總線技術在汽車電氣系統(tǒng)中的應用研究

劉賢

南京徐工汽車制造有限公司 江蘇省南京市 210000

汽車電氣系統(tǒng)中運用先進的總線技術來串聯(lián)和協(xié)調各個分系統(tǒng)的運行，其控制能力成為衡量系統(tǒng)性能乃至整個汽車質量的關鍵指標。總線技術目前已經廣泛的應用于汽車內部電氣系統(tǒng)的建設和完善中，通過各種有效的技術手段來發(fā)揮其作用，從而對于提高汽車各項功能服務水平發(fā)揮重要作用。因此下面根據(jù)以下幾種總線技術來詳細分析其在電氣系統(tǒng)中的具體應用情況。

1 汽車電氣系統(tǒng)中的總線技術應用分析

1.1 CAN 總線技術

CAN總線技術，又稱控制器局域網(wǎng)技術，這是一種屬于現(xiàn)場總線技術的一種，最早由德國公司研發(fā)，CAN總線技術能夠很好的解決汽車內部各電子系統(tǒng)控制模塊間數(shù)據(jù)信息傳遞困難的問題，并且這種新型的總線技術與傳統(tǒng)技術相比，不僅能夠保證正常的通訊需求，還能夠對系統(tǒng)結構進行不斷的優(yōu)化，從而減少了系統(tǒng)與其他車載系統(tǒng)間的連接線長度，削減了大量的無用插件數(shù)量，有效的保證了汽車電氣系統(tǒng)的整潔性和安全性。并且，CAN總線技術還能夠控制汽車成本投入，保證電氣系統(tǒng)信號的傳輸穩(wěn)定性。傳統(tǒng)總線技術的通信信息傳輸往往都是通過點對點的方式進行傳遞，從而造成了汽車內部電氣系統(tǒng)的結構非常復雜，并且對于汽車內部構造的要求更加嚴格。因此為了能夠減少上述情況的發(fā)生，總線技術需要不斷優(yōu)化和更新，從而滿足汽車電氣系統(tǒng)的發(fā)展需要。CAN總線技術能夠有效的減少車載系統(tǒng)當中的不必要的插件，并且減少電氣系統(tǒng)當中通信線路的長度，真正的對于汽車內部構造和成本進行有效的控制，并且還能夠保證電氣系統(tǒng)的通信安全。

1.2 局域互聯(lián)網(wǎng)絡總線技術

當前的汽車內部的網(wǎng)絡可以將其視為一種局域性質的網(wǎng)絡架構，很多先進的汽車制造企業(yè)都開始運用這種思路和技術方法來研制新式的汽車車型，而且為了可以有效的減少汽車在網(wǎng)絡架構建設中所消耗的成本，一些汽車制造企業(yè)開始合作研發(fā)一種通行的網(wǎng)絡通訊協(xié)議，作為建設汽車局域網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的基礎前提和條件，而且還能夠有效提升汽車內部網(wǎng)絡系統(tǒng)對各個子系統(tǒng)的控制能力和操控水平，使得人們對于汽車的駕駛操作更為順暢和舒適，這種協(xié)議主要針對目前廣泛存在于汽車內部載有的電腦而設計的，這種局域網(wǎng)絡架構形式的總線架設手段，不僅能夠提升汽車功能的優(yōu)勢作用，并且還可以減少汽車在相關電子系統(tǒng)裝備設計、安裝和制造方面的成本，盡管目前其內部用于信號傳導的導線的傳導效率和傳輸速度較慢，網(wǎng)速還有待進一步提升，但是這種協(xié)議模式下的電氣系統(tǒng)擁有較高的抗干擾水平。局域的網(wǎng)絡結構這種形式的總線安裝制造模式，之所以能夠降低汽車制造某些方面所需要的成本，關鍵在于將各條功能線路和子系統(tǒng)集中統(tǒng)合起來，進行統(tǒng)籌的規(guī)劃設計，使其結構得到簡化，節(jié)省和排除多余的線路和分系統(tǒng)，將功能系統(tǒng)和線路高度的集成在一起，不僅提高了信號傳輸?shù)目煽砍潭龋彩瞧囇b備和系統(tǒng)建設成本降低的重要原因所在。

1.3 MOST 總線技術

MOST總線技術屬于以光纖為基礎的串行通信協(xié)議的一種，其研發(fā)主要是為了實現(xiàn)車載電腦對汽車多媒體軟件及相關硬件結構的控制。一般情況下，汽車多媒體軟件運行過程中將形成大量的網(wǎng)絡流量消耗，為保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定，就需要對相關的總線技術進行進一步完善，以保證傳輸速度能夠滿足系統(tǒng)運行需要。研究證實，MOST總線技術下，總線最高傳輸速度可達20MB/S，該速度，如無特殊情況，該速度一般能夠很好的滿足多媒體按照軟件及其硬件結構運行所需要的網(wǎng)絡要求，并保證良好的通信質量。這種總線技術手段應用頗為廣泛和普遍，由于優(yōu)良的特性和設計指導思想，很多豪車系列品牌也運用了這種技術。

2 對汽車電氣系統(tǒng)中CAN總線技術的分析研究

CAN總線技術作為一種可靠的汽車計算機網(wǎng)絡總線已經在許多汽車上得到應用，汽車計算機控制單元之間能夠通過CAN總線共享所有信息和資源，達到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復、提高系統(tǒng)可靠性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調各個控制系統(tǒng)的目的。而CAN總線系統(tǒng)的故障診斷技術已經成為現(xiàn)代汽車維修技術人員必備的知識，只有掌握總線技術結構與控制原理，才能排除汽車電氣系統(tǒng)上的各種問題。

2.1 汽車CAN總線系統(tǒng)的故障分類

2.1.1 汽車電源系統(tǒng)引起的故障

汽車電氣信息傳輸系統(tǒng)的核心是含有通信IC芯片的電控ECU，電控ECU的正常工作電壓在10.5～15.0V的范圍內。如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，那么一些對工作電壓敏感的電控ECU元件將會出現(xiàn)短暫工作停止，從而使整個汽車電氣系統(tǒng)出現(xiàn)短暫故障。

2.1.2 鏈路故障

當車載CAN總線系統(tǒng)的鏈路出現(xiàn)故障，如通信線路的短路、斷路以及線路物理性質變化引起的通信信號衰減或失真時，都會引起多個電控單元無法工作或電控系統(tǒng)錯誤動作而使控制器區(qū)域網(wǎng)無法正常工作。

2.1.3 節(jié)點故障

節(jié)點是車載CAN總線系統(tǒng)的電控模塊，節(jié)點故障就是電控模塊ECM的故障。它包括軟件故障即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使汽車控制器區(qū)域網(wǎng)通信出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無法維修。硬件故障一般由于芯片或集成電路故障，造成汽車控制器區(qū)域網(wǎng)無法正常工作。對于采用低版本信息的傳輸協(xié)議，即點到點信息傳輸協(xié)議的汽車控制器區(qū)域網(wǎng)，如果有節(jié)點故障，將出現(xiàn)整個汽車控制器區(qū)域網(wǎng)信息傳輸無法工作。

2.2 汽車CAN總線系統(tǒng)常見故障檢修方法

CAN總線系統(tǒng)的獨特性決定其故障檢修沒有普遍適用的測量或檢測方法，必須具體情況具體分析。常用的檢修方法有：

2.2.1 自診斷和數(shù)據(jù)流

CAN網(wǎng)絡有一定的自我診斷功能，分為主動錯誤、被動錯誤、總線關閉三種錯誤類型。一般來說，當CAN總線關閉或無法收到相關數(shù)據(jù)時，控制模塊通常會產生故障碼。而當控制模塊自身通信不良但無法自行檢測出來時，就不會產生故障碼，但其他控制模塊有可能產生通信故障碼。還有一種情況，就是控制模塊無法發(fā)送某些數(shù)據(jù)，但可以正常接收CAN總線數(shù)據(jù)，而且能夠判斷自身出現(xiàn)問題，于是產生故障碼，而其他控制模塊無法識別到傳輸故障。故障碼的診斷要結合網(wǎng)絡傳輸特點和不同控制模塊之間的故障碼連帶關系進行邏輯分析，同時結合數(shù)據(jù)流的相關信息來判斷哪個控制模塊有故障。與一般電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析一樣，只是網(wǎng)絡系統(tǒng)故障也會造成相關數(shù)據(jù)發(fā)生變化。

2.2.2 CAN總線的電壓測量法

由于CAN網(wǎng)絡采用多種協(xié)議，每個控制模塊的端口在正常的情況下都要標準電壓，因此電壓測量法可用于判斷線路是否有對地或電源短路、相線間短路等問題。

2.2.3 CAN總線的終端電阻檢測法

車系不同，終端電阻故障的表現(xiàn)形式也有所不同。當終端電阻短路時，CANH和CANL的兩條導線短接在一起，會導致CAN數(shù)據(jù)傳輸失敗。而對于終端電阻斷路問題，則會有不同的故障表現(xiàn)形式。有的車系會導致CAN通信失敗，有的車系則不會有明顯的影響，車輛基本能夠正常使用。

2.2.4 CAN總線的控制模塊替換法

逐一斷開CAN網(wǎng)絡中的控制模塊，觀察CAN網(wǎng)絡的通信狀況，若通信恢復正常，則說明故障是被斷開的控制模塊損壞。

2.2.5 故障波形診斷法

通過測試CAN總線物理層信號來確診CAN總線的故障.故障波形診斷法是判斷CAN數(shù)據(jù)導線故障的主要手段，CAN故障信息通常被存儲在故障碼存儲器中，然而故障記錄僅在個別情況下允許簡單的診斷。通過示波器顯示CAN數(shù)據(jù)導線的波形情況，從而導出CAN數(shù)據(jù)導線的故障情況。按系統(tǒng)可能的故障來源分類，國際標準化組織（ISO）編制出了CAN數(shù)據(jù)導線故障列表。下面簡單列舉出通過示波器檢測到CAN兩種工作情況的波形圖，以供參考。圖1所示為驅動CAN正常波形，圖2所示為驅動CAN-H與CAN-L短路波形。

2.2.6 控制器匹配及自適應調整

控制器匹配，自適應調整是汽車維修服務過程中常見的服務項目。在采用CAN控制的汽車上，許多車型更換控制模塊后不能馬上工作，還要對電腦進行編碼、還要對控制器或執(zhí)行器做自適應匹配等操作才能正常工作。

圖1 驅動CAN總線的正常波形圖

圖2 驅動CAN-H與CAN-L短路波形圖

3 結語

綜上所述，經過對汽車總線技術的分析，可以明確現(xiàn)代化總線技術的優(yōu)勢和進步。總線技術對于汽車電氣系統(tǒng)的發(fā)展應用十分重要，不僅能夠對汽車電氣系統(tǒng)的子系統(tǒng)及相應的硬件之間的數(shù)據(jù)交換和通信起到關鍵性的作用，還能夠控制汽車造價成本，對汽車企業(yè)來說非常重要。因此其在今后的發(fā)展過程中，必須要不斷的進行創(chuàng)新與發(fā)展，從而為汽車電氣系統(tǒng)做出更大的貢獻。