汽車CAN總線技術(shù)及故障分析

武中峰 冀翠嶺

摘 ?要：CAN已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動化控制系統(tǒng)中，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN。例如，在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統(tǒng)和安防監(jiān)控等領(lǐng)域，CAN都具有不可比擬的優(yōu)越性。本文對汽車CAN總線技術(shù)及故障進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：汽車CAN;總線技術(shù);故障分析

1CAN總線技術(shù)概述

1.1CAN總線技術(shù)的基本特點(diǎn)

通信信息可直接編輯。CAN一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，這在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。

能確定傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。一般來說，CAN從結(jié)構(gòu)上分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層又包括邏輯鏈路層控制子層和介質(zhì)訪問控制子層。其中，CAN總線數(shù)據(jù)鏈路層的通信介質(zhì)訪問控制方式為事件觸發(fā)，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送產(chǎn)生沖突時(shí)，采用非破壞性位仲裁機(jī)制，低優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)主動停止發(fā)送，高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)不受影響繼續(xù)發(fā)送，從而避免總線沖突，避免信息和時(shí)間損失。

完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理。CAN可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)等工作。其摒棄了長幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?zhí)行率，提高了抗干擾的能力，即使在外界干擾程度強(qiáng)的環(huán)境里也能確保數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的平穩(wěn)有效。當(dāng)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較嚴(yán)重的錯(cuò)誤時(shí)，就會執(zhí)行自動關(guān)閉總線的功能，斷絕其與總線之間的聯(lián)系，讓總線上其他操作不出現(xiàn)問題。此外，還可以一對一、一對多點(diǎn)的以及廣播集中模式的傳輸且接收數(shù)據(jù)。

1.2CAN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，CAN總線技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代汽車上不可缺少的技術(shù)。汽車應(yīng)用CAN總線可減少車身布線，進(jìn)一步節(jié)省成本。因?yàn)檫\(yùn)用總線技術(shù)，信號在模塊之間的傳送只需兩條信號線。將布線極大的局部化，車中除總線之外就無須其他的線路來貫穿。

目前，汽車上的CAN總線連接方式主要有兩種，一種是用于驅(qū)動系統(tǒng)的高速CAN總線，速率可達(dá)到500kb/s，另一種是用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為100kb/s。國外知名汽車公司基本已經(jīng)采用了CAN總線技術(shù)，例如林肯、奧迪、寶馬等，而國內(nèi)如奇瑞等公司也已經(jīng)有幾款車型應(yīng)用了總線技術(shù)。

2汽車CAN總線技術(shù)的故障

2.1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。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)，系統(tǒng)無法通訊。

2.2節(jié)點(diǎn)故障。

節(jié)點(diǎn)故障屬于電控模塊故障，節(jié)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。軟件故障主要是指傳輸協(xié)議或軟件程序故障從而使汽車信息傳輸系統(tǒng)通訊出現(xiàn)故障。對于節(jié)點(diǎn)的故障問題，一般只有采用替換的方法進(jìn)行檢測。

2.3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(shí)，會導(dǎo)致通信線路短路，通訊信號失真，還會引起系統(tǒng)錯(cuò)誤動作。

3汽車CAN總線的檢修方法

現(xiàn)在車輛絕大部分都裝有CAN系統(tǒng)，而且檢查儀器也配有CAN的專用接頭，其結(jié)構(gòu)同OBD結(jié)構(gòu)相同，所以多路信息傳輸系統(tǒng)的車輛出現(xiàn)故障，維修人員應(yīng)直接使用CAN檢測接頭，檢測汽車多路信息傳輸系統(tǒng)是否正常。因?yàn)槿绻嗦沸畔鬏斚到y(tǒng)有故障，則整個(gè)汽車多路信息傳輸系統(tǒng)中的有些信息將無法傳輸，接收這些信息的電控模塊將無法正常工作，從而為故障診斷帶來困難。對于汽車多路信息傳輸系統(tǒng)故障的維修，應(yīng)根據(jù)多路信息傳輸系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和控制回路具體分析。

波形測量：運(yùn)用KT600上的示波器可以同時(shí)測量CAN高、低線的波形，該示波器有4個(gè)通道，這樣在同一界面下同時(shí)顯示高線和低線的同步波形，能很直觀地分析系統(tǒng)出現(xiàn)哪些問題。測量時(shí)測量線的正極分別接高、低線，二者的黑色測量端子同時(shí)接地。在實(shí)際檢測中根據(jù)示波器的波形可以迅速判定總線系統(tǒng)的故障部位。

終端電阻的測量：由于帶有終端電阻的2個(gè)控制單元是相連的，所以2個(gè)終端電阻是并聯(lián)的。當(dāng)測量的結(jié)果為每一個(gè)終端電阻大約為120Ω，而總值為60Ω時(shí)，可以判斷連接電阻是正常的。如果總的阻值被測量后，將一個(gè)帶有終端電阻的控制單元插頭拔下，顯示阻值發(fā)生變化，這是測量的一個(gè)控制單元的終端電阻阻值。當(dāng)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或是CAN-BUS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。測量時(shí)應(yīng)注意在拆下電瓶的電壓線時(shí)，等待約5min，直到所有的電容器充分放電后再開始進(jìn)行。

讀取測量數(shù)據(jù)塊中的CAN通訊狀態(tài)：通過專用檢測儀KT600讀取控制單元數(shù)據(jù)塊，KT600會出現(xiàn)閃動的情況，一個(gè)數(shù)據(jù)塊一個(gè)數(shù)據(jù)塊的會慢慢跳出來，如果有的數(shù)據(jù)塊沒有跳出來，即在屏幕上沒有顯示，則這個(gè)數(shù)據(jù)塊可能已經(jīng)丟失，根據(jù)車型的CAN系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（可以觀察控制單元與之間的連接關(guān)系）就可以找到明確的故障部位，不過在讀取過程中要關(guān)閉所有的車門而且不能晃動車輛，以免影響數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性。

導(dǎo)線的維修：在CAN總線的維修過程中，也會經(jīng)常遇到線束破損和斷裂的現(xiàn)象，遇到這些情況時(shí)在實(shí)際維修過程當(dāng)中都是采用接線和換線的方式來進(jìn)行維修，但由于其本身具有的特殊性，故應(yīng)該注意以下注意事項(xiàng)：1.接線時(shí)，確保兩端的120歐姆的終端電阻正常。2.CAN線是雙絞線，在維修的時(shí)候要按照該車型的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙絞，一般來說，每米至少在30絞以上，這是干擾的基本要求。3.斷線建議使用低阻標(biāo)準(zhǔn)件來接線。4.如果需要在中央接點(diǎn)處維修，則嚴(yán)禁打開接點(diǎn)，只允許在距接點(diǎn)100mm以外斷開導(dǎo)線;另外，每條CAN線長度不應(yīng)超過5m，否則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。

4結(jié)語

汽車CAN總線作為汽車中大量電子部件以及各控制單元之間數(shù)據(jù)傳遞的傳送通道，其性能的好壞對汽車的影響越來越大。本文對汽車CAN總線的技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢、應(yīng)用狀態(tài)及傳輸過程進(jìn)行了分析，也分析了汽車CAN總線故障產(chǎn)生的原因、故障的類型及故障的一般診斷步驟。通過本文的研究，為汽車CAN總線的進(jìn)一步研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] ?付強(qiáng).淺析總線技術(shù)在汽車電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，（09）：9.

[2] ?朱凡，孫運(yùn)強(qiáng).CAN總線在汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2006，（2）：49—50