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1、总线与全车电路检测第一部分 CAN总线1一、CAN简介 随着电子技术的飞速发展,汽车电子化程度越来越高,从发动机系统控制到传动系统控制,从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统控制,从电源管理到为提高舒适性而作出的各种努力,使汽车电子系统形成了一个复杂的大系统。这些系统除了各自的电源线外,还需要相互通信,若仍沿用常规点对点的布线方试,那么整个汽车布线将如一团乱麻,汽车线束的体积增大。采用总线布线,实现信息共享,大大的简化了汽车布线。2 CAN(Controller Area Network)数据总线是一种极适合于汽车环境的汽车局域网。车载网络有几种,CAN总线是德国Bosch公司
2、为解决汽车监控系统中的复杂技术难题而设计的数字信号通信协议,它属于总线式串行通信网络。与同类车载网络相比,CAN总线在数据传输方面具有可靠、实时和灵活的优点,现已成为汽车总线的主流技术和标准,被世界很多著名汽车制造厂商所采用。3二、CAN组成 各电子控制单元通过CANBUS通信,实现信息共享。根据信息实时性要求不同,采用不同的信息传输速度,分为传输速度较高的动力系统CAN总线与传输速度较低的舒适系统CAN总线,二个系统的总线不能直接耦合,需要通过网关桥接。网关与诊断插座连接,检测仪可连接到诊断插座上,通过网关与各控制单元进行人机对话。每一个连接到CAN总线上的控制单元叫做一个节点。下图45 带
3、有CAN总线的汽车,各节点内都设有实现CAN协议的芯片,一个完整的CAN总线智能节点硬件主要由三部分组成: 微处理器(单片机)。其作用是对CAN控制器进行进行通信初始化、向CAN控器派送预发送的信息、接收利用CAN从总上接收来的信息。 CAN控制器。完成CAN通信协议,承上启下组织信息发送和接收。 CAN收发器(驱动器)。是CAN控制器与物理总线之间的接口,对线差动发送和接收。6P98C668单片机 SJA100CAN控制器 TJA1050收发器 6N137 7 车载CAN总线系统采用的是差动传输技术,实车布线为双绞线。信号发送与接收原理如下:在微处理器中,每一种数据都有一个二进制编码,这些信
4、号包括发动转速、车速、温度,以及微处理器预向外发出的指令。编码内容主要包括该信息的种类标识、实时数据值的大小等。对于需要各节点共享的信息,微处理器将其编码发送给CAN控制器,CAN控制器将信息编制成发送格式后发送给收发器,收发器将报文的逻辑电平变成总线上的电压电平,在CANH、CANL线上差动发送,发送逻辑1时,二总线电压为隐性,发送逻辑0时,二总线电压为显性。接收信息的各节点,按照总线隐性为1、显性为0的协议,对接收的比特流译码,为本微处理器所用,完成一个信息的发送。 8 总线上的信号电压变化总线上的信号电压变化9 差动传输收发原理差动传输收发原理10三、CAN数据帧的发送格式 1、帧起始:
5、标志数据开始,带有大约5V电压的1位,被送入高位CAN线;带有大约0V电压的1位被送入低位CAN线。2、标识符:判定数据中的优先权。如果几个节点都要同时发送各自的数据,那么,具有较高优先权的节点,优先发送。3、RTR:远程传送请求位。4、控制域:5、数据域:预发送的数据内容被编排在此区域中。6、CRC校验:检测传递数据中的错误。7、应答域:接收数据的节点,给出一个应答(发送节点给总线留出应答空隙,接收节点发出一个显性位0,表示正确接收了数据,如果在这个空闲时间内,所有接收节点均未发回应答,表示数据发送错误,发送节点会重新发送)。8、帧结束:连续发送7个隐性位,标志数据报告结束。在此是显示错误并
6、重复发送数据的最后一次机会。11四、仲裁 CAN设计者根据各种信息重要性不同,给出了不同的上总线传输优先权,标识符中前7位包含着发送优先权,若有几个节点同时预向总线发送信息,他们首先要向总线发送标识符进行比对,0位优先于1位,逐位比对,赢得仲裁的节点继续发送,失去仲裁的节点转入接收。注意,若总线正在发送信息时,即使是优先权高的信息也要等其发送完毕后方能发送。12五、双绞线的意义 CAN总线采用普通铜导线,使用方便,成本降低,但其抗干扰性差,在信息传输过程中,若有一根导线受电磁干扰,使电压值升高或降低,二根总线的电压差值就发生变化,造成错误的信号,因此,将二导线采用绞在起的方法布置,这样如果有电
7、磁干扰,二根导线同时受冲击,其电压值变化相同,差值不变。1314六、驱动CAN总线故障诊断(菠罗例在车载电脑中,发动机、自动波箱、ABS、安全气囊、动力转向等通过总线连接组成的CAN总线系统称为高速总线系统,因为这些节点所利用的数据对实时性要求很强,信息须高速传输才是有效数据,低速传输传会使数据失去实时性而不可用(串行:排队、上线传输)。通常把高速总线叫做驱动CAN总线,其传输速度为1Mbit/s。15 驱动CAC总线采用差动传传输,即接收节点利用CANH与CANL电压差值来识别发送节点发来的代码。隐性时,CANH与CANL二根总线电压均为2.5V,其差值为0V,将其译为逻辑1;显性时,CAN
8、H线电压升为3.5V、CANL线电压降为1.5V,其差值为2V,将其译为逻辑0;二根总线绞在一起,如受到外界电磁干扰时,二根总线电压产生相同幅值的变化,其差值保持不变。16 驱动CAN总线的二根总线终端通过电阻耦合,因此,当其中一根总线故障时,另一根总线被牵连;二根总线相互依赖工作,不能单线工作 如果有一根总线对正极/对地短路、二线短路、单线断路时,高速总线系统摊焕。17菠罗轿车动力转向系统CAN总线电路图18 在CAN总线系统中,各节并联,发动机控制单元在CANH与CANL之间形成66的电阻值,其它节点在CANH与CANL之间均形成2.6k的电阻值,因此,二总线之间的总电阻在5366之间。
9、CAN总线电路常发生的的故障与其它电路一样,包括断路、对正极短路、对地短路、二总线之间短路及某一个节点内部形成断路/短路故障,测量故障点时有如下几种方法:191、测量总线电压值。打开点火开关,CANH对地电压值应为2.6V;CANL对地电压值应为2.4V。若显示0V为对地短路;若显示12V为对正极短路;若二总线电压值相同,为二总线之间短路;2、测量总线电阻值。关闭开点火开关,二总线之间的电阻值应在5366之间。若大于66,表示发动机节点断路;若二总线电阻值为0,说明二总线之间短路;3、拆下节点对比诊断。当总线测量数据不正常时,可逐个拔下各节点后对总线再次测量,若拔下某一节点的线路插接器后,故障
10、消失,则为该节点内部故障。对各节点二总线针脚测量时,发动机节点电阻值应为66、其它节点二总线针脚电阻值均为2.6k左右。204、用示波器测量总线波形。在总线上逐点测量,波形对比,可诊断出故障点。CANH、CANL总线为镜像对称波型。21七、故障案例1、故障现象:起动发动机后无转向助力效果2、检测仪查询:连接汽车检测仪,进入网关J533 (地址19)查询故障码、读取数据流。查询到故障码01039动力转向控制单元J500无通讯;读取数据流125/126组,显示J500通讯状态为0,发动机、仪表通讯状态为1。3、分析查询结果:由图2菠罗轿车动力转向CAN电路可看出,检测仪经过网关J533,再经过总线
11、与各节点通讯,网关、发动机、仪表三者均有通讯,说明总线母线工作正常,J500无通讯,说明总线母线至J500分支线有故障。 22 另外,驱动CAN总线的CANH与CANL通过终端电阻耦合,如果其中有一根线对正极短路、对地短路、二线短路均会使全系统总线摊焕(不能产生正确的电压差值),只有某一支路总线有断路时,对母总线无影响。由以上二点分析,可断定总线母线至J500分支线有一根断路或二根同时断路。公共总线部分为母线。23 4、测量查找故障点:拔下J500插接器,测量插头二线端子上的电压值,CANH应为2.6V、CANL应为2.4V,存在断路的导线插头端子电压值为0V,对这根导线采用逐段测量方法,查找
12、到断路点(亦可采用逐段测量导线导通性、示波器拾取波形的方法测量查找故障点)。24 七、舒适CAN总线故障诊断(帕萨特) 车载CAN总线系统中,舒适系统中各节点之间的通讯,采用低速传输,因为这些节点之间信息交换对实时性要求没有驱动系统那样强,只需100kbit/s即可。这些节点主要有舒适系统控制单元J393、四个车门控制单元J386/387/388/389等。舒适系统控制管理中央门锁、电动摇窗、电动后视镜等项目。25 舒适CAC亦采用差动传传输,但二根总线是之间没有耦合,是彼此独立的,当一根总线发生故障时,另一根总线可自动进入单线模式工作,这时,除了有故障提示外,舒适系统中的各项种控制不受影响,
13、表面无生故障现象。单线模式时,接收节点用总线对地电压值识别代码,抗电磁干扰能力大大下降。 舒适CAN总线中,CANH线隐性时为0V、显性时3.6V,CANL 线隐性时为5V、显性时1.4V。用电压表测量时CAN-H对地呈0V,CAN-L对地呈4.6V,二总线之间电阻无穷大。26 对舒适CAN系统进行故障检测时,仍然先用检测仪查询故障的性质与区域,然后再结合电路图用万表或示器等测量工具实施故障点查找。实车故障测量一般采用对导线的导通性逐段测量方法,亦可用示波器对导线逐段拾取波形测量。测量故障点时,要遵照由外向内、先简后繁的原则,根据车辆实际电路排布情况,从不需要折装测量到简单拆装测量再到复杂拆装
14、测量。2728八、大客车CAN总线 采用车载网络通信很大程度的减化了汽车电路,在汽车电器布置上体现出电路原理清晰。汽车的起动、照明、转向信号及刮水器等一切电器均纳入CAN总线管理。笔者将大客车上的每一个电子控制单元比做一个片警,负责本辖区的管理工作。在大客车前部、中部、后部及电器集中的部位,各都设置电子控制单元,节点组通过CAN总线接收和发送相关信息,控制本区域内的电器工作。 29 目前国内大客车多采用的是威帝CAN总线产品与欧科佳CAN总线产品,二种产品均为Bosch的CAN协议。 VITI-CAN总线按车辆配置、功能多少可分为三级布置。节点模块有:仪表模块、开关模块、 前控模块、 前灯模块
15、、记录仪主机、胎压监测模块、顶控模块、中控模块、后控模块、后灯模块、 桥模块。30一级总线 一级总线是一种简易的CAN总线。整个系统由总线处理器、总线仪表、总线管理器和桥模块组成。 总线处理器可完成50多个数据量的采集,并能实现对缓速器、空气悬架、三桥、乘客门及车速灯等的控制,还能为发动机提供 C3 信号以实现巡航定速的功能;桥模块可接受发动机 ECU 发出的转速、油压、水温等数据;总线管理器除管理总线运行外,还有行车记录仪功能;总线仪表为纯数字化仪表,可显示近120个数据。3132二级总线 二级总线是为客车开发的一套CAN总线系统,整个系统由前控模块、后控模块、前灯控模块、后灯控模块、总线仪
16、表、总线管理和桥模块组成。 总线系统可完成近80个数据量的采集,并能实现对缓速器、空气悬架、三桥、乘客门、灯光、雨刷机、发动机点火、发动机熄火等的控制,还能为发动机提供 C3 信号以实现巡航定速的功能;桥模块可接受发动机 ECU 发出的转速、油压、水温等数据;总线管理器除管理总线运行外,还有行车记录仪功能;总线仪表为纯数字化仪表,可显示近120个数据量。3334三级总线 三级总线是功能比较完备的 CAN-LIN 混合总线系统。整个系统由开关、前控、中控、后控、顶控、前灯控、后灯控、总线仪表、胎压接收等模块,以及总线管理器和桥模块组成。 总线系统可完成近120个数据量的采集,并能实现对缓速器、车身升降、随动桥、乘客门、灯光、雨刮机、空调器、车内照明、油路、点火器、铰接盘、发动机点火、发动机熄火等的控制,还能为发动机提供 C3 信号以实现巡航定速的功能;桥模块可接受发动机 ECU 发出的转速、油压、水温等数据;总线管理器除管理总线运行外,还有行车记录仪功能;总线仪表为纯数字化仪表,可显示近200个数据量。3536