汽车CAN总线概述及其故障诊断检测

作者：黄春来

来源：《数字化用户》2013年第29期

        【摘 要】随着汽车技术的快速发展，汽车性能不断提高，汽车电器与电子控制装置的应用越来越多，传统的汽车线路难以满足汽车技术发展。为了简化线路，提高信息传输的速度和可靠性，降低故障频率，车载网络技术应运而生。一辆汽车不管有多少个电控单元，每个电控单元都只需引出两条线共同接在两个节点上，这两条导线就称作数据总线，并且由于硬件控制器元件供应商不断降低成本的努力及提供大量产品来发展关于CAN的系统，而一增长趋势在未来十年仍将持续。本文介绍了CAN总线技术及会出现的故障问题和解决方法。

        【关键词】CAN总线 故障诊断 解决方法

        一、汽车CAN总线技术简介

        CAN总线技术是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO118 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

        二、汽车CAN总线技术工作原理

        CAN—BUS数据总线包括控制单元、控制器、收发器、数据传输终端。控制单元是CAN—BUS数据总线主要计算器，将控制器传递来的信息进行运算，并将运算数据传递给控制器。控制器接收来自控制单元的信号，形成指令通过发送器传递总线。收发器接收总线数据，并将数据传送到CAN控制器。控制器通过接收器传递信号进行转换传递给控制单元。

        三、汽车CAN总线技术的功能

        （一）多路传输功能。为了减少车辆电气线束的数量，多路传输通信系统可使部分数字信号通过共用传输线路进行传输，系统工作时，由各个开关发送的输入信号通过处理器转换成数字信号，该数字信号将以串行信号的形式从传感器传输给接收装置。

        （二）“唤醒”和“休眠”功能。“唤醒”和“休眠”功能用于减少在关闭点火开关时蓄电池的额外能量消耗。当系统处于“休眠”状态时，多路传输通信系统将停止诸如信号传输和CPU控制等功能，以节约蓄电池的电能；当系统一旦有人为操作时，处于“休眠”状态的有关控制装置立即开始工作，同时还将“唤醒”信号通过传输线路发送给其他控制装置。

        （三）失效保护功能。失效保护功能包括硬件失效保护和软件失效保护两种功能。当系统的CPU发生故障时，硬件失效保护功能使其以固定的信号进行输出，以确保车辆能继续行驶；当系统某控制装置发生故障时，软件失效保护功能将不受来自有故障的控制装置的信号影响，以保证系统能继续工作。

        四、汽车CAN总线技术的故障和解决方法

        CAN总线技术虽说是把汽车上的线路高度集中化，减少了故障的产生，并且具有自诊断功能，但它并非十全十美，其实也有自身的不足之处，其中引起汽车信息传输故障的原因有三种类型：

        （一）汽车电源系统引起的故障：汽车信息传输系统的核心部分是电控模块，电控模块的正常工作电压在10.5-15.0V的范围内。假如汽车电源系统提供的正常工作电压低于此值，就会造成一些对工作电压要求高的电控模块出现停止工作的状态，从而使整个汽车信息传输系统出现无法通讯。

        （二）节点故障：节点故障属于电控模块故障，也就是信息传输系统中的故障，因此节点故障也就是电控模块的故障。节点故障包括软件故障和硬件故障。其中硬件故障一般是指芯片和集成电路的故障，造成汽车信息传输系统不能正常运行。

        （三）线路故障：在汽车上安装有CAN总线技术，当车辆出现故障时，汽车修理员首先应该检测的是汽车信息传输系统是否正常。常用解决故障方法有两种：

        1.电阻的测量：汽车终端电阻中的两个控制单元是相互连接的，因此两个终端电阻是并联的。当测量的结果为每一个终端电阻大约为120欧，而总值为60欧时，可以判断连接电阻是正常的，但是终端电阻不一定就是120欧，其相应的阻值依赖于总线的结构。

        2.波形分析：（1）正常波形。正常情况下，CAN-High的高电平为3.6V，低电平为0V；CAN-Low的高电平为5V，低平为0V。（2）CAN-High与CAN-Low之间短路。其特点为CAN-High和CAN-Low的电压电位相同，舒适CAN因此而单线工作。这意味着，通讯仅为一条线路的电压电位起作用，控制单元利用该电压电位对地值确定传输数据。（3）CAN-High对地短路。其特点为CAN-High的电压置于0V，CAN-Low的电压电位正常。在该故障情况下，舒适CAN变为单线工作。（4）CAN-Low对地短路。CAN-Low的电压置于0V.CAN-High的电压电位正常。在该故障情况下，舒适CAN变为单线工作。（如：图1）

        图1 图2

        （5）CAN-Low断路。CAN-High线电压电位正常，在CAN-Low线上为5V的隐性电压电位和一个比特长的1V显性电压电位。（如：图2）；（6）CAN-High断路。CAN-Low线电压电位正常，在CAN-High线上为0V的显性电压电位和一个比特长的4V隐性电压电位。

        3.CAN导线的维修。当信号传输系统中的导线有破损和短路时，则需要接线，每段接线长度应该小于50mm，其中每两段接线之间长度应该大于等于100mm，此外每条导线长度不应该超过5m，否则可能会导致导线所传输的脉冲信号会失真。

        参考文献：

        [1]苏月琼.世界汽车电子系统发展前瞻[J].电子产品世界，2001.6

        [2]王箴.车身系统的CAN总线控制[J].汽车电器，2003.5

        作者简介：

        黄春来，汉，辽宁朝阳人，大连汽车职业技术学院，教师，高级技师