大众POLO CAN数据总线及其检修

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1、目录引 言 11、车载网络通信系统的应用背景 12、车载网络的发展史 33、车载网络的结构与组成 33.1 车载网络的组成 33.2 CAN 数据总线的传输原理与过程 54、CAN 总线的特点和优点 64.1 CAN BUS 系统组成及性能 64.2 CAN BUS 数据链路控制特点 74.3 数据交换原理 74.4 CAN 总线的可靠性 84.5 CAN 总线的基本特点 84.6 CAN 总线与其他总线相比较 94.7 CAN 总线的优点 105、 大众POLO CAN数据传输系统的检修 105.1 大众 POLO 乘用车的 CAN 数据传输系统的组成 115.2 车载网络系统主要功能 12

2、5.3 CAN 数据总线驱动装置 155.4 CAN 数据总线系统的故障检修 175.5大众POLO乘用车的CAN总线系统的检修185.6故障诊断排除实例一POLO轿车不能起动196、总结 20参考文献 22大众POLO CAN数据总线及其检修【摘要】车载网络是现代汽车电子技术发展的必然趋势，本文就大众POLO车CAN数据总线的工作原理及其检修作了详细、系统的分析，以便更好的理解新一代汽车 电子控制系统。【关键词】 大众 POLO CAN BUS 检修引言随着汽车工业日新月异的发展，现代汽车上使用了大量的电子控制装置，许多 中高档轿车上采用了十几个甚至二十几个电控单元，而每一个电控单元都需要与

3、相 关的多个传感器和执行器发生通讯，并且各控制单元间也需要进行信息交换，如果 每项信息都通过各自独立的数据线进行传输，这样会导致电控单元针脚数增加，整 个电控系统的线束和插接件也会增加，故障率也会增加等诸多问题。为了简化线路，提高各电控单元之间的通信速度，降低故障频率，一种新型的 数据网络CAN数据总线应运而生。CAN总线具有实时性强、传输距离较远、抗电 磁干扰能力强;在自动化电子领域的汽车发动机控制部件、传感器、抗滑系统等应用 中，CAN的位速率可高达1Mbps。同时，它可以廉价地用于交通运载工具电气系 统中。1、车载网络通信系统的应用背景20 世纪 90 年代以来，汽车上的电控装置越来越多

4、，例如电子燃油喷射装置、 防抱死制动装置（ABS）、电动自动变速器、安全气囊装置、电动门窗装置、主动 悬架等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制器的数量 越来越多，线路越来越复杂。如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相连， 另一端与用电设备相通，将导致汽车上电线数目急剧增加。目前，一根线束包裹几 十根电线的现象很普遍。在一些高级轿车上，电线的质量占到整车质量的 4%左右 甚至更高，汽车新技术的发展应用与汽车线束根线及线径急剧增加的矛盾日益突 出。汽车电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但是汽车电 脑与电脑之间进行信息传递时，有几个信号就要有几条信号

5、传输线（信号传输线的 接地端可以采用公共回路）。在最求汽车小型化及实用化的今天，粗大的线束不但 占用了汽车上宝贵的空间资源，而且也越来越难以将它安装到隐蔽位置。最终的结 果就是电控单元端子数增加、线路复杂、故障率增多，汽车工作的可靠性降低，并 且维修困难。为了简化线路，提高各电脑之间的通信速度，降低故障频率，CAN数据总线应 运而生。一辆汽车不管有多少块电控单元，不管信息容量有多大，每块电控单元都只需 引出两条线共同接在两个节点上，这两条导线就称作数据总线。以前各电控单元之 间好比有许多人骑着自行车来来往往，现在是这些人乘坐公共汽车，公共汽车可以 运输大量乘客，故数据总线，亦称BUS线。正如公

6、路运输需要交通规则来维持正常的动作一样，数据总线也需要信号传递 规范。其中，一种基本的规则是分时。在这种规则下，数据总线在每一时刻只能被 2 个部件占用，在 2 个部件之间传递信号。由于电信号传播的速度极快，因此数据 总线完全可以满足许多部件进行分时信号传递的需要。在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置。由于我国中高级轿车主 要以欧洲车型为主，因此欧洲车型应用最广泛的 CAN 技术，也是国产轿车引进的 技术项目。目前汽车上的网络连接方式主要采用2根CAN总线，一根是用于驱动 系统的高速CAN总线，速率达到500Kbit/s,另一根是用于车身系统的低速CAN总 线，速率是 100 Kb

7、it/s。驱动系统用CAN总线主要连接对象是发动机ECU、ASR及ABS ECU、SRS ECU、组合仪表等。它们的基本特征系统，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。 车身系统用CAN总线主要连接对象是4门以上的集控锁、电动门窗、后视镜和厢 内照明灯等。有些先进的轿车除了上述2根CAN总线外，还有第3根CAN总线， 它主要负责卫星导航及智能通信系统。数据总线技术引入汽车，对汽车电子技术的发展起到了积极的推进作用并逐渐 得到广泛的应用。2、车载网络的发展史CAN BUS 总线技术最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通信网络上。将这 种技术用于民用汽车最早起源于欧洲，在汽车上这种总线网络用于车上各种

8、传感器 数据的传递。从 1980 年起，汽车内开始装用网络，在1983 年，丰田公司在世纪牌汽车上最 早采用了应用光缆的车门控制系统，实现了多个节点的连接通信。此系统采用了集 中控制方法，车身 ECU 对各车门的门锁、电动玻璃窗进行控制，这是早期在汽车 上采用的光缆系统，此后，在较长的一段时间里，其他公司并没有跟进采用光缆系 统。19861989年间，在车身系统上装用了利用铜线的网络。1987年，作为集中 型控制系统，日产公司的车门相关系统、GM公司的车灯控制系统已经处于批量生产 的阶段。虽说这时的一些系统已经达到了可以正式生产的阶段，但是在这个时期出现了 非常重要的事情，对现在来说也是如此：

9、德国的 Robert Bosch 公司提出了汽车车 载局域网（LAN）的基本协议，此协议为众所周之的控制器局域网（Controller Area Net work），简称CAN。目前控制系统局域网应用最广的标准就是CAN。接着，美国汽车工程学会（SAE）提出了 J1850。 此后日本也提出了各种各样的网络方案，并且丰田、日产、三菱、本田及马自 达公司都已经处于批量生产的阶段，但没有统一为以车身系统为主的控制方法。而在其他国家，特别是欧洲的厂家则采用CAN，同时发表文章介绍采用大型CAN 网络的车型。由于他们在控制系统上都可以采用CAN，从而充分证明了 CAN在此领 域内的先进性。在美国，通过采

10、用SAE J1850普及了数据共享系统，在SAE中也通过了 CAN的 标准，明确的表示将转向CAN协议。3、车载网络的结构与组成3.1 车载网络的组成CAN 数据总线由一个控制器，一个收发器，两个数据传输终端以及两条数据传输线组成。除了数据传输线，其他元件都置于控制单元内部。控制单元功能不变，如图3.1 所示。图3.1 CAN 数据总线的组成与结构1.CAN 控制器CAN 控制器是接收控制单元中的微电脑传来的数据，对这些数据进行处理并将 其传往CAN收发器。同样，CAN控制器也接收由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。2CAN 收发器它将CAN控制器传来的

11、数据转化为电信号将其送入数据传输线。它也为CAN控 制器接收和转发数据。3数据传输终端它是一个电阻器。它防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，这会影响数 据的传输。4数据传输线它是双向的，对数据进行传输。两条线分别被称为CAN高线和CAN低线。数据 传输线为了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN总线采用两条线缠绕在一起， 如图 3.2 所示。approx. 0 Voltsapprox. 5 Volts图 3.2 数据传输线这两条线的电位相反，如果一条是5V,另一条就是0V,始终保持电压总和为 一常数。通过这种办法， CAN 数据总线得到了保护而免受外界的电磁场干扰，同时 CAN 数据总线向

12、外辐射也保特中性，即无辐射。3.2 CAN 数据总线的传输原理与过程CAN 数据总线的数据传输原理在很大程度上类似电话会议的方式。一个用户 1 控制单元 1 向网络中“说出”数据，而其他用户“收听”到这些数据。一些控制单 元认为这些数据对它有用，它就接收并且应用这些数据，而其他控制单元也许不会 理会这些数据。故数据总线里的数据并没有指定的接收者，而是被所有的控制单元 接收及计算。1提供数据控制单元向 CAN 控制器提供数据用于传输。2发出数据CAN收发器从CAN控制器处接收数据，将其转化为电信号发出。这些数据以数 据列的形式进行传输，数据列是由一长串二进制（高电平与低电平）数字组成 （像 01

13、10100100111011）。数据列包括开始区、状态区、检验区、数据区、安全区、确认区、结束区。其各个区的作用如下:1）开始区标志数据列的开始。2）状态区 确认数据列的优先级别。如果两个控制单元想在同时发出其数据列，优先级较 高的数据列先传输（控制单元的程序设置好的），像CAN驱动装置数据总线系统优 先级依次为ABS/EDL控制单元、发动机控制单元、自动变速器控制单元。3）检验区 显示数据区中包含的数据数目。该区可以让接收者检验其是否收到传输来的全 部信息。4）数据区传给其他控制单元的信息，其大小由总线的宽度决定。5）安全区检验传输错误。6）确认区 接收者发给发送者的信号，用来告知已正确的收

14、到数据列。若有错误被检验到， 则接收者迅速通知发送者。这样发送者将再次发出该数据列。7）结束区 标志数据列的结束。这是显示错误以得到重新发送的最后可能区域。3接收数据所有与CAN数据总线一起构成网络的控制单元成为接收器。4检验数据 控制单元对接收到的数据进行检测，看是否是其功能所需。5认可数据 如果所接收的数据是重要的，它将被认可及处理，反之将其忽略。4、CAN 总线的特点和优点4.1 CAN BUS系统组成及性能CAN BUS系统通过相应的CAN接口连接工业设备（如限位开关、光电传感器、 管道阀门、电机启动器、过程传感器、变频器、显示板、 PLC 和 PCI 作站等）构成 低成本网络。直接连

15、接不仅提供了设备级故障诊断方法，而且提高了通信效率和设 备的互换性。CAN BUS数据传输速率为IMbit/s,线路距离lkm,基本站点数64, 传输媒体是屏蔽双绞线或光纤。4.2 CAN BUS数据链路控制特点CAN BUS数据链路层协议采用平等式(Peer to peer)通信方式，即使主机出现 故障,系统其余部分仍可运行(当然性能受一定影响)。当一个站点状态改变时, 它可广播发送信息到所有站点。CAN BUS的信息传输通过报文进行，报文帧有4种类型：数据帧、远程帧、 出错帧和超载帧。CAN-BUS帧的数据场较短，小于8B，数据长度在控制场中给出。 短帧发送一方面降低了报文出错率,同时也有利于减少其他站点的发送延迟时间。 帧发送的确认由发送站与接收站共同完成，发送站发出的ACK场包含两个“空闲” 位(recessive bit)，接收站在收到正确的CRC场后,立即发送一个“占有”位(dominant bit)，给发送站一个确认的回答。CAN-BUS还提供很强的错误处理能力，可区分 位错误、填充错误、 CRC 错误、形式错误和应答错误等。CAN BUS 应用一种面向位型的损伤仲裁方法来解决媒体多路访问带来的冲突问题。其仲裁过程是：当总线空闲时，线路表现为“闲置”电平(ecessive level)， 此时任何站均可