CAN總線系統實踐教學初探

朱春紅，宋建桐，李婕，侯慶紅

（北京電子科技職業學院，北京 100176）

基于總線系統的傳輸協議在1983-1986年，由Bosch和Intel兩家公司聯合開發，汽車上的首次應用是 1990年生產的梅塞德斯-奔馳S級上[1]。因為CAN總線系統具有很多優點，所以在現在的汽車上應用廣泛，隨之而來的是 CAN總線系統本身也會發生各種故障[2]。對于汽車維修專業的學生以及一些從事汽車維修專業的技術人員，最初接觸 CAN總線系統故障時，總會感覺無從下手。作為汽車維修專業教師，在教學過程中，通過參加培訓，自主學習和教學實踐，積累并總結了一些 CAN總線系統進行檢測的實踐教學方法，可以讓學生盡快掌握如何對 CAN總線系統故障進行檢測與診斷。

1 CAN總線結構認識

對于一名對 CAN總線沒有任何知識基礎的學生，要讓學生學會診斷 CAN網絡系統故障，首先不能讓學生有畏難心理，從而造成學生不去動手實踐的結果。只要讓學生掌握檢測時所需的必須知識點即可。如果學生有更深層次的需求，可以提供給學生學習的途徑。檢測 CAN總線所需的最基本理論知識可以通過教師講解、工作頁學習、教材、網絡查詢等多種方式進行。不論通過哪種方式，最終應該讓學生掌握以下幾個要點。

（1）CAN總線是由雙絞線組成，分別為 CAN-H和CAN-L，如圖1所示。

圖1 CAN總線雙絞線

（2）CAN總線兩端并聯終端電阻，終端電阻的作用是減少其他信號的干擾，一般終端電阻的阻值為120Ω。總線上連接若干個控制單元，每個控制單元都有它自己直接讀取信號的傳感器和直接控制的執行器，但是有些控制需要其他控制單元采集的傳感器信號，因此，控制單元會把自己采集的傳感器信號和執行器的狀態傳遞到 CAN總線上，每個控制單元都由可以共享總線上傳遞的各種信息，總線上連接的控制單元即CAN總線上的節點，其結構示意圖如圖2所示。

圖2 CAN總線結構示意圖

（3）CAN總線系統可以分為多個區域網絡，各個區域網絡之間通過網關進行信息交換，如圖3為奔馳C260，底盤號為204052車型的整車網絡框圖，從圖中可以看出整車網絡分為CAN A、CAN B、CAN C、CAN D、CAN E、CAN G、CAN H、CAN I，此外還包括LIN，MOST等網絡，本文在此不做介紹。不同的 CAN網絡功能不同，數據傳輸的速率也不相同，其中一些同時連接到兩個 CAN網絡的控制單元起著網關的作用，而在一些車型上有專門的網關。

圖3 奔馳C260整車網絡框圖

（4）CAN總線系統有些支持單線工作模式，有些不支持單線制工作模式，支持單線工作模式即CAN-H或CAN-L中一根線出現問題，另一根線良好的情況下，設備能正常工作，但是在診斷過程中可以發現異常，如果不支持單線制工作模式的 CAN網絡，只要有一根線出現問題，設備就不能正常工作，是否支持單線工作模式，可以在后面的實踐過程中進行驗證[3]。

（5）CAN總線系統的典型故障類型如圖4所示。

圖4 CAN 總線系統的故障類型

2 CAN總線的檢測教學過程

在教學過程中，主要是要教會學生測量 CAN總線的方法，并通過測量，找到 CAN總線出現故障時的，車輛會出現的故障現象，存儲哪些相應的故障碼，以及出現故障時，CAN總線的信號波形會與正常情況比較發生哪些變化，變化的規律如何。因此，在對 CAN總線系統進行檢測教學時，是在車輛功能正常的前提下，在總線上設置故障。在真正對車輛進行故障診斷時，根據類似的故障現象與故障碼，在排除電源、硬件等其他故障后，也可以通過測試數據或波形，根據已經具有的工作經驗的方法對故障進行分析和判斷。因為 CAN總線系統傳遞信號為變化頻率較高的電壓信號，所以動態測試時最適宜采用的測試設備為示波器，導線通斷、電阻值等靜態測試使用萬用表。

圖5 車輛CAN總線改裝示意圖

要在課堂中讓學生掌握測試方法，要做好以下準備工作：①學生要學會確定故障現象，根據現象判斷可能故障原因，再查找相關電路圖，找到測量位置；②學生要學會診斷儀、示波器及萬用表的使用方法；③教師要在車上做好便于設置和恢復故障的改裝；④準備好檢測記錄工作頁，讓學生明確自己的測量任務；⑤讓學生根據測量結果，總結在設置不同故障時，車輛的故障現象、故障碼、CAN總線波形及其他相關測量數據的規律，并分析故障這些測量結果造成的原因，以便能夠在今后的故障診斷運用已經獲得的工作經驗。因為

1）車輛線路的改裝

圖6 車輛CAN總線改裝實圖

圖7 奔馳C級車CAN總線插接器

在教學中，本人使用的是一輛奔馳C級車，車上的CAN總線分為多個部分，我在教學中是對CAN B即車內CAN總線上所連接的駕駛員側車門控制單元的 CAN總線進行了改裝。改裝后可以方便的設置如圖4所示的前8種故障。改裝原理如圖5所示，改裝方法是斷開CAN-H和CAN-L總線的導線，在每根導線上焊接了一個方便插拔的插頭，同時在這個控制單元的供電導線上去掉一份絕緣層，接出一對外接插頭，相當于在上面接了一個三通。然后再把相應的部分用絕緣膠帶纏好。實際完成改裝完成的結果如圖6所示，圖中CAN線處于正常連接狀態。如果要設置斷路故障，只需分別拔開1-2，或3-4 插頭即可；如果要設置對正極短路，可以分別斷開1-2，或3-4 插頭分別與7和8相連，設置對地短路，則分別與5和6相連；設置CAN-H和CAN-L之間互相短路，則1與4相連，2與3相連，這樣就可以輕松設置出圖4 中的前8種故障，并在測試完成后快速恢復原狀。有些教具制造企業也有相應的故障設置，但是與之相比，雖然看著這種改裝比較簡陋，但是在測試過程中可以具有非常好的教學效果：首先，學生對實車的線路認識更加清晰，最后學生清晰的掌握設置故障的方法與原理，對這幾種故障有非常深刻的認識；其次，在一些要使用的教學車輛上或者要測試的部分，教學車輛上沒有設置好的故障點，利用此種方法教師可以輕松進行改裝，最后利用這種改裝達到了非常好的教學效果，學生學習完成后，都對 CAN總線的測量及故障規律掌握良好，可以說一舉多得。而對于第9這種電阻缺失的故障，一些車型上終端電阻在控制單元內部，不是很好設置，就需要更換一個有故障的控制單元，在奔馳C260上，有CAN總線的插接器，其終端電阻在插接器上，我們是更換一個故障的插接器來設置這個故障。如圖7所示。

2）工作頁的設計

工作頁是引導學生進行測試并進行記錄的教學文件，教師可以根據自己課時的設置和設備進行工作頁的設計，CAN總線檢測的工作頁在設計時建議包含以下項目及記錄內容：

①正常工作時的波形測試、終端電阻值檢測，故障碼檢測。

②正常休眠波形測試。

③CAN-H，CAN-L各自斷路，同時斷路狀態時的波形測試、導線通斷驗證測試，故障碼記錄。

④CAN-H，CAN-L導線對地、對正極短路狀態時的波形測試、導線通斷驗證測試（導線對地斷路時需驗證），導線對對地、對正極短路的驗證測試，故障碼記錄。

⑤CAN-H，CAN-L互相短路時的波形測試，故障碼記錄。

⑥終端電阻缺失或不正常時，波形的測試，故障碼記錄，終端電阻值的測試。

以上為 CAN總線出現故障時的基本情況，在實際當中都可能出現，因為有時可能會同時出現兩種以上故障，在實踐允許的情況下，可以隨機兩個故障組合，三個故障組合在一起設置故障后再做同樣的測試。

3 結束語

通過以上檢測，學生在逐一對各種情況進行檢測后，能夠掌握測量方法，通過對檢測結果的記錄和分析，可以讓學生掌握因故障造成檢測波形或數據異常的規律，在今后的故障診斷中可以根據在課程中獲得的經驗進行故障判斷。

[1] 李婕,宋建桐,朱春紅,等.主動車身控制系統功能與原理淺析[J].汽車實用技術,2016(2):25-27.

[2] 么居標,宋建桐,呂江毅,等.基于CAN通信的輪轂電機電動汽車液晶儀表設計[J].小型內燃機與車輛技術, 2017(04):31-35.

[3] 朱春紅,李婕,梁時光,等.奔馳轎車空氣懸掛系統的結構與特點[J].河南科技, 2014(12):160-161.