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汽车CAN总线概述及其故障诊断
发布时间:2017/7/14  来源:国际工业自动化网  浏览次数:89

 

  1. 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。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同,由多条总线构成的情况很多,线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN,进行大量数据的高速通信”的需要,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ISO11898 及ISO11519 进行了标准化,在欧洲已是汽车网络的标准协议。
  汽车CAN总线技术通过遍布车身的传感器,汽车的各种行驶数据会被发送到“总线”上,这些数据不会指定唯一的接收者,凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息。CAN总线的传输数据非常快,可以达到每秒传输32bytes有效数据,这样可以有效保证数据的实效性和准确性。传统的轿车在机舱和车身内需要埋设大量线束以传递传感器采集的信号,而Can-Bus总线技术的应用可以大量减少车体内线束的数量,线束的减少则降低了故障发生的可能性。
  2. 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。CAN―BUS数据总线中的数据传递就像一个总部。一个分部通过网络将数据“上传”网络中,其他用户通过网络“接收”这个数据,对这个数据感兴趣的用户就会利用数据,而其他用户则选择忽略。
  3. 汽车CAN总线技术的优缺点
  优点:
  (1)减轻整车重量。减少线束,部分线束变细,节省其他空间,单个线束所承载的功能增加。
  (2)节约成本 。线束减少,传感器共享,可以实现控制器执行器的就近连接原则。
  (3)质量可靠。插头减少,故障率减少,质量更可靠。
  (4)减少装配时间。减少了装配步骤。
  (5)增大开发余地。各控制器可以把整车功能相对随意地分担,新的功能和新技术可以通过软件进行更新。
  缺点:
  不能实现视频、音频的实时同步通信。成本高于LIN总线。
  4. 汽车CAN总线技术的应用及功能
  A应用 :
  CAN-BUS的通讯协议建立在国际标准组织的开放系统互联参考模型基础上,主要工作在数据链路层和物理层,用户可在其基础上开发适应系统实际需要的应用层通信协议。CAN的信号传输采用短帧结构,每一帧的有效字节数为8个,因而传输时间短,受干扰的概率低。当节点严重错误时,具有自动关闭的功能,以切断该节点与总线的联系,使总线上的其他节点及通信不受影响,故具有较强的抗干扰能力。
  B功能:
  a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中央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,发送的信号在接收装置处将被转换为开关信号,再由开关信号对有关元件进行控制
  b“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。

  c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。
  d故障自诊断功能。故障自诊功能具有两种模式,即多路传输通信系统的自诊断模式和各系统输入线路的故障诊断模式,通过这两种模式既能对自身的故障进行自诊断,同时还能对其他系统进行故障诊断。
  5. 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:
  A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。通过对故障代码的分析和了解可以得出故障的原因和处理方法。由于故障代码具有间歇性,因此一次间歇为这根电源线发生间歇断路故障。  B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。软件故障主要是指从而使汽车信息传输系统通讯出现故障,这种类型的故障一般成批的出现,并且不可维修。因此,对于节点的故障问题,一般只有采用替换的方法进行检测。通过对故障分析和排除通过读取故障代码,可以判断其故障的原因,用替换法试换安全气囊控制单元,故障得以排除。
  C线路故障:
  汽车CAN总线的线路故障也就是通讯线路的故障问题。当汽车信号传输系统出现通讯线路故障时,会导致通信线路短路,通讯信号失真,还可能会引起电控系统错误动作。但是通过对故障的检测与排除,可以发现故障的原因,最终可以排除故障。
  6. CAN总线技术的故障的解决方法
  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。如果信息传输系统有故障,则整个汽车信息传输系统无法正常运行,从而为故障诊断带来不便。CAN总线技术有故障自诊模式,系统通过自诊读出相应的故障代码。对于汽车CAN信息传输系统故障的维修,应根据信息传输系统的具体结构进行具体分析处理。
  A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。当在一个带有终端电阻的控制单元插头拔下后测量的阻值没有发生变化,则说明系统中存在问题,可能是被拔下的控制单元终端电阻损坏出现断路。如果在拔下控制单元后显示的阻值变化无穷大,则可能是连接中的控制单元终端电阻损坏,或是该控制单元的CAN―BUS出现故障。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。
  B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-High对正极短路。CAN-High 线的电压电位大约为12V或者蓄电池电压,CAN-Low线的电压电位正常。在该故障情况下,舒适CAN变为单线工作。
  (5)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。
  (6)CAN-Low对正极短路。CAN-Low 线的电压电位大约为12V或者蓄电池电压,CAN-High线的电压电位正常。在该故障情况下,舒适CAN变为单线工作。
  (7)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。当一个信息内容被正确的接受,则控制单元发送这个显性电压电位。在左图显示由很多发送控制单元组成的系统。“A“部分是信息的一部分,该信息被一个控制单元所发送。在“B“时间点接收到正确的信息内容,则接收控制单元用一个显性的电压电位给予答复。在“B“时间点因为收到正确的信息,则所有控制单元都同时发送一个显性的电压电位,正因为如此,该比特的电位差要大一些。
  (8)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。
  C 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。
  7. 结束语
  基于CAN系统的增长贯穿了20世纪90年代,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支持基于CAN的系统,这一增长趋势在未来十年仍将持续。CAN已经成为事实标准,在可预见的将来,新的低成本控制器芯片将会继续支持CAN市场的增长。