網(wǎng)絡(luò)要求，并保證良好的通信質(zhì)量。這種總線技術(shù)手段應(yīng)用頗為廣泛和普遍，由于優(yōu)良的特性和設(shè)計指導(dǎo)思想，很多豪車系列品牌也運用了這種技術(shù)。

2 對汽車電氣系統(tǒng)中CAN總線技術(shù)的分析研究

CAN總線技術(shù)作為一種可靠的汽車計算機網(wǎng)絡(luò)總線已經(jīng)在許多汽車上得到應(yīng)用，汽車計算機控制單元之間能夠通過CAN總線共享所有信息和資源，達到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)的目的。而CAN總線系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車維修技術(shù)人員必備的知識，只有掌握總線技術(shù)結(jié)構(gòu)與控制原理，才能排除汽車電氣系統(tǒng)上的各種問題。

2.1 汽車CAN總線系統(tǒng)的故障分類

2.1.1 汽車電源系統(tǒng)引起的故障

汽車電氣信息傳輸系統(tǒng)的核心是含有通信IC芯片的電控ECU，電控ECU的正常工作電壓在10.5～15.0V的范圍內(nèi)。如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，那么一些對工作電壓敏感的電控ECU元件將會出現(xiàn)短暫工作停止，從而使整個汽車電氣系統(tǒng)出現(xiàn)短暫故障。

2.1.2 鏈路故障

當(dāng)車載CAN總線系統(tǒng)的鏈路出現(xiàn)故障，如通信線路的短路、斷路以及線路物理性質(zhì)變化引起的通信信號衰減或失真時，都會引起多個電控單元無法工作或電控系統(tǒng)錯誤動作而使控制器區(qū)域網(wǎng)無法正常工作。

2.1.3 節(jié)點故障

節(jié)點是車載CAN總線系統(tǒng)的電控模塊，節(jié)點故障就是電控模塊ECM的故障。它包括軟件故障即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使汽車控制器區(qū)域網(wǎng)通信出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無法維修。硬件故障一般由于芯片或集成電路故障，造成汽車控制器區(qū)域網(wǎng)無法正常工作。對于采用低版本信息的傳輸協(xié)議，即點到點信息傳輸協(xié)議的汽車控制器區(qū)域網(wǎng)，如果有節(jié)點故障，將出現(xiàn)整個汽車控制器區(qū)域網(wǎng)信息傳輸無法工作。

2.2 汽車CAN總線系統(tǒng)常見故障檢修方法

CAN總線系統(tǒng)的獨特性決定其故障檢修沒有普遍適用的測量或檢測方法，必須具體情況具體分析。常用的檢修方法有：

2.2.1 自診斷和數(shù)據(jù)流

CAN網(wǎng)絡(luò)有一定的自我診斷功能，分為主動錯誤、被動錯誤、總線關(guān)閉三種錯誤類型。一般來說，當(dāng)CAN總線關(guān)閉或無法收到相關(guān)數(shù)據(jù)時，控制模塊通常會產(chǎn)生故障碼。而當(dāng)控制模塊自身通信不良但無法自行檢測出來時，就不會產(chǎn)生故障碼，但其他控制模塊有可能產(chǎn)生通信故障碼。還有一種情況，就是控制模塊無法發(fā)送某些數(shù)據(jù)，但可以正常接收CAN總線數(shù)據(jù)，而且能夠判斷自身出現(xiàn)問題，于是產(chǎn)生故障碼，而其他控制模塊無法識別到傳輸故障。故障碼的診斷要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸特點和不同控制模塊之間的故障碼連帶關(guān)系進行邏輯分析，同時結(jié)合數(shù)據(jù)流的相關(guān)信息來判斷哪個控制模塊有故障。與一般電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析一樣，只是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障也會造成相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)生變化。

2.2.2 CAN總線的電壓測量法

由于CAN網(wǎng)絡(luò)采用多種協(xié)議，每個控制模塊的端口在正常的情況下都要標準電壓，因此電壓測量法可用于判斷線路是否有對地或電源短路、相線間短路等問題。

2.2.3 CAN總線的終端電阻檢測法

車系不同，終端電阻故障的表現(xiàn)形式也有所不同。當(dāng)終端電阻短路時，CANH和CANL的兩條導(dǎo)線短接在一起，會導(dǎo)致CAN數(shù)據(jù)傳輸失敗。而對于終端電阻斷路問題，則會有不同的故障表現(xiàn)形式。有的車系會導(dǎo)致CAN通信失敗，有的車系則不會有明顯的影響，車輛基本能夠正常使用。

2.2.4 CAN總線的控制模塊替換法

逐一斷開CAN網(wǎng)絡(luò)中的控制模塊，觀察CAN網(wǎng)絡(luò)的通信狀況，若通信恢復(fù)正常，則說明故障是被斷開的控制模塊損壞。

2.2.5 故障波形診斷法

通過測試CAN總線物理層信號來確診CAN總線的故障.故障波形診斷法是判斷CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線故障的主要手段，CAN故障信息通常被存儲在故障碼存儲器中，然而故障記錄僅在個別情況下允許簡單的診斷。通過示波器顯示CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線的波形情況，從而導(dǎo)出CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線的故障情況。按系統(tǒng)可能的故障來源分類，國際標準化組織（ISO）編制出了CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線故障列表。下面簡單列舉出通過示波器檢測到CAN兩種工作情況的波形圖，以供參考。圖1所示為驅(qū)動CAN正常波形，圖2所示為驅(qū)動CAN-H與CAN-L短路波形。

2.2.6 控制器匹配及自適應(yīng)調(diào)整

控制器匹配，自適應(yīng)調(diào)整是汽車維修服務(wù)過程中常見的服務(wù)項目。在采用CAN控制的汽車上，許多車型更換控制模塊后不能馬上工作，還要對電腦進行編碼、還要對控制器或執(zhí)行器做自適應(yīng)匹配等操作才能正常工作。

圖1 驅(qū)動CAN總線的正常波形圖

圖2 驅(qū)動CAN-H與CAN-L短路波形圖

3 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過對汽車總線技術(shù)的分析，可以明確現(xiàn)代化總線技術(shù)的優(yōu)勢和進步?？偩€技術(shù)對于汽車電氣系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用十分重要，不僅能夠?qū)ζ囯姎庀到y(tǒng)的子系統(tǒng)及相應(yīng)的硬件之間的數(shù)據(jù)交換和通信起到關(guān)鍵性的作用，還能夠控制汽車造價成本，對汽車企業(yè)來說非常重要。因此其在今后的發(fā)展過程中，必須要不斷的進行創(chuàng)新與發(fā)展，從而為汽車電氣系統(tǒng)做出更大的貢獻。