CAN总线系统实践教学初探

2018-06-25朱春红宋建桐李婕侯庆红

汽车实用技术 2018年11期

朱春红，宋建桐，李婕，侯庆红

（北京电子科技职业学院，北京 100176）

基于总线系统的传输协议在1983-1986年，由Bosch和Intel两家公司联合开发，汽车上的首次应用是 1990年生产的梅塞德斯-奔驰S级上[1]。因为CAN总线系统具有很多优点，所以在现在的汽车上应用广泛，随之而来的是 CAN总线系统本身也会发生各种故障[2]。对于汽车维修专业的学生以及一些从事汽车维修专业的技术人员，最初接触 CAN总线系统故障时，总会感觉无从下手。作为汽车维修专业教师，在教学过程中，通过参加培训，自主学习和教学实践，积累并总结了一些 CAN总线系统进行检测的实践教学方法，可以让学生尽快掌握如何对 CAN总线系统故障进行检测与诊断。

1 CAN总线结构认识

对于一名对 CAN总线没有任何知识基础的学生，要让学生学会诊断 CAN网络系统故障，首先不能让学生有畏难心理，从而造成学生不去动手实践的结果。只要让学生掌握检测时所需的必须知识点即可。如果学生有更深层次的需求，可以提供给学生学习的途径。检测 CAN总线所需的最基本理论知识可以通过教师讲解、工作页学习、教材、网络查询等多种方式进行。不论通过哪种方式，最终应该让学生掌握以下几个要点。

（1）CAN总线是由双绞线组成，分别为 CAN-H和CAN-L，如图1所示。

图1 CAN总线双绞线

（2）CAN总线两端并联终端电阻，终端电阻的作用是减少其他信号的干扰，一般终端电阻的阻值为120Ω。总线上连接若干个控制单元，每个控制单元都有它自己直接读取信号的传感器和直接控制的执行器，但是有些控制需要其他控制单元采集的传感器信号，因此，控制单元会把自己采集的传感器信号和执行器的状态传递到 CAN总线上，每个控制单元都由可以共享总线上传递的各种信息，总线上连接的控制单元即CAN总线上的节点，其结构示意图如图2所示。

图2 CAN总线结构示意图

（3）CAN总线系统可以分为多个区域网络，各个区域网络之间通过网关进行信息交换，如图3为奔驰C260，底盘号为204052车型的整车网络框图，从图中可以看出整车网络分为CAN A、CAN B、CAN C、CAN D、CAN E、CAN G、CAN H、CAN I，此外还包括LIN，MOST等网络，本文在此不做介绍。不同的 CAN网络功能不同，数据传输的速率也不相同，其中一些同时连接到两个 CAN网络的控制单元起着网关的作用，而在一些车型上有专门的网关。

图3 奔驰C260整车网络框图

（4）CAN总线系统有些支持单线工作模式，有些不支持单线制工作模式，支持单线工作模式即CAN-H或CAN-L中一根线出现问题，另一根线良好的情况下，设备能正常工作，但是在诊断过程中可以发现异常，如果不支持单线制工作模式的 CAN网络，只要有一根线出现问题，设备就不能正常工作，是否支持单线工作模式，可以在后面的实践过程中进行验证[3]。

（5）CAN总线系统的典型故障类型如图4所示。

图4 CAN 总线系统的故障类型

2 CAN总线的检测教学过程

在教学过程中，主要是要教会学生测量 CAN总线的方法，并通过测量，找到 CAN总线出现故障时的，车辆会出现的故障现象，存储哪些相应的故障码，以及出现故障时，CAN总线的信号波形会与正常情况比较发生哪些变化，变化的规律如何。因此，在对 CAN总线系统进行检测教学时，是在车辆功能正常的前提下，在总线上设置故障。在真正对车辆进行故障诊断时，根据类似的故障现象与故障码，在排除电源、硬件等其他故障后，也可以通过测试数据或波形，根据已经具有的工作经验的方法对故障进行分析和判断。因为 CAN总线系统传递信号为变化频率较高的电压信号，所以动态测试时最适宜采用的测试设备为示波器，导线通断、电阻值等静态测试使用万用表。

图5 车辆CAN总线改装示意图

要在课堂中让学生掌握测试方法，要做好以下准备工作：①学生要学会确定故障现象，根据现象判断可能故障原因，再查找相关电路图，找到测量位置；②学生要学会诊断仪、示波器及万用表的使用方法；③教师要在车上做好便于设置和恢复故障的改装；④准备好检测记录工作页，让学生明确自己的测量任务；⑤让学生根据测量结果，总结在设置不同故障时，车辆的故障现象、故障码、CAN总线波形及其他相关测量数据的规律，并分析故障这些测量结果造成的原因，以便能够在今后的故障诊断运用已经获得的工作经验。因为

1）车辆线路的改装

图6 车辆CAN总线改装实图

图7 奔驰C级车CAN总线插接器

在教学中，本人使用的是一辆奔驰C级车，车上的CAN总线分为多个部分，我在教学中是对CAN B即车内CAN总线上所连接的驾驶员侧车门控制单元的 CAN总线进行了改装。改装后可以方便的设置如图4所示的前8种故障。改装原理如图5所示，改装方法是断开CAN-H和CAN-L总线的导线，在每根导线上焊接了一个方便插拔的插头，同时在这个控制单元的供电导线上去掉一份绝缘层，接出一对外接插头，相当于在上面接了一个三通。然后再把相应的部分用绝缘胶带缠好。实际完成改装完成的结果如图6所示，图中CAN线处于正常连接状态。如果要设置断路故障，只需分别拔开1-2，或3-4 插头即可；如果要设置对正极短路，可以分别断开1-2，或3-4 插头分别与7和8相连，设置对地短路，则分别与5和6相连；设置CAN-H和CAN-L之间互相短路，则1与4相连，2与3相连，这样就可以轻松设置出图4 中的前8种故障，并在测试完成后快速恢复原状。有些教具制造企业也有相应的故障设置，但是与之相比，虽然看着这种改装比较简陋，但是在测试过程中可以具有非常好的教学效果：首先，学生对实车的线路认识更加清晰，最后学生清晰的掌握设置故障的方法与原理，对这几种故障有非常深刻的认识；其次，在一些要使用的教学车辆上或者要测试的部分，教学车辆上没有设置好的故障点，利用此种方法教师可以轻松进行改装，最后利用这种改装达到了非常好的教学效果，学生学习完成后，都对 CAN总线的测量及故障规律掌握良好，可以说一举多得。而对于第9这种电阻缺失的故障，一些车型上终端电阻在控制单元内部，不是很好设置，就需要更换一个有故障的控制单元，在奔驰C260上，有CAN总线的插接器，其终端电阻在插接器上，我们是更换一个故障的插接器来设置这个故障。如图7所示。

2）工作页的设计

工作页是引导学生进行测试并进行记录的教学文件，教师可以根据自己课时的设置和设备进行工作页的设计，CAN总线检测的工作页在设计时建议包含以下项目及记录内容：

①正常工作时的波形测试、终端电阻值检测，故障码检测。

②正常休眠波形测试。

③CAN-H，CAN-L各自断路，同时断路状态时的波形测试、导线通断验证测试，故障码记录。

④CAN-H，CAN-L导线对地、对正极短路状态时的波形测试、导线通断验证测试（导线对地断路时需验证），导线对对地、对正极短路的验证测试，故障码记录。

⑤CAN-H，CAN-L互相短路时的波形测试，故障码记录。

⑥终端电阻缺失或不正常时，波形的测试，故障码记录，终端电阻值的测试。

以上为 CAN总线出现故障时的基本情况，在实际当中都可能出现，因为有时可能会同时出现两种以上故障，在实践允许的情况下，可以随机两个故障组合，三个故障组合在一起设置故障后再做同样的测试。