試論汽車CAN總線技術(shù)及其檢測維修

鄭鵬

摘 要：電子技術(shù)的發(fā)展轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的汽車通信方式，特別是CAN總線技術(shù)的使用，對于汽車通信方式進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。基于此，本文分析了汽車CAN總線技術(shù)的原理及優(yōu)勢，說明了汽車CAN總線的常見故障，闡述了汽車CAN總線的檢測維修方式。

關(guān)鍵詞：汽車CAN總線技術(shù)；常見故障；檢測維修

引言：隨著我國電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對于電子技術(shù)的應(yīng)用都進(jìn)行了深入的研究與應(yīng)用。其中，在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)領(lǐng)域，使用的電控系統(tǒng)更加多樣，為人們提供了更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。為了確保汽車中包含的各個(gè)電控系統(tǒng)之間有著更好的信息共享效果，同時(shí)對導(dǎo)線及傳感器的使用量進(jìn)行控制與降低，CAN總線技術(shù)的優(yōu)勢就凸顯了出來，被相關(guān)人員廣泛應(yīng)用于汽車生產(chǎn)中。與傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)連接方式不同，CAN總線技術(shù)是一種更加新型的通信方式，其工作原理、結(jié)構(gòu)、故障形式以及檢測維修方式都有著其自身的獨(dú)特性。

一、汽車CAN總線技術(shù)的原理及優(yōu)勢分析

（一）汽車CAN總線的工作原理分析

CAN總線技術(shù)是控制器局域網(wǎng)總線技術(shù)的簡稱。汽車CAN總線技術(shù)在工作中，會將汽車上的各個(gè)控制單元利用中央控制器進(jìn)行連接，形成了汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這樣的連接方式就能夠加強(qiáng)對汽車對各個(gè)電控單元的管理，使的各個(gè)電控單元之間的工作更加協(xié)調(diào)。在實(shí)際的使用中，不論整車中包含多少電控單元，只需要利用兩根導(dǎo)線就能將其與總控進(jìn)行連接。在CAN總線上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有著固定的地址，數(shù)據(jù)信息由控制單元發(fā)出，經(jīng)過總線傳遞至CAN控制器中；CAN控制器能夠?qū)?shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為電信號，并將電信號傳遞至控制單元；控制單元對接收到的信號進(jìn)行檢測，并結(jié)合該單元需要進(jìn)行判斷，若需要就將信號接收，如果不需要就將其忽略。

（二）汽車CAN總線技術(shù)的優(yōu)勢分析

第一，開發(fā)難度相對較小。現(xiàn)階段，汽車CAN總線技術(shù)使用的通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是由CAN控制器芯片以及CAN控制器接口芯片進(jìn)行的。這樣的操控效果實(shí)現(xiàn)方式使得系統(tǒng)的開發(fā)難度顯著降低。

第二，數(shù)據(jù)通信信號相對較強(qiáng)。在汽車CAN總線控制系統(tǒng)中，由于使用了CAN控制器，所以能實(shí)現(xiàn)對更多的電控單元進(jìn)行控制，汽車內(nèi)的局域網(wǎng)也能夠根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)及時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的收發(fā)。

第三，使用范圍較為廣泛。汽車CAN總線技術(shù)的使用為分布式控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信提供了技術(shù)上的支持。經(jīng)過近十年的發(fā)展，CAN總線技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域得到了拓展性的應(yīng)用。

二、汽車CAN總線的常見故障分析

第一，電源系統(tǒng)故障。在汽車多路信息傳輸系統(tǒng)中，核心的電控模塊ECM包含著通信IC芯片。為了使其能夠正常運(yùn)行，該模塊的工作電壓必須要保持在10.5-15.0V的范圍內(nèi)[1]。一旦汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓沒有達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就會導(dǎo)致汽車的多路信息傳輸系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)無法正常通信。

第二，節(jié)點(diǎn)故障。節(jié)點(diǎn)故障包括軟件故障及硬件故障。其中，軟件故障就是傳輸協(xié)議或是軟件程序出現(xiàn)了缺陷，導(dǎo)致汽車多路信息傳輸系統(tǒng)通信出現(xiàn)混亂或是無法正常工作。該故障一般無法進(jìn)行維修；硬件故障主要是由集成電路或是通信芯片產(chǎn)生的故障，使得汽車多路信息傳輸系統(tǒng)無法正常工作。

第三，鏈路故障。主要包括通信線路的短路、斷路或者物理性質(zhì)造成的通信信號減弱與失真等，最終導(dǎo)致多個(gè)電控單元無法正常工作。

三、汽車CAN總線的檢測維修

（一）波形測量

在進(jìn)行波形測量時(shí)，可以使用VAS5051上的示波器對CAN-High波形以及CAN-Low波形進(jìn)行同時(shí)測量。該示波器包含DSO1以及DSO2兩種通道，所以能夠?qū)崿F(xiàn)CAN-High波形以及CAN-Low波形同一界面下的顯示，可以更加直觀的分析出系統(tǒng)出現(xiàn)的問題以及故障的位置。在測量中，要將CAN-High線與通道DSO1的紅色測量端子（正極）進(jìn)行連接、將CAN-Low線與通道DSO2的紅色測量端子進(jìn)行連接、兩者的黑色測量端子（負(fù)極）要同時(shí)接地。

CAN-BUS進(jìn)行信息傳遞是通過兩個(gè)二進(jìn)制的邏輯狀態(tài)，即0（顯性）以及1（隱性）來完成的。其中，每一個(gè)邏輯狀態(tài)都有相應(yīng)的電壓值對應(yīng)，所以在控制單元中，可以通過兩條線上的電壓差進(jìn)行數(shù)據(jù)的確認(rèn)。例如，當(dāng)DSO顯示CAN-BUS上僅包含兩種工作狀態(tài)，在邏輯值為1時(shí)，兩者的電壓差相對較小；在邏輯值為0時(shí)，CAN-High的電壓值上升、CAN-Low的電壓值下降，且兩者的電壓差為2.5V左右（波動范圍為±100mV）。利用波形測量，能夠迅速的完成CAN總線系統(tǒng)故障位置的判斷。

（二）終端電阻測量

在汽車CAN總線系統(tǒng)中，包含終端電阻的兩個(gè)控制單元呈現(xiàn)連接狀態(tài)，所以兩個(gè)終端電阻呈現(xiàn)了并聯(lián)的狀態(tài)。在終端電阻的測量中，若測量的結(jié)果顯示兩個(gè)終端電阻的電阻值約為120Ω、且總值為60Ω時(shí)，則能夠說明終端電阻是正常的。相關(guān)技術(shù)人員要明確終端電阻的阻值并不一定都為120Ω，要依照總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷[2]。在完成終端電阻的總阻值測量后，可以將其中一個(gè)含有終端電阻的控制單元進(jìn)行斷開，則能夠測量單一終端電阻的阻值。若是斷開某一含有終端電阻的控制單元后，并沒有出現(xiàn)阻值的變化，則意味著系統(tǒng)中存在問題，例如終端電阻損壞或CAN-BUS斷路等；若出現(xiàn)阻值無限大的情況，則意味著連接的控制單元的終端電阻出現(xiàn)問題，或者是控制該單位的CAN-BUS存在故障。

（三）測量數(shù)據(jù)塊中CAN總線通信狀態(tài)的讀取

在進(jìn)行測量數(shù)據(jù)塊中CAN總線通信狀態(tài)的讀取中，可以使用專用檢測儀VAS5051以及VAG1551進(jìn)行。利用專業(yè)檢測儀，能夠?qū)崿F(xiàn)對控制單元信息交流及工作狀態(tài)的檢測。當(dāng)某一控制單元顯示為1時(shí)，則意味著執(zhí)行自動診斷的控制單元正在從該控制單元中接收信息；當(dāng)控制單元顯示為0時(shí)，則意味著正在執(zhí)行自動診斷的控制單元沒有從該控制單元中接收信息。造成這樣情況的原因普遍為組合儀表之間的連線斷開或是沒有進(jìn)行該控制單元的安裝。

（四）汽車CAN總線技術(shù)的其他檢測維修方式

第一，CAN導(dǎo)線的維修。當(dāng)CAN-BUS導(dǎo)線出現(xiàn)破損或者是斷路需要進(jìn)行接線時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員要控制每段接線的長度小于50mm，且每兩段接線之間的長度要不低于100mm；若相關(guān)技術(shù)人員需要在中央接點(diǎn)處進(jìn)行維修時(shí)，則要嚴(yán)格控制開關(guān)處于閉合狀態(tài)，且只在距離接點(diǎn)100mm之外斷開導(dǎo)線。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員要控制每條CAN-BUS導(dǎo)線長度小于等于5m，避免出現(xiàn)脈沖信號的失真。

第二，報(bào)文檢測。在通信數(shù)據(jù)中，報(bào)文的內(nèi)容是固定不變的，但是由于在傳輸?shù)倪^程中會遇到較多格式上的問題，所以會阻礙數(shù)據(jù)執(zhí)行。相關(guān)技術(shù)人員要對幀的格式、大小等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的、詳細(xì)的檢查，確保數(shù)據(jù)傳輸中報(bào)文的準(zhǔn)確性。

第三，應(yīng)答檢測。在CAN總線技術(shù)的實(shí)際操作中，通信協(xié)議執(zhí)行指令會傳輸?shù)浇邮照局羞M(jìn)行應(yīng)答認(rèn)證。如果發(fā)送站沒有接收到應(yīng)答，則一味著接收站中的幀存在錯(cuò)誤，具體來說，就是ACK場已經(jīng)被損壞或是網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文沒有站點(diǎn)進(jìn)行接收。針對上述的問題，相關(guān)技術(shù)人員可以使用應(yīng)答錯(cuò)誤檢測進(jìn)行具體問題的查找并進(jìn)行及時(shí)的解決。

總結(jié)：綜上所述，CAN總線技術(shù)在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，為了確保汽車運(yùn)行的安全性，對其進(jìn)行檢測維修十分必要。在汽車 CAN總線技術(shù)中，常常會出現(xiàn)電源系統(tǒng)故障、節(jié)點(diǎn)故障以及鏈路故障，通過波形測量、終端電阻測量、測量數(shù)據(jù)塊中CAN總線通信狀態(tài)的讀取以及其他檢測維修方式，能夠準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)汽車CAN總線中故障出現(xiàn)的位置及具體問題，能夠及時(shí)的進(jìn)行故障處理，提升了汽車CAN總線的運(yùn)行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡應(yīng)春，徐明亮，楊欣.汽車CAN總線技術(shù)及其檢測維修的研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2016（10）：65-66.

[2]羅振華，蔣芬.汽車CAN總線技術(shù)及其檢測維修[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2014（17）：387.