CAN總線技術(shù)在汽車電控系統(tǒng)中的應(yīng)用及檢測分析

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 季麗華

隨著汽車行業(yè)快速發(fā)展，汽車電器設(shè)備通信需求不斷提升，使得傳統(tǒng)點對點的連線通信方式難以滿足實際需求。為降低車身布線難度，提升汽車信息資源共享性，開始采用汽車CAN總線技術(shù)進行電控系統(tǒng)信息傳輸。但在實際使用中，受其本身存在故障的影響，降低了信息傳輸效果。基于此，本文主要圍繞CAN總線技術(shù)進行分析，探討其傳輸原理，處理汽車CAN總線體系使用中存在的故障，完善汽車CAN總線檢修方式。

目前，國內(nèi)外最為常用的現(xiàn)場總線技術(shù)是CAN總線技術(shù)，其具有強大的操作功能，能夠基本滿足用戶對汽車的控制需求，且該技術(shù)本質(zhì)上是一種通信協(xié)議，通過在汽車內(nèi)部建立小范圍局域網(wǎng)絡(luò)，對汽車內(nèi)部實現(xiàn)綜合調(diào)控，促使各個部件實現(xiàn)協(xié)調(diào)穩(wěn)定運行。汽車CAN組新技術(shù)應(yīng)用中，通過較為先進的通信協(xié)議技術(shù)，能夠提升汽車使用性能，并為汽車電控系統(tǒng)操作提供有利條件。在使用中為保證其作用得以發(fā)揮，必須明確其信息傳輸原理并找出使用中存在的故障，采用適合方式進行解決。

1 CAN總線

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)組織中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)CAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，即CAN總線。由飛利浦等公司支持，目前CAN總線已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的總線。CAN總線有3個主要特點：（1）CAN總線硬件連接較為簡單且性價比好，基于CAN總線的車載網(wǎng)絡(luò)體系使用的雙絞電纜可代替以往昂貴導(dǎo)線，成本較低；（2）CAN總線具有快速響應(yīng)能力，可應(yīng)用于對實時性較高的場合，如安全氣囊和剎車裝置。（3）CAN總線可靠性高，糾錯能力強，將協(xié)議中每幀數(shù)據(jù)都使用CRC和其他校對措施，可以降低數(shù)據(jù)出錯可能性，若某一節(jié)點出現(xiàn)嚴(yán)重失誤，可快速脫離總線，不會對總線上其他節(jié)點產(chǎn)生影響。圖1是一個典型汽車CAN總線結(jié)構(gòu)示意圖，包括主電機控線系統(tǒng)、汽車屏幕顯示系統(tǒng)和電磁組管理系統(tǒng)等，不同子系統(tǒng)之間采用CAN總線實現(xiàn)命令和通訊數(shù)據(jù)傳輸，每個節(jié)點都能夠脫離CAN總線，自身獨立完成運行，能夠保證車輛運行安全需要，同時總線不會因某個設(shè)備脫離引發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)崩潰。

圖1 汽車CAN總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 CAN數(shù)據(jù)總線傳輸原理

在使用CAN數(shù)據(jù)總線進行傳輸中，CAN總線由網(wǎng)關(guān)發(fā)動機管理系統(tǒng)、ABS制動控制系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)等不同系統(tǒng)組成，不同控制器間通過CAN總線實現(xiàn)通信；同時，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器測量數(shù)據(jù)共享以及控制指令發(fā)送與接收，提高了各個控制器的性能。此類通訊的通訊類型分為信息類和命令類，其中，信息類主要發(fā)送傳感器信號、診斷信息等，命令類主要發(fā)送其他執(zhí)行器命令。

3 CAN總線汽車體系

使用汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠代替汽車電源、汽車電器原有點對點連接方式，有效減少插件和整車線束使用數(shù)量，并通過建立相對完整的汽車控制管理平臺方式，實現(xiàn)對各個電子空間單元有效控制。CAN總線使用中有高速和低速兩種形式，其中，高速CAN總線與電子空間單元、電子空間系統(tǒng)、安全氣囊、自動變速空間單元等相連接，具有較高可靠性、較強實時性；低速CAN總線與汽車車燈、信號電子控制系統(tǒng)、儀表板和電控座椅系統(tǒng)等相連接，主要用于對速度要求較低的電器設(shè)備。

4 汽車CAN總線故障

4.1 多路信息傳輸系統(tǒng)故障

汽車電控模塊中，ECM為汽車網(wǎng)絡(luò)多路系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)核心，該核心能夠保證汽車正常工作，其電壓在10.5～15.0V之間，若汽車電源系統(tǒng)產(chǎn)生的工作電壓不足10.5V，會導(dǎo)致部分電控模塊中EMC停止工作，使得整個多路信息傳輸系統(tǒng)難以進行有效信息傳輸。

4.2 多路信息傳輸節(jié)點故障

節(jié)點指的是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)中涉及到的各個電控模塊。節(jié)點常見故障主要是軟件故障，即軟件程序或傳輸協(xié)議存在問題或產(chǎn)生沖突。若節(jié)點出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致汽車多路信息傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)耐ㄓ嵭畔⒊霈F(xiàn)混亂，造成系統(tǒng)難以維持正常工作狀態(tài)。

4.3 汽車多路信息傳輸鏈路故障

若通訊線路出現(xiàn)斷路或短路，或因線路物理問題導(dǎo)致通訊信號減弱、失真，就會導(dǎo)致多處電子控制元件難以正常通訊，甚至發(fā)出錯誤指令，導(dǎo)致執(zhí)行元件執(zhí)行錯誤動作，影響汽車正常使用。

5 汽車CAN組線檢修

在汽車啟動過程中，若多線路傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)問題會影響信息正常傳遞，電子控制模塊因無法接收命令信息，難以維持正常工作，甚至導(dǎo)致安全事故。因此，汽車維修人員針對車輛故障進行檢修時，應(yīng)加強對多路信息傳輸系統(tǒng)檢測，尤其針對其結(jié)構(gòu)和控制回路特點實施系統(tǒng)性檢測，保證信息傳輸安全性。

5.1 終端電阻測量

汽車多線路傳輸系統(tǒng)電阻由兩個終端電阻組成，分別處于兩個控制單元中。若控制端處于正常連接狀態(tài)，能夠消除CAN總線信息傳輸系統(tǒng)中的信號反射。若終端出現(xiàn)問題，系統(tǒng)抗阻會明顯降低或消失，信號會形成反射，導(dǎo)致信號單元出現(xiàn)問題。CAN總線兩端連接120Ω抑制反射終端電阻，能夠起到匹配總性抗阻作用，且兩個電阻處于并聯(lián)關(guān)系，總值為60Ω，可根據(jù)其電路特性，通過檢測終端電阻阻值方式判斷存在的故障。若拔下其中一個帶有終端電阻控制元件插頭，電阻值未見明顯變化，說明系統(tǒng)出現(xiàn)問題，電阻可能損壞或出現(xiàn)CAN-BUS斷路。若拔下控制單元后，電阻無窮大，判斷為終端電阻損壞或CAN-BUS故障。

5.2 CAN總線波形測量

CAN總線常見故障包含：（1）CAN-High和CAN-Low短路；（2）CAN-High對地短路；（3）CAN-High對正極短路；（4）CAN-High斷路；（5）CAN-Low對地短路；（6）CANLow對正極短路；（7）CAN-Low斷路。使用專用檢測儀對不同故障波形進行監(jiān)測，結(jié)果主要有以下幾方面，故障1：Can-Low上出現(xiàn)斷開區(qū)域，出現(xiàn)Can-Low斷路；故障2：在CAN-High斷路上出現(xiàn)斷開區(qū)域，出現(xiàn)CAN-High斷路，Can-Low斷路波形與CAN-High斷路波形相似。故障3：Can-Low與電瓶短接，短接后波形整體提高。故障4：Can-Low與地短接，Can-Low信號對地輸出，波形接近一條直線。故障5：Can-Low與Can-high短接，短接后高低總線波形相同。故障6：Can-Low與Can-high交叉連接，控制單元輸出總線中，一條是Can-high，但與總線上Can-Low相連接。另一條為Can-Low，與總線上Can-high相連。在對故障原因分析中，根據(jù)波形可確定具體故障位置。

5.3 數(shù)據(jù)塊總線CAN通訊狀態(tài)測量讀取

在具體操作過程中，需要使用專用檢測儀讀取控制單元中數(shù)據(jù)塊，查看單元間信息傳輸是否處于工作正常狀態(tài)。若控制單元顯示狀態(tài)為1，則診斷結(jié)果為控制單元信息接收正常；若顯示狀態(tài)為0，表明控制單元信息接收異常。導(dǎo)致異常的原因,與網(wǎng)卡連接線斷路或未安裝控制單元相關(guān)。

5.4 汽車CAN總線維修

CAN總線為雙絞線，若出現(xiàn)斷路或破損，在進行接線時要求每段接線＜5cm，兩段接線間長度應(yīng)控制在10cm以上；若對中央節(jié)點進行維修，應(yīng)禁止打開接點，在距離節(jié)點10cm外斷開導(dǎo)線，并對機械點進行屏蔽處理，防止對傳輸信號產(chǎn)生干擾；同時，為防止傳輸中脈沖信號失真，要求CAN總線導(dǎo)線短于5cm。

結(jié)論：汽車在進行內(nèi)部通信中主要依靠電子元件，并利用CAN總線實現(xiàn)信息傳輸，以此實現(xiàn)整車信息共享。相比于以往信息傳播方式，其既可降低布線難度，減少使用傳感器數(shù)量，又可提高系統(tǒng)可靠性和維護性。另外，使用CAN總線進行信息傳輸，能夠提升汽車動力系統(tǒng)操作穩(wěn)定性和行駛安全性，減少汽車操作事故。