汽车CAN总线技术及故障检测

汽车CAN总线技术及故障检修庆元县康达小车修理厂周远锦【摘要】汽车CAN总线技术是一种全新的汽车电控系统信息通信方式，是为解决现代汽车中众多的电控模块（ECU）之间的数据交换的一种串行通信协议，适应汽车恶劣的工作环境和通信速度要求，在信息传递资源共享方面有着独特的优势，并可有效减少线束的长度和节点数量；同时汽车CAN总线也有着自身独特的结构、工作特性以及相应的故障特点，对其性能的故障及检修排除方法。

【关键词】汽车CAN总线原理技术检修引言随着电子技术的不断发展，现代汽车上应用电控系统越来越多，为了使各电控系统之间实现信息共享，减少传感器及导线的数量，一种基于CAN总线的技术在汽车上广泛采用。

CAN总线技术是一种有别于传统电气系统连接的新型信息通信方式，它的结构、原理、故障形式和检修方式都有着自身的特点。

一、汽车CAN总线技术应用的原因随着车用电气设备越来越多，从发动机控制到传动系统控制；从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统；从电源管理到为提高舒适性而做的各种努力，使汽车电气系统形成一个复杂的大系统，并且都集中在驾驶控制。

另外，随着近年来的发展，以GPS、蓝牙、远程诊断为代表的新型电子通讯产品的出现，对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。

从布线角度分析，传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。

据统计，1辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000m电气节点达1500个，而且根据统计，该数字大约每10年增长1倍。

无论从材料成本还是工作效率看，传统布线方法都将不能适应汽车的发展。

从信息共享角度分析，现代典型的控制单元有电控燃油喷射系统、电控传动系统、行驶稳定系统、废气再循环控制、巡航系统和自动空调系统等。

为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。

但每个控制单元对实时性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。

这就要求其数据交换网是基于优先竞争的模式，且本身具有较高的通信速率。

CAN总线正是为满足这些要求而设计的。

CAN总线又称作汽车总线，其全称为“控制器局域网”CAN总线是一种现场总线（区别于办公室总线）是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块（ECU）之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。

CAN总线的设计充分考虑了汽车的恶劣工作环境，可靠性高。

因此CAN总线在诸多现场总路线中独占鳌头，成为汽车总线的代名词。

二、汽车CAN总线数据传输系统构成及工作原理现代汽车的电控单元主要有主控制器、发动机控制系统、悬架控制系统、制动防抱死控制系统（ABS牵引力控制系统、ASR控制系统、仪表管理系统、故障诊断系统、中央门锁系统、座椅调节系统等。

所有这些子控制系统连接起来构成1个实时控制系统，即：指令发出去之后，必须保证在一定时间内得到响应，否则，就有可能发生重大事故。

这就要求汽车上的CAN通信网络有较高的波特率设置。

另外，汽车在实际运行过程中，众多节点之间需要进行大量的实时数据交换。

若整个汽车的所有节点都挂在1个CAN网络上，众多节点CAN总线进行通信，信息管理配置稍有不当，就很容易出现总线负荷过大，导致系统实时响应速度下降。

这在实时系统中是不允许的，因此在对汽车上各节点的实性进行了分析之后，根据各节点对实时性的要求，设计了高、中、低速3个速率不同的CAN通信网络，将实时性要求严格的节点组成高速CAN通信网络，将其它实时性要求相对较低的节点组成中速CAN通信网络，将剩下实时性要求不是很严格的节点组成低速CAN通信网络。

并架设网关将这3个速率不同的3个通信网络连接起来，实现全部节点之间的数据共享。

三、网络组成1、CAN数据传输系统中每块电脑的内部增加了1个CAN控制器，1个CAN收发器，每块电脑外部连接了2条CAN数据总线。

在系统中作为终端的2块电脑集成块，其内部还装1个数据传递终端（有时数据传递终端安装在电脑外部）整体情况如图1所示。

CAN控制器的作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给CAN收发器。

同时CAN控制器也接收收器收到的数据，处理数据并传给微处理器。

CAN收发器是一个发送器和接收器的组成，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。

数据传递终端实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。

CAN数据总线是用以传输数据的双向数据线，分为CAN高位（CAN-H）和低位（CANA-L）数据线。

数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各控制单元，各控制单元接收后进行计算。

为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采用2条线缠绕在一起，，2条线上的电位电相反的，如果一条线的电压是5V另一条线就是0V，2条线的电压和等于常值。

通过该种方法，CAN总线得到保护而免受外界电磁场干扰，同时CAN总线向外辐射也保持中性，即无辐射。

2、数据传递过程系统中某一电脑利用CAN收发器向汽车CAN总线发送数据，通过汽车CAN总线，可将该电脑发出的数据传送到其它电脑。

其它电脑利用各自的CAN收发器接收到这一数据后，转换信号并发给本电脑的控制器。

CAN数据传输系统的其它电脑收发器均可接收到此数据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果是将接受数据，如果不是将忽略掉而拒绝接受。

数据发送、接收、接受的情况。

用CAN组成汽车网络系统资料信息量非常大，有快速变化信号和渐变信号。

为保证总线上交畅通，重要信息在发生总线访问冲突时优先发送，为了合理地安排资料信息，总线访问优先级显得尤为重要。

各电子控制单元正常工作所能容许的最大时间延误是决定资料访问总线优先级的最主要因素。

对扭矩、车速及发动机转速等快速变化的信号必须进行高速采样，并以相应的速率在总线上传输，数据的总线访问优先级也高。

对进气温度、冷却液温度、燃油温度等变化较慢的信号每职责100ms或1min采样1次就完全足够，数据的总线访问优先级相应地就很低。

同样如果1个参数信号对控制系统的正常工作显得非常重要，也可获得较高的优先级。

值得注意的是，数据的总线访问优先级的设定不是固定不变的，而是随着喷射控制，都必须和发动机的转速同步，发动机转速较高时，控制信号的总线访问优先权最高，发动机转速较低时，控制信号的总线访问优先权相应降低。

四、汽车CAN总线的故障一般说来，引起汽车多路信息传输系统故障的原因有3种；一是汽车电源系统引起的故障；二是汽车多路信息传输系统的节点故障；三是汽车多路信息传输系统的链路故障。

1、电源系统故障汽车多路信息传输系统的核心部分是含有通讯IC芯片的电控模块ECM电控模块ECM 的正常工作电压在10.5~15V的范围内。

如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值，就会造成一些对工作电压要求高的电控模块ECM出现短暂的停止工作，从而使整个汽车多路信息传输系统出现短暂的无法通讯。

故障实例1：故障现象：一辆上海别克轿车，在车辆行驶过程中，时常出现转速表、里程表、燃没表和水温表指示为零的现象。

故障检测过程：用TECH2故障诊断仪读取故障代码，发现各个电控模块均没有当前故障代码，而在历史故障代码中出现多个故障代码。

其中：SDM（安全气囊控制模块）中出现U1040失去与ABS控制模块的对话，U1000二级功能失效，U1064失去多重对话，U1016失去一PCM的对话；IPC仪表控制模块）中出现U1016失去与PCM的对话；BCM（车身控制模块）中出现U1000二级功能失效。

故障分析和排除：经过故障代码的读取可以知道，该车的多路信息传输系统存在故障，因为OBD-Ⅱ规定U，字头的故障代码为汽车多路信息传输系统的故障代码。

通过查阅上海别克轿车的电源系统的电路图可以知道，上面的电控模块共用一根电源线，并且通过前围板。

由于故障代码为间歇性的，一次断定可能是这根电源线发生间歇性断路故障。

2、节点是汽车多路信息传输系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块ECM的故障。

它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车多路信息传输系统通讯出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。

硬件故障一般由于通讯芯片或集成电路故障，造成汽车多路信息传输系统无法正常工作。

对于采用低版本信息传输协议即点到点信息传输协议的汽车多路信息传输系统，如果节点出现故障，将出现整个汽车多路信息传输系统无法工作。

对于节点故障，一般只能采用替换法进行检修。

故障实例2：故障现象：一辆上海帕萨特B5轿车在使用中出现机油压力报警灯与安全气囊故障指示灯报警，同时发动机转速表不能运行故障。

故障检测：用A VG5054故障诊断仪读取制动系统的故障代码，发现有两个偶发性故障代码：18044控制单元无信号输出错误。

013140发动机控制单元无通讯；013210到安全气囊控制单元无通讯。

故障分析与排除：通过读取故障代码可以初步判断故障在于汽车多路信息传输系统。

通过对汽车电气线路进行分析，电源系统引起故障的概率很少，故障很可能是节点或莲路故障。

用替换法尝试安全气囊控制单元，故障得以排除。

3、链路故障当汽车多路信息传输系统的链路（或通讯线路）出现故障时，如；通讯线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作。

CAN总线故障形式主要有CAN-Hig和CAN-Low路、CAN-Hig和CAN-Low对正极短路，CAN-Hig和CAN-Low对地短路，CAN-Hig和CAN-Low断路，CAN-Hig和CAN-Low对正极短路，CAN-Hig和CAN-Low对地短路和CAN-Hig和CAN-Low断路共7种故障。

故障实例3：故障现象：一辆奥迪A6L轿车的电控自动空调系统在开关接通的情况下，鼓风机能工作，但是空调系统却不制冷。

故障检测：通过观察，发现空调压缩机的电磁离合器不吸合，但发动机工作正常。

检查电磁离合器线路的电阻值，电阻值符合规定值，检查空调控制单元的输出端没有输出信号。

此时用V.A.G5054发动机故障诊断仪读取发动机控制系统和空调控制系统的故障代码，均无故障代码。

用V.A.G5054故障诊断仪读取空调控制单元的数据流，发动机的转速数据为零。

由于发动机工作正常，发动机控制单元接收的发动机转速信号应该正常，检查发动机控制单元和空调控制单元之间的通讯线路，发现两者之间的专速通讯线的接脚变形造成链路断路，修复接插件后故障排除。

五、汽车CAN总线的检修装有CAN多路信息传输系统的车辆出现故障，维修人员应首先检测汽车多路信息传输系统是否正常。

因为如果多路信息传输系统有故障，则整个汽车多路信息传输系统中的有些信息将传输，接收这些信息的电控模块将无法正常工作，从而为故障诊断带来困难。