一CAN总线

总线与全车电路检测第一部分CAN总线一、CAN简介随着电子技术的飞速发展，汽车电子化程度越来越高，从发动机系统控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统控制，从电源管理到为提高舒适性而作出的各种努力，使汽车电子系统形成了一个复杂的大系统。这些系统除了各自的电源线外，还需要相互通信，若仍沿用常规点对点的布线方试，那么整个汽车布线将如一团乱麻，汽车线束的体积增大。采用总线布线，实现信息共享，大大的简化了汽车布线。CAN（ControllerAreaNetwork）数据总线是一种极适合于汽车环境的汽车局域网。车载网络有几种，CAN总线是德国Bosch公司为解决汽车监控系统中的复杂技术难题而设计的数字信号通信协议，它属于总线式串行通信网络。与同类车载网络相比，CAN总线在数据传输方面具有可靠、实时和灵活的优点，现已成为汽车总线的主流技术和标准，被世界很多著名汽车制造厂商所采用。二、CAN组成各电子控制单元通过CAN－BUS通信，实现信息共享。根据信息实时性要求不同，采用不同的信息传输速度，分为传输速度较高的动力系统CAN总线与传输速度较低的舒适系统CAN总线，二个系统的总线不能直接耦合，需要通过网关桥接。网关与诊断插座连接，检测仪可连接到诊断插座上，通过网关与各控制单元进行人机对话。每一个连接到CAN总线上的控制单元叫做一个节点。下图带有CAN总线的汽车，各节点内都设有实现CAN协议的芯片，一个完整的CAN总线智能节点硬件主要由三部分组成：微处理器（单片机）。其作用是对CAN控制器进行进行通信初始化、向CAN控器派送预发送的信息、接收利用CAN从总上接收来的信息。CAN控制器。完成CAN通信协议，承上启下组织信息发送和接收。CAN收发器（驱动器）。是CAN控制器与物理总线之间的接口，对线差动发送和接收。P98C668－单片机SJA100－CAN控制器TJA1050－收发器6N137－车载CAN总线系统采用的是差动传输技术，实车布线为双绞线。信号发送与接收原理如下：在微处理器中，每一种数据都有一个二进制编码，这些信号包括发动转速、车速、温度，以及微处理器预向外发出的指令。编码内容主要包括该信息的种类标识、实时数据值的大小等。对于需要各节点共享的信息，微处理器将其编码发送给CAN控制器，CAN控制器将信息编制成发送格式后发送给收发器，收发器将报文的逻辑电平变成总线上的电压电平，在CANH、CANL线上差动发送，发送逻辑1时，二总线电压为隐性，发送逻辑0时，二总线电压为显性。接收信息的各节点，按照总线隐性为1、显性为0的协议，对接收的比特流译码，为本微处理器所用，完成一个信息的发送。总线上的信号电压变化差动传输收发原理三、CAN数据帧的发送格式1、帧起始：标志数据开始，带有大约5V电压的1位，被送入高位CAN线；带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。2、标识符：判定数据中的优先权。如果几个节点都要同时发送各自的数据，那么，具有较高优先权的节点，优先发送。3、RTR：远程传送请求位。4、控制域：5、数据域：预发送的数据内容被编排在此区域中。6、CRC校验：检测传递数据中的错误。7、应答域：接收数据的节点，给出一个应答（发送节点给总线留出应答空隙，接收节点发出一个显性位0，表示正确接收了数据，如果在这个空闲时间内，所有接收节点均未发回应答，表示数据发送错误，发送节点会重新发送）。8、帧结束：连续发送7个隐性位，标志数据报告结束。在此是显示错误并重复发送数据的最后一次机会。帧起始标识符RTR控制域帧结束应答域CRC校验数据域四、仲裁CAN设计者根据各种信息重要性不同，给出了不同的上总线传输优先权，标识符中前7位包含着发送优先权，若有几个节点同时预向总线发送信息，他们首先要向总线发送标识符进行比对，0位优先于1位，逐位比对，赢得仲裁的节点继续发送，失去仲裁的节点转入接收。注意，若总线正在发送信息时，即使是优先权高的信息也要等其发送完毕后方能发送。五、双绞线的意义CAN总线采用普通铜导线，使用方便，成本降低，但其抗干扰性差，在信息传输过程中，若有一根导线受电磁干扰，使电压值升高或降低，二根总线的电压差值就发生变化，造成错误的信号，因此，将二导线采用绞在起的方法布置，这样如果有电磁干扰，二根导线同时受冲击，其电压值变化相同，差值不变。六、驱动CAN总线故障诊断（菠罗例在车载电脑中，发动机、自动波箱、ABS、安全气囊、动力转向等通过总线连接组成的CAN总线系统称为高速总线系统，因为这些节点所利用的数据对实时性要求很强，信息须高速传输才是有效数据，低速传输传会使数据失去实时性而不可用（串行：排队、上线传输）。通常把高速总线叫做驱动CAN总线，其传输速度为1Mbit/s。驱动CAC总线采用差动传传输，即接收节点利用CANH与CANL电压差值来识别发送节点发来的代码。隐性时，CANH与CANL二根总线电压均为2.5V，其差值为0V，将其译为逻辑1；显性时，CANH线电压升为3.5V、CANL线电压降为1.5V，其差值为2V，将其译为逻辑0；二根总线绞在一起，如受到外界电磁干扰时，二根总线电压产生相同幅值的变化，其差值保持不变。驱动CAN总线的二根总线终端通过电阻耦合，因此，当其中一根总线故障时，另一根总线被牵连；二根总线相互依赖工作，不能单线工作如果有一根总线对正极/对地短路、二线短路、单线断路时，高速总线系统摊焕。菠罗轿车动力转向系统CAN总线电路图J500J519（J533）J220J285G22G28OBDⅡG250CAN-HCAN-L7164K线在CAN总线系统中，各节并联，发动机控制单元在CANH与CANL之间形成66Ω的电阻值，其它节点在CANH与CANL之间均形成2.6kΩ的电阻值，因此，二总线之间的总电阻在53—66Ω之间。CAN总线电路常发生的的故障与其它电路一样，包括断路、对正极短路、对地短路、二总线之间短路及某一个节点内部形成断路/短路故障，测量故障点时有如下几种方法：1、测量总线电压值。打开点火开关，CANH对地电压值应为2.6V；CANL对地电压值应为2.4V。若显示0V为对地短路；若显示12V为对正极短路；若二总线电压值相同，为二总线之间短路；2、测量总线电阻值。关闭开点火开关，二总线之间的电阻值应在53—66Ω之间。若大于66Ω，表示发动机节点断路；若二总线电阻值为0，说明二总线之间短路；3、拆下节点对比诊断。当总线测量数据不正常时，可逐个拔下各节点后对总线再次测量，若拔下某一节点的线路插接器后，故障消失，则为该节点内部故障。对各节点二总线针脚测量时，发动机节点电阻值应为66Ω、其它节点二总线针脚电阻值均为2.6kΩ左右。4、用示波器测量总线波形。在总线上逐点测量，波形对比，可诊断出故障点。CANH、CANL总线为镜像对称波型。七、故障案例1、故障现象：起动发动机后无转向助力效果2、检测仪查询：连接汽车检测仪，进入网关J533（地址19）查询故障码、读取数据流。查询到故障码01039—动力转向控制单元J500无通讯；读取数据流125/126组，显示J500通讯状态为0，发动机、仪表通讯状态为1。3、分析查询结果：由图2菠罗轿车动力转向CAN电路可看出，检测仪经过网关J533，再经过总线与各节点通讯，网关、发动机、仪表三者均有通讯，说明总线母线工作正常，J500无通讯，说明总线母线至J500分支线有故障。另外，驱动CAN总线的CANH与CANL通过终端电阻耦合，如果其中有一根线对正极短路、对地短路、二线短路均会使全系统总线摊焕（不能产生正确的电压差值），只有某一支路总线有断路时，对母总线无影响。由以上二点分析，可断定总线母线至J500分支线有一根断路或二根同时断路。公共总线部分为母线。4、测量查找故障点：拔下J500插接器，测量插头二线端子上的电压值，CANH应为2.6V、CANL应为2.4V，存在断路的导线插头端子电压值为0V，对这根导线采用逐段测量方法，查找到断路点（亦可采用逐段测量导线导通性、示波器拾取波形的方法测量查找故障点）。七、舒适CAN总线故障诊断（帕萨特）车载CAN总线系统中，舒适系统中各节点之间的通讯，采用低速传输，因为这些节点之间信息交换对实时性要求没有驱动系统那样强，只需100kbit/s即可。这些节点主要有舒适系统控制单元J393、四个车门控制单元J386/387/388/389等。舒适系统控制管理中央门锁、电动摇窗、电动后视镜等项目。舒适CAC亦采用差动传传输，但二根总线是之间没有耦合，是彼此独立的，当一根总线发生故障时，另一根总线可自动进入单线模式工作，这时，除了有故障提示外，舒适系统中的各项种控制不受影响，表面无生故障现象。单线模式时，接收节点用总线对地电压值识别代码，抗电磁干扰能力大大下降。舒适CAN总线中，CANH线隐性时为0V、显性时≥3.6V，CANL线隐性时为5V、显性时≤1.4V。用电压表测量时CAN-H对地呈0V，CAN-L对地呈4.6V，二总线之间电阻无穷大。对舒适CAN系统进行故障检测时，仍然先用检测仪查询故障的性质与区域，然后再结合电路图用万表或示器等测量工具实施故障点查找。实车故障测量一般采用对导线的导通性逐段测量方法，亦可用示波器对导线逐段拾取波形测量。测量故障点时，要遵照由外向内、先简后繁的原则，根据车辆实际电路排布情况，从不需要折装测量到简单拆装测量再到复杂拆装测量。八、大客车CAN总线采用车载网络通信很大程度的减化了汽车电路，在汽车电器布置上体现出电路原理清晰。汽车的起动、照明、转向信号及刮水器等一切电器均纳入CAN总线管理。笔者将大客车上的每一个电子控制单元比做一个片警，负责本辖区的管理工作。在大客车前部、中部、后部及电器集中的部位，各都设置电子控制单元，节点组通过CAN总线接收和发送相关信息，控制本区域内的电器工作。目前国内大客车多采用的是威帝CAN总线产品与欧科佳CAN总线产品，二种产品均为Bosch的CAN协议。VITI-CAN总线按车辆配置、功能多少可分为三级布置。节点模块有：仪表模块、开关模块、前控模块、前灯模块、记录仪主机、胎压监测模块、顶控模块、中控模块、后控模块、后灯模块、桥模块。一级总线一级总线是一种简易的CAN总线。整个系统由总线处理器、总线仪表、总线管理器和桥模块组成。总线处理器可完成50多个数据量的采集，并能实现对缓速器、空气悬架、三桥、乘客门及车速灯等的控制，还能为发动机提供C3信号以实现巡航定速的功能；桥模块可接受发动机ECU发出的转速、油压、水温等数据；总线管理器除管理总线运行外，还有行车记录仪功能；总线仪表为纯数字化仪表，可显示近120个数据。二级总线二级总线是为客车开发的一套CAN总线系统，整个系统由前控模块、后控模块、前灯控模块、后灯控模块、总线仪表、总线管理和桥模块组成。总线系统可完成近80个数据量的采集，并能实现对缓速器、空气悬架、三桥、乘客门、灯光、雨刷机、发动机点火、发动机熄火等的控制，还能为发动机提供C3信号以实现巡航定速的功能；桥模块可接受发动机ECU发出的转速、油压、水温等数据；总线管理器除管理总线运行外，还有行车记录仪功能；总线仪表为纯数字化仪表，可显示近120个数据量。三级总线三级总线是功能比较完备的CAN-LIN混合总线系统。整个系统由开关、前控、中控、后控、顶控、前灯控、后灯控、总线仪表、胎压接收等模块，以及总线管理器和桥模块组成。总线系统可完成近120个数据量的采集，并能实现对缓速器、车身升降、随动桥、乘客门、灯光、雨刮机、空调器、车内照明、油路、点火器、铰接盘、发动机点火、发动机熄火等的控制，还能为发动机提供C3信号以实现巡航定速的功能；桥模块可接受发动机ECU发出的转速、油压、水温等数据；总线管理器除管理总线运行外，还有行车记录仪功能；总线仪表为纯数字化仪表，可显示近200个数据量。