汽车CAN总线技术及故障分析

武中峰 冀翠岭

摘  要：CAN已被广泛应用到各个自动化控制系统中，从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN。例如，在汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统和安防监控等领域，CAN都具有不可比拟的优越性。本文对汽车CAN总线技术及故障进行分析。

关键词：汽车CAN;总线技术;故障分析

1CAN总线技术概述

1.1CAN总线技术的基本特点

通信信息可直接編辑。CAN一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法可使网络内的节点个数在理论上不受限制，这在分布式控制系统中非常有用。

能确定传送数据的优先级。一般来说，CAN从结构上分为物理层和数据链路层，数据链路层又包括逻辑链路层控制子层和介质访问控制子层。其中，CAN总线数据链路层的通信介质访问控制方式为事件触发，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其他節点发送信息，而不分主从。当多个节点同时发送产生冲突时，采用非破坏性位仲裁机制，低优先级节点主动停止发送，高优先级节点不受影响继续发送，从而避免总线冲突，避免信息和时间损失。

完成对通信数据的成帧处理。CAN可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验等工作。其摒弃了长帧结构，每一帧的有效字节数为8个，提升数据传输的执行率，提高了抗干扰的能力，即使在外界干扰程度强的环境里也能确保数据传输时的平稳有效。当节点出现较严重的错误时，就会执行自动关闭总线的功能，断绝其与总线之间的联系，让总线上其他操作不出现问题。此外，还可以一对一、一对多点的以及广播集中模式的传输且接收数据。

1.2CAN总线技术在汽车上的应用

随着现代汽车技术的不断发展，CAN总线技术逐渐成为现代汽车上不可缺少的技术。汽车应用CAN总线可减少车身布线，进一步节省成本。因为运用总线技术，信号在模块之间的传送只需两条信号线。将布线极大的局部化，车中除总线之外就无须其他的线路来贯穿。

目前，汽车上的CAN总线连接方式主要有两种，一种是用于驱动系统的高速CAN总线，速率可达到500kb/s，另一种是用于车身系统的低速CAN总线，速率为100kb/s。国外知名汽车公司基本已经采用了CAN总线技术，例如林肯、奥迪、宝马等，而国内如奇瑞等公司也已经有几款车型应用了总线技术。

2汽车CAN总线技术的故障

2.1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。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，系统无法通讯。

2.2节点故障。

节点故障属于电控模块故障，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。软件故障主要是指传输协议或软件程序故障从而使汽车信息传输系统通讯出现故障。对于节点的故障问题，一般只有采用替换的方法进行检测。

2.3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，还会引起系统错误动作。

3汽车CAN总线的检修方法

现在车辆绝大部分都装有CAN系统，而且检查仪器也配有CAN的专用接头，其结构同OBD结构相同，所以多路信息传输系统的车辆出现故障，维修人员应直接使用CAN检测接头，检测汽车多路信息传输系统是否正常。因为如果多路信息传输系统有故障，则整个汽车多路信息传输系统中的有些信息将无法传输，接收这些信息的电控模块将无法正常工作，从而为故障诊断带来困难。对于汽车多路信息传输系统故障的维修，应根据多路信息传输系统的具体结构和控制回路具体分析。

波形测量：运用KT600上的示波器可以同时测量CAN高、低线的波形，该示波器有4个通道，这样在同一界面下同时显示高线和低线的同步波形，能很直观地分析系统出现哪些问题。测量时测量线的正极分别接高、低线，二者的黑色测量端子同时接地。在实际检测中根据示波器的波形可以迅速判定总线系统的故障部位。

终端电阻的测量：由于带有终端电阻的2个控制单元是相连的，所以2个终端电阻是并联的。当测量的结果为每一个终端电阻大约为120Ω，而总值为60Ω时，可以判断连接电阻是正常的。如果总的阻值被测量后，将一个带有终端电阻的控制单元插头拔下，显示阻值发生变化，这是测量的一个控制单元的终端电阻阻值。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或是CAN-BUS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。测量时应注意在拆下电瓶的电压线时，等待约5min，直到所有的电容器充分放电后再开始进行。

读取测量数据块中的CAN通讯状态：通过专用检测仪KT600讀取控制单元数据块，KT600会出现闪动的情况，一个数据块一个数据块的会慢慢跳出来，如果有的数据块没有跳出来，即在屏幕上没有显示，则这个数据块可能已经丢失，根据车型的CAN系统拓扑结构图（可以观察控制单元与之间的连接关系）就可以找到明确的故障部位，不过在读取过程中要关闭所有的车门而且不能晃动车辆，以免影响数据读取的准确性。

导线的维修：在CAN总线的维修过程中，也会经常遇到线束破损和断裂的现象，遇到这些情况时在实际维修过程当中都是采用接线和换线的方式来进行维修，但由于其本身具有的特殊性，故应该注意以下注意事项：1.接线时，确保两端的120欧姆的终端电阻正常。2.CAN线是双绞线，在维修的时候要按照该车型的标准进行双绞，一般来说，每米至少在30绞以上，这是干扰的基本要求。3.断线建议使用低阻标准件来接线。4.如果需要在中央接点处维修，则严禁打开接点，只允许在距接点100mm以外断开导线;另外，每条CAN线长度不应超过5m，否则会导致数据失真。

4结语

汽车CAN总线作为汽车中大量电子部件以及各控制单元之间数据传递的传送通道，其性能的好坏对汽车的影响越来越大。本文对汽车CAN总线的技术特点、优势、应用状态及传输过程进行了分析，也分析了汽车CAN总线故障产生的原因、故障的类型及故障的一般诊断步骤。通过本文的研究，为汽车CAN总线的进一步研究提供一定的理论基础。

参考文献

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[2]  朱凡，孙运强.CAN总线在汽车网络系统中的应用与研究[J].机械管理开发，2006，（2）：49—50