何科宇，莫圣海，陳良忠

（上海中銳教育投資股份有限公司，上海200335）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和電子科技技術(shù)的逐步提高，現(xiàn)代汽車對(duì)于使用者來說已不單純只是一個(gè)交通工具，汽車同時(shí)還需承擔(dān)著更多的使用便利功能。使用者需求的日益增加，也推動(dòng)了汽車技術(shù)在不斷革新，大量的控制單元在汽車上應(yīng)用，加劇了集中控制和分散控制的矛盾，同時(shí)使線束由簡(jiǎn)單變成了復(fù)雜，車輛維修也由此變得困難復(fù)雜。隨著CAN總線系統(tǒng)的出現(xiàn)，它有效地解決了汽車控制單元與控制單元之間的數(shù)據(jù)交換問題。CAN是控制單元通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種通信方式，即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。在對(duì)汽車CAN總線系統(tǒng)檢測(cè)維修過程中，作為一名汽車維修人員必須在理解其結(jié)構(gòu)組成和工作原理的基礎(chǔ)上，掌握CAN總線系統(tǒng)的故障類型分析及檢修方法。

1 汽車CAN總線系統(tǒng)的組成與分類

汽車 CAN總線系統(tǒng)主要由CAN控制器、CAN收發(fā)器、兩根數(shù)據(jù)傳輸線和兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端四部分組成，如圖1所示。

圖1 CAN總線系統(tǒng)的組成

（1）CAN控制器

CAN控制器的主要作用為：一方面接收控制單元微處理器傳來的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳往CAN收發(fā)器；另一方面CAN控制器也要接收由CAN收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并將其傳往控制單元微處理器，以便控制單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。

（2）CAN收發(fā)器

CAN收發(fā)器對(duì)外具有接收與發(fā)送兩部分功能。發(fā)送時(shí)它將由CAN控制器傳來的數(shù)據(jù)翻譯成電壓信號(hào)并將其送入兩根數(shù)據(jù)傳輸線。接收時(shí)它能將數(shù)據(jù)傳輸線上的電壓信號(hào)翻譯成相應(yīng)的數(shù)據(jù)并將其傳往CAN控制器，以便CAN控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理再發(fā)往控制單元微處理器。

（3）數(shù)據(jù)傳輸終端

數(shù)據(jù)傳輸終端的作用主要是為了防止數(shù)據(jù)傳輸過程中在線端出現(xiàn)反射，干擾數(shù)據(jù)的正常傳輸。常見的汽車CAN總線數(shù)據(jù)傳輸終端為兩個(gè)120 Ω的電阻，也稱為CAN總線終端電阻。

（4）數(shù)據(jù)傳輸線

為了高效地傳輸數(shù)據(jù)避免通訊信號(hào)被干擾，CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸線采用了雙絞線，分別將CAN-H和CAN-L兩條線纏繞在一起，構(gòu)成了一個(gè)封閉的傳輸通道，使車內(nèi)外的電磁場(chǎng)對(duì)CAN總線的干擾降到最低，同時(shí)CAN總線向外輻射也保持最小[1]。

目前汽車上的CAN總線系統(tǒng)主要分為高速CAN總線和低速CAN總線2類。高速CAN總線，速率可以達(dá)到500 kb/s，它主要面向通訊實(shí)時(shí)性要求較高的控制單元，例如汽車牽引力控制、ABS/EDL控制和自動(dòng)變速器控制等；低速CAN總線，速率一般為100 kb/s，其特征是信號(hào)多但通訊實(shí)時(shí)性要求低，它主要是針對(duì)汽車車身控制，例如車燈控制、門鎖控制和車窗升降控制等信號(hào)的采集及反饋，實(shí)現(xiàn)成本要求低。以大眾速騰為例如圖2所示：高速CAN主要用來控制汽車動(dòng)力系統(tǒng)方面的控制單元所以也叫驅(qū)動(dòng)CAN；低速CAN可以用來控制車窗、車門或是娛樂系統(tǒng)等控制單元，所以低速CAN又可以分為舒適CAN和娛樂CAN.

圖2 大眾速騰CAN總線系統(tǒng)的拓?fù)?/p>

2 汽車CAN總線系統(tǒng)的工作原理

汽車CAN總線系統(tǒng)的工作原理主要是汽車控制單元之間的數(shù)據(jù)信息共享。例如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元向汽車CAN總線系統(tǒng)中發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，其他連接在CAN總線系統(tǒng)上的控制單元均能接收到這一數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)對(duì)汽車的控制單元有作用，就會(huì)被接收和處理并執(zhí)行相應(yīng)指令，若對(duì)控制單元無用，控制單元?jiǎng)t忽略這些數(shù)據(jù)。由此可見，控制單元向CAN總線系統(tǒng)共享的數(shù)據(jù)沒有指定的接收者，所有連接在系統(tǒng)上的控制單元均能接收到數(shù)據(jù)。具體的傳輸可分為以下五步。

（1）數(shù)據(jù)采集：各控制單元的微處理器采集傳感器的信息，并向CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)發(fā)送：CAN收發(fā)器接收從CAN控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將其翻譯為電壓信號(hào)發(fā)往數(shù)據(jù)傳輸線，此時(shí)連接在數(shù)據(jù)傳輸線上的控制單元均能接收到數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)接收：所有連接在數(shù)據(jù)傳輸線上的控制單元通過各自的收發(fā)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸線上的電壓信號(hào)翻譯成為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)檢驗(yàn)：接收到數(shù)據(jù)的控制單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)格式是否正確，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否為該控制單元所需要的。

（5）數(shù)據(jù)認(rèn)可：如果接收到的數(shù)據(jù)格式是正確的，并且為該控制單元所需要的，數(shù)據(jù)就會(huì)被控制單元的微處理器接收并處理，反之不予理會(huì)[2]。

3 CAN總線常見的故障類型分析

目前大多數(shù)汽車上都采用CAN總線系統(tǒng)，對(duì)CAN總線系統(tǒng)故障的診斷，應(yīng)該根據(jù)不同車系的CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行具體分析。一般來說，常見造成汽車CAN總線系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因可大致分為三大類型：

（1）供電系統(tǒng)故障

目前連接在CAN總線系統(tǒng)上的控制單元的工作電壓一般在10.5 V～15 V這個(gè)范圍內(nèi)。如果供電系統(tǒng)提供的工作電壓小于10.5 V，車上的某些控制單元將會(huì)停止工作，如果供電大于15 V則控制單元將會(huì)燒壞，兩種情況均會(huì)使控制單元在CAN總線系統(tǒng)上無法通訊。

故障實(shí)例分析：一輛上海大眾polo1.6 L，2004年10月出廠，在車輛行駛過程中，突然熄火，然后再也沒法啟動(dòng)。用KT600故障診斷儀讀取發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)診斷儀無法進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，嘗試了三次均無法進(jìn)入，懷疑診斷儀鏈接異常。接著嘗試用診斷儀進(jìn)入自動(dòng)變速器控制單元來測(cè)試診斷儀是否鏈接異常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)診斷儀可以進(jìn)入，于是判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元故障。用診斷儀進(jìn)入網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)診斷接口模塊檢測(cè)故障，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元未通訊故障，故障碼清除不了，分析可能是控制單元供電、搭鐵或是控制單元硬件故障，用替換法更換發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元后故障仍未排除。隨后檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的搭鐵，搭鐵正常，檢測(cè)供電時(shí)發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)有12 V電壓，但到控制單元對(duì)應(yīng)的端口卻為0 V電壓，所以斷定為保險(xiǎn)到控制單元之間的線路問題。取下保險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)有燒蝕的痕跡，觀察保險(xiǎn)插座發(fā)現(xiàn)插座間隙過大也有燒蝕的痕跡。經(jīng)詢問得知，車輛在安裝行車記錄儀時(shí)安裝師傅從保險(xiǎn)盒取常電，所以保險(xiǎn)插座間隙過大很有可能為安裝行車記錄儀取電時(shí)不小心導(dǎo)致的，保險(xiǎn)接觸不良時(shí)間久了導(dǎo)致保險(xiǎn)燒蝕，從而導(dǎo)致控制單元不供電，修理保險(xiǎn)插座換上新保險(xiǎn)故障排除。

（2）控制單元故障

CAN總線系統(tǒng)的控制單元故障可以分為軟件故障和硬件故障。軟件故障一般發(fā)生在維修過程當(dāng)中的誤操作導(dǎo)致硬件重新編碼，因?yàn)橛布匦戮幋a一般需要幾個(gè)步驟，維修誤操作的概率很小，所以軟件故障很少發(fā)生?？刂茊卧收铣Ｒ娛怯布收希话阌捎谛酒蚣呻娐分械碾娮?、電容或是三極管故障造成的，這種故障一旦出現(xiàn)，會(huì)造成控制單元無法工作從而影響CAN總線系統(tǒng)正常工作。

故障實(shí)例分析：一輛上海大眾POLO，2008年4月出廠，儀表不亮，鑰匙打到啟動(dòng)擋汽車起動(dòng)機(jī)無響應(yīng)，經(jīng)詢問客戶反映汽車車窗時(shí)常不能控制，每次車窗不能控制時(shí)，客戶自行斷開車載網(wǎng)絡(luò)控制單元（BCM）從新連接后車窗控制恢復(fù)正常。用KT600故障診斷儀試圖讀取全車故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)診斷儀與診斷系統(tǒng)建立不了通訊，結(jié)合客戶的反映和儀表不亮故障現(xiàn)象，分析認(rèn)為可能是車載網(wǎng)絡(luò)控制單元故障導(dǎo)致集成在里面的網(wǎng)關(guān)不工作，從而使診斷儀與汽車診斷系統(tǒng)建立不了通訊，用替換法更換車載網(wǎng)絡(luò)控制單元后故障消失，車輛能正常啟動(dòng)，診斷儀能進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)無故障。此類故障發(fā)生的原因極有可能是客戶在蓄電池負(fù)極未斷開或是點(diǎn)火開關(guān)未關(guān)的情況下，反復(fù)拆裝車載網(wǎng)絡(luò)控制單元，從而導(dǎo)致車載網(wǎng)絡(luò)控制單元內(nèi)部硬件故障。

（3）CAN總線系統(tǒng)鏈路故障

當(dāng)CAN總線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，例如：數(shù)據(jù)傳輸線對(duì)地短路、對(duì)電源短路、斷路和線路物理性質(zhì)改變引起的通訊信號(hào)失真或衰減，均會(huì)引起一個(gè)或多個(gè)控制單元同時(shí)無法工作，CAN總線系統(tǒng)不能通訊等故障。判斷是否為鏈路故障，一般采用示波器加專用診斷儀結(jié)合讀取通訊數(shù)據(jù)，采集通訊波形并與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。主要的方法有波形檢測(cè)和終端電阻的測(cè)量。

1）波形檢測(cè)

在CAN總線系統(tǒng)中維修人員可以利用示波器對(duì)雙絞線進(jìn)行檢測(cè)，采集兩根線中的波形進(jìn)行分析，通過采集到的波形與標(biāo)準(zhǔn)的波形進(jìn)行對(duì)比分析很容易找出故障原因。

故障實(shí)例分析：一輛大眾朗逸轎車，2003年8月出廠，偶爾無法啟動(dòng)，儀表上時(shí)常不顯示。用KT600診斷儀進(jìn)行診斷時(shí)，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)系數(shù)據(jù)總線不良故障，因?yàn)樵摴收蠟榕及l(fā)性的，懷疑是驅(qū)動(dòng)總線鏈路故障，導(dǎo)致汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無法正常工作，用KT600通用示波模塊在驅(qū)動(dòng)CAN-H和CAN-L分別接入示波器進(jìn)行波形采集，通過與標(biāo)準(zhǔn)波形對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)CAN-H線有對(duì)地短路的現(xiàn)象，于是逐步排查連接在驅(qū)動(dòng)CAN總線系統(tǒng)上的各個(gè)控制單元，當(dāng)排查到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元線束與雨刮臂有干涉，線束內(nèi)的CAN-H線的絕層在雨刮的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中被磨破了，導(dǎo)致與車身接觸形成對(duì)地短路，重新包好破損的線束并固定好發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元故障排除。

2）終端電阻的測(cè)量

CAN總線的終端電阻一般安裝在CAN總線系統(tǒng)頭尾兩個(gè)控制單元內(nèi)，兩者處于并聯(lián)狀態(tài)，在正常工作狀態(tài)下總線系統(tǒng)的總電阻值應(yīng)在60 Ω左右 ，單個(gè)終端電阻值應(yīng)為120 Ω.當(dāng)總線系統(tǒng)出現(xiàn)斷路故障時(shí)，維修人員可以在斷開蓄電池負(fù)極的情況下對(duì)終端電阻進(jìn)行測(cè)量，如果拔掉一根終端電阻后，檢測(cè)到阻值無窮大，則說明CAN總線系統(tǒng)出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象[3]。在維修過程當(dāng)中通過對(duì)終端電阻的測(cè)量，可以快速地確定CAN總線系統(tǒng)的故障原因，為維修提供了方便快捷的診斷途徑。

4 結(jié)束語

綜上所述，汽車CAN總線系統(tǒng)作為現(xiàn)階段汽車應(yīng)用最廣的總線系統(tǒng)，它的出現(xiàn)使汽車控制單元之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享的信息化發(fā)展，全面提升了車輛的各方面性能，同時(shí)，也促進(jìn)了維修人員的技術(shù)水平提升。未來汽車的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)控制，這將是汽車總線系統(tǒng)的又一次飛躍，維修人員只有不斷地學(xué)習(xí)和掌握CAN總線系統(tǒng)，才能更好的將其故障診斷方法運(yùn)用到汽車維修檢測(cè)中，為維修業(yè)做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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