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届专科毕业设计3

2012届专科毕业设计（论文）

题目：

浅谈汽车CAN总线及其故障诊断

班级：

浙江桐庐2010汽车

学号：

2010BDH04066

姓名：

梁智兴

指导教师：

吴文兵

2012年5月

浅谈汽车CAN总线及其故障诊断

学生姓名：

梁智兴

学号：

2010BDH04066

所在函授站：

桐庐函授站

班级：

浙江桐庐2010汽车

指导教师：

吴文兵

完成日期：

2012年5月

浅谈汽车CAN总线及其故障诊断

摘要CAN总线以实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点，在汽车上得到了广泛的应用。

本文概述了CAN总线的工作原理，介绍了CAN总线的基本组成及分类，分析了CAN总线的各种波形故障，以便经后更好的更直观的对CAN总线进行故障诊断及排除。

关键词CAN总线数据传输系统故障诊断

随着汽车电子技术的不断发展，线束和元件的不断增加，使网络通信的发展成为了必然。

CAN总线是汽车行业采用最广泛的车载网络。

它与一般通信总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

因其具有成本低、极高的总线利用率、高速的数据传输速率和很远的数据传输距离等特点，所以在汽车上的应用已成普及趋势。

1CAN总线的组成

CAN数据总线由控制器、收发器、数据传输终端和数据传输线等构成。

1.1CAN控制器

接收控制单元中微电脑传来的数据，对这些数据进行处理，并将其传往CAN收发器。

同样，接收CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理，并将其传往控制单元中的微电脑。

1.2CAN收发器

CAN收发器将CAN控制器传来的数据转化为电信号并将其送入数据传输线。

为其接收和转发数据。

1.3数据传输终端

数据传输终端是一个终端电阻，防止数据在导线终端被反射产生反射波，反射波会破坏数据。

1.4CAN数据传输线

CAN总线的传输线为了减少干扰采用双绞线传输，其绞距为20mm，截面积有0.35mm²或0.5mm²两种分别用在对传递速度要求不同的CAN总线上。

这两条线传输相同的数据，因传递信号时数据线上的电压高低不同，分别被称为CAN高线（CAN-H）和CAN低线（CAN-L）。

电脉冲在0~5.0V变化，没有信号时，CAN高线为5.0V，而CAN低线为0V，代表数字“0”或“1”。

传递信息时，两条线上的读数相反。

另外CAN数据传输线能双向的传送数据。

2CAN总线工作原理

CAN总线传递数据是以不同的报文格式采用广播传送方式传给网络中所有节点。

报文对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。

每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。

在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。

当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。

当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN收发器，并处于准备状态。

当它收到总线分配时，转为发送报文状态。

CAN收发器将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。

每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。

由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。

可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。

当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。

其允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。

3数据传递过程

数据传输系统中某一电脑利用CAN收发器向汽车CAN总线发送数据，通过汽车CAN总线，可将该电脑发出的数据传送到其它电脑。

其它电脑利用各自的CAN收发器接收到这一数据后，转换信号并发给本电脑的控制器。

数据发送、接收、接受的情况如图1所示。

图1数据传递过程示意图

用CAN组成汽车网络系统资料信息量非常大，有快速变化信号和渐变信号。

各电子控制单元正常工作所能容许的最大时间延迟是决定资料访问总线优先级的最主要因素。

对扭矩、车速及发动机转速等快速变化的信号必须进行高速采样，并以相应的速率在总线上传输，数据的总线访问优先级也高。

对进气温度、冷却液温度、燃油温度等变化较慢的信号每隔100ms或1min采样1次就完全足够，数据的总线访问优先级相应地就很低。

同样如果1个参数信号对控制系统的正常工作显得非常重要，也可获得较高的优先级。

值得注意的是，数据的总线访问优先级的设定不是固定不变的，而是随着各种外部参数和汽车驾驶情况变化而不断变化的。

如发动机控制，无论是点火时间控制，还是燃油喷射控制，都必须和发动机的转速同步，发动机转速较高时，控制信号的总线访问优先权提高，反之则相应降低。

4CAN总线的故障诊断

4.1汽车CAN总线的常见故障

一般说来，引起汽车CAN总线故障的原因有3种：

（1）是汽车电源系统引起的故障；

（2）节点故障；（3）链路故障。

4.1.1电源系统故障

汽车CAN总线的核心部分是含有通讯IC芯片的电控模块ECM，电控模块ECM的正常工作电压在10.5~15.0V的范围内。

如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值，就会造成一些对工作电压要求高的电控模块ECM出现短暂的停止工作，从而使整个汽车多路信息传输系统出现短暂的无法通讯。

4.1.2节点故障

节点是汽车CAN总线中的电控模块，因此节点故障就是电控模块ECM的故障。

它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车多路信息传输系统通讯出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。

硬件故障一般由于通讯芯片或集成电路故障，造成汽车多路信息传输系统无法正常工作。

对于采用低版本信息传输协议即点到点信息传输协议的汽车多路信息传输系统，如果节点出现故障，将出现整个汽车多路信息传输无法工作。

对于节点故障，一般只能采用替换法进行检测。

4.1.3链路故障

当汽车CAN总线的链路（或通讯线路）出现故障时，如：

通讯线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰弱或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作。

CAN总线故障形式主要有CAN—High和CAN—Low短路、CAN—High对正极短路、CAN—High对地短路、CAN—High断路、CAN—Low对正极短路、CAN—Low对地短路和CAN—Low断路共7种错误。

4.2CAN网络故障维修

CAN网络故障维修以大众车型为例，可以更直观、更具体的对汽车CAN进行了解，并对其进行维修。

4.2.1检查并排除存在的功能故障

在对数据总线系统进行检查之前，必须保证所有与数据总线相连的控制单元的功能故障。

功能故障即指不会直接影响数据总线系统，即影响某一个系统的功能流程的故障。

例如：

传感器损坏，其结果就是传感器信号不能通过数据总线传递。

这种功能故障对数据总线系统有间接影响，会影响需要该传感器的信号的控制单元的信号。

因此应先行排除该故障，记下该故障并消除所有控制单元的故障码。

4.2.2对数据总线系统故障的检查

（1）两个控制单元组成的双线式数据总线系统的检测

故障检测时，关闭点火开关，断开两个控制单元。

检查数据总线是否断路、短路或对正极/搭铁短路。

如果数据总线无故障，更换较易拆下（或较便宜）的一个控制单元试一下。

如果数据总线系统仍不能正常工作，再更换另一个控制单元。

如图2所示。

图2三个控制单元组成的双线式总线系统示意图

（2）三个或更多控制单元组成的双线式数据总线系统检测

检测时，先读出控制单元内的故障码。

如果控制单元1与控制单元2和控制单元3之间无信号，关闭点火开关，断开与总线相连的控制单元，检查数据总线是否断路。

如果总线无故障，更换控制单元1。

如果所有控制单元均不能发送和接收信号（故障存储器存储“硬件故障”），则关闭点火开关，断开与数据总线相连的控制单元，检测数据总线是否短路或对正极/搭铁短路。

（3）CAN总线传输线路检测注意事项

如果线路中出现断路现象，不可用外接一条线路来代替损坏的CAN线。

非双绞线部分的长度不能大于10cm的距离，维修总线时不可改变，节点必须保持连接在主要CAN总线上。

4.2.3检查是否某一个控制单元引起故障

如果数据总线上查不出引起硬件损坏的原因，检查是否为某一个控制单元引起的故障。

（1）断开所有通过CAN数据总线传递数据的控制单元，关闭点火开关；

（2）接上其中一个控制单元，连接VAG1551，打开点火开关，清除刚接上的控制单元的故障码；

（3）用功能06来结束输出，关闭并再打开点火开关，打开点火开关10s后，故障阅读仪读出刚接上的控制单元故障存储器内的内容；

（4）如显示“硬件损坏”，则更换刚接上的控制单元；如未显示“硬件损坏”，接上下一个控制单元，重复上述过程；

（5）检测完硬件损坏后，连接蓄电池接线柱，输入收音机防盗密码，进行玻璃升降器单触功能的基本设定及时钟的调整，对于汽油发动机的汽车，还应进行节气门控制单元的自适应。

4.3示波器显示CAN系统正常波形信号

CAN数据总线诊断过程中，还可用示波器对CAN系统的线路进行信号测试，知道了正确的波形信号后，才能区分不正常的信号波形。

以下是以VAS5051测试仪DSO测试CAN信号的波形。

VAS5051的功能很多，其中数字储存式示波器（DSO）进行相应的参数设定后，可以检测数据总线上的传输信号。

如图3图4所示。

，驱动总线的信号频率高于舒适总线，而且无论何种总线，其CAN-high和CAN-low线上的电位总是相反的，电压的和总等于常值。

图3驱动系统波形示意图图4舒适系统波形示意图

4.4示波器显示CAN系统故障波形信号

这些故障可通过专用仪器测量波形，用5051测量波形来检测。

典型故障1为Can-Low断路，Can-Low断路是在Can-Low上出现断开区域;如图5

典型故障2为CAN-High断路，CAN-High断路是在CAN-High断路上出现断开区域，Can-Low断路波形与CAN-High断路波形相似。

如图6所示。

图5Can-Low断路波形示意图图6CAN-High断路波形示意图

典型故障3为Can-Low与蓄电池短接，短接后的波形整体被提高。

如图7所示。

图7故障波形示意图

典型故障4为Can-Low与地短接，Can-Low信号对地输出，波形表现为近似一条直线。

如图8所示。

图8故障波形示意图

典型故障5为Can-Low与Can-High短接，短接后高低总线波形相同。

如图9所示。

图9故障波形示意图

典型故障6为Can-Low与Can-High交叉连接，控制单元的输出总线一条本是Can-High，但却接到了总线上的Can-Low。

另一条是Can-Low，却接到了总线上的Can-High。

如图10所示。

图10故障波形示意图

示波器检测出具体的波形，从而代表不同的故障原因，可根据波形查找出具体的故障部位，并予以更换。

结论

综上所述，目前汽车CAN总线技术的应用日趋广泛，汽车维修人员只有把握汽车CAN总线技术的结构组成、工作原理、故障特点及诊断排除方法，才能适应汽车CAN总线这一新技术的要求，从而保证快速、准确地排除此类汽车故障。

参考文献

[1]胡亚庄.《简明汽车知识词典》北京理工大学出版社，2001

[2]司利增.《汽车计算机控制》人民交通出版社，2007

[3]黄妙华.《底盘及车身电控系统维修宝典》湖北科学技术出版社，2003

[2]陈家瑞.《汽车构造》人民交通出版社，2005

[5]潘向民.《如何通过汽车技师考评》广东科技出版社，2005

致谢

本文在成型过程中，得到了长沙理工大学吴文兵老师的指导，并提出了一些宝贵意见，使本人能够成功完成这篇论文。

对此，本人深表衷心的感谢和崇高的敬意。

同时，也要感谢身边的一些同事，是他们在百忙中抽出时间，协助本人在图书馆、书店搜寻到有用的资料，使本人在一定程度上节省了一定的时间。

在此，本人也向他们致谢。

由于本人的能力水平有限，论文一定存在着许多的错误和不足之处，请吴文兵老师给予批评指正。