汽車CAN總線技術及故障分析
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摘 要：CAN已被廣泛應用到各個自動化控制系統中，從高速的網絡到低價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、電力系統和安防監控等領域，CAN都具有不可比擬的優越性。本文對汽車CAN總線技術及故障進行分析。
關鍵詞：汽車CAN;總線技術;故障分析
1CAN總線技術概述
1.1CAN總線技術的基本特點
通信信息可直接編輯。CAN一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法可使網絡內的節點個數在理論上不受限制，這在分布式控制系統中非常有用。
能確定傳送數據的優先級。一般來說，CAN從結構上分為物理層和數據鏈路層，數據鏈路層又包括邏輯鏈路層控制子層和介質訪問控制子層。其中，CAN總線數據鏈路層的通信介質訪問控制方式為事件觸發，網絡上任意節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主從。當多個節點同時發送產生沖突時，采用非破壞性位仲裁機制，低優先級節點主動停止發送，高優先級節點不受影響繼續發送，從而避免總線沖突，避免信息和時間損失。
完成對通信數據的成幀處理。CAN可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗等工作。其摒棄了長幀結構，每一幀的有效字節數為8個，提升數據傳輸的執行率，提高了抗干擾的能力，即使在外界干擾程度強的環境里也能確保數據傳輸時的平穩有效。當節點出現較嚴重的錯誤時，就會執行自動關閉總線的功能，斷絕其與總線之間的聯系，讓總線上其他操作不出現問題。此外，還可以一對一、一對多點的以及廣播集中模式的傳輸且接收數據。
1.2CAN總線技術在汽車上的應用
隨著現代汽車技術的不斷發展，CAN總線技術逐漸成為現代汽車上不可缺少的技術。汽車應用CAN總線可減少車身布線，進一步節省成本。因為運用總線技術，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，一種是用于驅動系統的高速CAN總線，速率可達到500kb/s，另一種是用于車身系統的低速CAN總線，速率為100kb/s。國外知名汽車公司基本已經采用了CAN總線技術，例如林肯、奧迪、寶馬等，而國內如奇瑞等公司也已經有幾款車型應用了總線技術。
2汽車CAN總線技術的故障
2.1汽車電源系統引起的故障。
汽車信息傳輸系統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停止工作的狀態，系統無法通訊。
2.2節點故障。
節點故障屬于電控模塊故障，節點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議或軟件程序故障從而使汽車信息傳輸系統通訊出現故障。對于節點的故障問題，一般只有采用替換的方法進行檢測。
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。當汽車信號傳輸系統出現通訊線路故障時，會導致通信線路短路，通訊信號失真，還會引起系統錯誤動作。
3汽車CAN總線的檢修方法
現在車輛絕大部分都裝有CAN系統，而且檢查儀器也配有CAN的專用接頭，其結構同OBD結構相同，所以多路信息傳輸系統的車輛出現故障，維修人員應直接使用CAN檢測接頭，檢測汽車多路信息傳輸系統是否正常。因為如果多路信息傳輸系統有故障，則整個汽車多路信息傳輸系統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故障的維修，應根據多路信息傳輸系統的具體結構和控制回路具體分析。
波形測量：運用KT600上的示波器可以同時測量CAN高、低線的波形，該示波器有4個通道，這樣在同一界面下同時顯示高線和低線的同步波形，能很直觀地分析系統出現哪些問題。測量時測量線的正極分別接高、低線，二者的黑色測量端子同時接地。在實際檢測中根據示波器的波形可以迅速判定總線系統的故障部位。
終端電阻的測量：由于帶有終端電阻的2個控制單元是相連的，所以2個終端電阻是并聯的。當測量的結果為每一個終端電阻大約為120Ω，而總值為60Ω時，可以判斷連接電阻是正常的。如果總的阻值被測量后，將一個帶有終端電阻的控制單元插頭拔下，顯示阻值發生變化，這是測量的一個控制單元的終端電阻阻值。當在一個帶有終端電阻的控制單元插頭拔下后測量的阻值沒有發生變化，則說明系統中存在問題，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出現故障。測量時應注意在拆下電瓶的電壓線時，等待約5min，直到所有的電容器充分放電后再開始進行。
讀取測量數據塊中的CAN通訊狀態：通過專用檢測儀KT600讀取控制單元數據塊，KT600會出現閃動的情況，一個數據塊一個數據塊的會慢慢跳出來，如果有的數據塊沒有跳出來，即在屏幕上沒有顯示，則這個數據塊可能已經丟失，根據車型的CAN系統拓撲結構圖（可以觀察控制單元與之間的連接關系）就可以找到明確的故障部位，不過在讀取過程中要關閉所有的車門而且不能晃動車輛，以免影響數據讀取的準確性。
導線的維修：在CAN總線的維修過程中，也會經常遇到線束破損和斷裂的現象，遇到這些情況時在實際維修過程當中都是采用接線和換線的方式來進行維修，但由于其本身具有的特殊性，故應該注意以下注意事項：1.接線時，確保兩端的120歐姆的終端電阻正常。2.CAN線是雙絞線，在維修的時候要按照該車型的標準進行雙絞，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準件來接線。4.如果需要在中央接點處維修，則嚴禁打開接點，只允許在距接點100mm以外斷開導線;另外，每條CAN線長度不應超過5m，否則會導致數據失真。
4結語
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據傳遞的傳送通道，其性能的好壞對汽車的影響越來越大。本文對汽車CAN總線的技術特點、優勢、應用狀態及傳輸過程進行了分析，也分析了汽車CAN總線故障產生的原因、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總線的進一步研究提供一定的理論基礎。
參考文獻
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