CAN总线技术在汽车电控系统中的应用及检测分析

2021-11-03德州职业技术学院季丽华

电子世界 2021年18期

德州职业技术学院季丽华

随着汽车行业快速发展，汽车电器设备通信需求不断提升，使得传统点对点的连线通信方式难以满足实际需求。为降低车身布线难度，提升汽车信息资源共享性，开始采用汽车CAN总线技术进行电控系统信息传输。但在实际使用中，受其本身存在故障的影响，降低了信息传输效果。基于此，本文主要围绕CAN总线技术进行分析，探讨其传输原理，处理汽车CAN总线体系使用中存在的故障，完善汽车CAN总线检修方式。

目前，国内外最为常用的现场总线技术是CAN总线技术，其具有强大的操作功能，能够基本满足用户对汽车的控制需求，且该技术本质上是一种通信协议，通过在汽车内部建立小范围局域网络，对汽车内部实现综合调控，促使各个部件实现协调稳定运行。汽车CAN组新技术应用中，通过较为先进的通信协议技术，能够提升汽车使用性能，并为汽车电控系统操作提供有利条件。在使用中为保证其作用得以发挥，必须明确其信息传输原理并找出使用中存在的故障，采用适合方式进行解决。

1 CAN总线

根据国际标准组织中相关标准CAN拓扑结构为总线式，即CAN总线。由飞利浦等公司支持，目前CAN总线已经成为世界范围内应用最广泛的总线。CAN总线有3个主要特点：（1）CAN总线硬件连接较为简单且性价比好，基于CAN总线的车载网络体系使用的双绞电缆可代替以往昂贵导线，成本较低；（2）CAN总线具有快速响应能力，可应用于对实时性较高的场合，如安全气囊和刹车装置。（3）CAN总线可靠性高，纠错能力强，将协议中每帧数据都使用CRC和其他校对措施，可以降低数据出错可能性，若某一节点出现严重失误，可快速脱离总线，不会对总线上其他节点产生影响。图1是一个典型汽车CAN总线结构示意图，包括主电机控线系统、汽车屏幕显示系统和电磁组管理系统等，不同子系统之间采用CAN总线实现命令和通讯数据传输，每个节点都能够脱离CAN总线，自身独立完成运行，能够保证车辆运行安全需要，同时总线不会因某个设备脱离引发系统结构崩溃。

图1 汽车CAN总线控制系统结构

2 CAN数据总线传输原理

在使用CAN数据总线进行传输中，CAN总线由网关发动机管理系统、ABS制动控制系统、舒适系统等不同系统组成，不同控制器间通过CAN总线实现通信；同时，能够实现传感器测量数据共享以及控制指令发送与接收，提高了各个控制器的性能。此类通讯的通讯类型分为信息类和命令类，其中，信息类主要发送传感器信号、诊断信息等，命令类主要发送其他执行器命令。

3 CAN总线汽车体系

使用汽车CAN总线网络系统能够代替汽车电源、汽车电器原有点对点连接方式，有效减少插件和整车线束使用数量，并通过建立相对完整的汽车控制管理平台方式，实现对各个电子空间单元有效控制。CAN总线使用中有高速和低速两种形式，其中，高速CAN总线与电子空间单元、电子空间系统、安全气囊、自动变速空间单元等相连接，具有较高可靠性、较强实时性；低速CAN总线与汽车车灯、信号电子控制系统、仪表板和电控座椅系统等相连接，主要用于对速度要求较低的电器设备。

4 汽车CAN总线故障

4.1 多路信息传输系统故障

汽车电控模块中，ECM为汽车网络多路系统传输系统核心，该核心能够保证汽车正常工作，其电压在10.5～15.0V之间，若汽车电源系统产生的工作电压不足10.5V，会导致部分电控模块中EMC停止工作，使得整个多路信息传输系统难以进行有效信息传输。

4.2 多路信息传输节点故障

节点指的是汽车多路信息传输系统中涉及到的各个电控模块。节点常见故障主要是软件故障，即软件程序或传输协议存在问题或产生冲突。若节点出现问题，会导致汽车多路信息传输系统传输的通讯信息出现混乱，造成系统难以维持正常工作状态。

4.3 汽车多路信息传输链路故障

若通讯线路出现断路或短路，或因线路物理问题导致通讯信号减弱、失真，就会导致多处电子控制元件难以正常通讯，甚至发出错误指令，导致执行元件执行错误动作，影响汽车正常使用。

5 汽车CAN组线检修

在汽车启动过程中，若多线路传输系统出现问题会影响信息正常传递，电子控制模块因无法接收命令信息，难以维持正常工作，甚至导致安全事故。因此，汽车维修人员针对车辆故障进行检修时，应加强对多路信息传输系统检测，尤其针对其结构和控制回路特点实施系统性检测，保证信息传输安全性。

5.1 终端电阻测量

汽车多线路传输系统电阻由两个终端电阻组成，分别处于两个控制单元中。若控制端处于正常连接状态，能够消除CAN总线信息传输系统中的信号反射。若终端出现问题，系统抗阻会明显降低或消失，信号会形成反射，导致信号单元出现问题。CAN总线两端连接120Ω抑制反射终端电阻，能够起到匹配总性抗阻作用，且两个电阻处于并联关系，总值为60Ω，可根据其电路特性，通过检测终端电阻阻值方式判断存在的故障。若拔下其中一个带有终端电阻控制元件插头，电阻值未见明显变化，说明系统出现问题，电阻可能损坏或出现CAN-BUS断路。若拔下控制单元后，电阻无穷大，判断为终端电阻损坏或CAN-BUS故障。

5.2 CAN总线波形测量

CAN总线常见故障包含：（1）CAN-High和CAN-Low短路；（2）CAN-High对地短路；（3）CAN-High对正极短路；（4）CAN-High断路；（5）CAN-Low对地短路；（6）CANLow对正极短路；（7）CAN-Low断路。使用专用检测仪对不同故障波形进行监测，结果主要有以下几方面，故障1：Can-Low上出现断开区域，出现Can-Low断路；故障2：在CAN-High断路上出现断开区域，出现CAN-High断路，Can-Low断路波形与CAN-High断路波形相似。故障3：Can-Low与电瓶短接，短接后波形整体提高。故障4：Can-Low与地短接，Can-Low信号对地输出，波形接近一条直线。故障5：Can-Low与Can-high短接，短接后高低总线波形相同。故障6：Can-Low与Can-high交叉连接，控制单元输出总线中，一条是Can-high，但与总线上Can-Low相连接。另一条为Can-Low，与总线上Can-high相连。在对故障原因分析中，根据波形可确定具体故障位置。