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1、汽车CAN总线概述及其故障诊断检测方法SILIC雾VAL汽车CAN总线概述及其故障诊断检测方法黎永键12(1.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室赵祚喜广东广州510642;2.华南农业大学工程学院广东广州510642)应用科攀摘要cAN总线广泛应用于汽车上,主要用来实现车载网络各电控单元之间的信息交换,形成车载网络系统.由于cAN总线的技术特点,在当前的汽车总线网络市场上cAN总线占据主导地位.因此,介绍cAN总线的基本工作原理和典型的cAN总线应用实例.然后介绍常用的cAN总线故障诊断设备和常见的汽车cAN总线故障检测思路,并通过案例说明汽车cAN总线故障诊断方法
2、.关键词汽车cAN总线故障诊断中图分类号:U463.602文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)OI20119021汽车CAN总线应用概述CAN(Contr0llerAreaNetwork)即控制器局域网络,是由国际标准化组织(ISO)定义的串行通讯总线,主要用来实现车载网络各电控单元之间的信息交换,形成车载网络系统.CAN是一种多主总线,通信介质可以是双绞线,同轴电缆或光导纤维,通信速率可达1Mb/s.通过CAN总线,传感器,控制器和执行器由串行数据线连接起来.CAN在车上主要有三种用途:用于车身和舒适系统的低速CAN;用于通信,导航,音频和视频的(AN;用于发动机,变速器,
3、ABS和ESP之间实时通信的高速CAN.CAN是RobertBosch公司在1986年ShE(美国汽车工程师学会)大会上首先提出.CAN总线在当前的汽车总线网络市场上占据主导地位,其短帧数据结构,非破坏性总线性仲裁技术以及灵活的通讯方式适应了汽车的实时性和可靠性要求.各大汽车生产商均已开发了适应自身车型的CAN总线技术,例如最新奔驰W220CAN-一BUS网络控制,电脑之间数据通信采用CAN数据总线,其中CAN上分为(ANB,CANC及光纤通信,传输数据量大,速度快,数据更安全1.2CAN总线概述2.1CAN总线的工作原理2.1.1CAN传输系统构成.CAN数据传输系统中每块电脑的内部增加了一
4、个CAN控制器,一个CANI收发器;每块电脑外部连接了两条cAN数据总线.在系统中作为终端的两块电脑,其内部还装有一个数据传递终端(有时数据传递终端安装在电脑外部).2.i.2各部件功能.(1)CAN控制器.cAN控制器作用是接收控制单元中微处理器发出的数据,处理数据并传给CAN以收发器.同时CAN控制器也接收收发器收到的数据,处理数据并传给微处理器.(2)CAN收发器.c收发器是一个发送器和接收器的组合,它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去,同时,它也接收总线数据,并将数据传JCAN:陉制器.(3)数据传递终端.数据传递终端实际是一个电阻器,作用是避免数据传输终了反射
5、回来,产生反射波而使数据遭到破坏.(4)cAN数据总线.(AN数据总线是用以传输数据的双向数据线,分为CAN高位和低位数据线,分别表示为CAni和CANLo.为了防止外界电磁波干扰和向外辐射,CAN总线采用两条线缠绕在一起,两条线上的电位是相反的,如果一条线的电压是5v,另一条线就是Ov,两条线的电压和总等于常值.通过该种办法,CAN总线得到保护而免受外界电磁场干扰,同时(AN总线向外辐射也保持中性,即无辐射.图l数据传递过程2.i.3数据传递过程.控制单元向CAN控制器提供数据用于传输.CAN收发器从(AN处接收数据,将其转化为电信号发出.所有与CAN数据总线一起构成网络的控制单元成为接收器
6、.控制单元对接收到的数据进行检测,看是否是其功能所需.如果所接收的数据是重要的,它将被除数认可及处理,反之将其忽略.CAN数据传递过程如图1所示2.2.2汽车CAN总线应用实例大众Polo!轿车的CAN,总线系统通过ECU对车辆各种信号进行监测,根据设定程序对燃油泵继电器和车内灯等执行元件进行控制.Polo!轿车中的汽油发动机有1个新的燃油供给控制装置,用2个并联的继电器代替单个集成防撞燃油关闭装置的燃油泵继电器.这2个继电器是燃油泵继电器和燃油供给继电器,位于车载网络系统控制单元继电器托架上,如图所示.其工作方式:(1)打开驾驶员侧车门后,车门触点开关将信号发送到车载网络控制单元J519,J
7、519控制燃油供给继电器,并使燃油泵运行约2s.打开驾驶员侧车门后,车门触点开关F2将信号送NJ519,使燃油供给继电器J643接通.此时,燃油泵G6运行大约2s,见图2.(2)当驾驶员侧车门短暂开启时,J519通过其定时开关切断燃油泵继电器,燃油泵停止运转.(3)如果驾驶员侧车门开启超过30min,3519通过其定时控制装置使燃油泵重新受控.(4)打开点火开关或起动发动机后,燃油泵通过燃油泵继电器J17,由发动机控制单元控制.F:f0.囵【铡2燃湖每之掩制.0,】5I9.1.救州络系统拄制单兀V2.:0(F2)?触点荚JO43一油采继电器1JI7-油袋继电器2(一油艇3CAN总线故障诊断设备
8、每一个汽车生产商或供应商都有它属于自己的专用诊断系统,而这些信息通常是保密的.原始的CAN信息可以通过示波器,一些扫描工具或者CAN的分析仪进行观察,标准的设备如电压表和示波器在测量CAN和其它汽车网络的时候有局限性.CAN总线的数据传输不能反复地提供具有稳定信号的有意义的测量值,需要用到特殊的技术和设备来有效地设计和寻找网络故障点3.3.1使用万用表检测CAN总线.电压:怠速时,连接两根CAN线路的数字电压表将会测量0V一这是1:CAN和的不同.这是怠速状_HiCANLo态.总线上有cAN报文,电压表就会提示可能0.5v或者根据总线传输的特性确定.这是不同于总线的平均值,以防止响应的电压过高
9、.这就会让电压读数在维护cAN方面几乎不起作用.应周科学VA巍电阻:电压表的欧姆档在检测cAN线路对地短接,电池短路方面起作用.典型的电阻在汽车的OEMs中有打印出来,并且取决于汽车ECM的数量和类型.车钥匙必须打到0ff档才可以测量出CAN总线的电阻值.3.2使用示波器检测CAN总线.无重复信号:许多总线上的网络传输(包括cAN)是不重复的,因此很难用示波器去触发观察.数字示波器用于观察波形.普通示波器依赖于反复出现的图片,而这需要稳定的,重复的信号,才能有清晰,无抖动的显示.图3是从模拟示波器得到的模糊图像,图4是采用同样数码采样坐标并存储的数字图像,差别清晰可见.图3模拟示波器的CAN输
10、出图4数字示波器的CAN输出图3是许多CAN报文相互重叠的结果,并且在不同的时间里示波器的显示屏上覆盖了.图3是一次CAN报文的采样并存储在示波器的内存里,再显示出来.从图3可以找到有用的信息.可以看出总线的近似电压是正确的,而且信号显示出来,没有偏高或偏低的漂移,不能证明它们是CAN的构成部分.电路的缺陷会导致波形显示这些问题.图4是11位CAN组成,带有010标识符以及一个字节,值为55(16进制)的数据.它由一个型号HP54645,100Mllz的数字存储示波器捕捉得到.很容易看出整个波型是很清晰,有适当的电压和频率.3.3使用CAN分析仪检测CAN总线.标准的CAN总线分析器可以读取C
11、AN传输数据,把用户指定的信息发送到总线上,并提供统计的信息,比如总线加载和总线的错误信息.图5GryphonCAN分析器图5是Gryphon.它直接连接到车上的OBDII接口并捕捉OBDII代码,但也会捕捉类似于图18所示的专用报文.合格的CAN分析器会显示带有标识符的CAN报文以及任何数据值.许多分析器会针对一些特定的CAN报文显示其缩写,图6给出了一些例子.不仅仅是显示标识符,数据值以及时间,同时也显示一些有效标识符的缩写.图6CAN分析仪显示例子4汽车CAN故障类型及诊断方法41CANBUS网络系统故障现象.CANBUS网络系统发生故障时一般都有一些明显的故障特征.故障现象有下列三种:
12、(1)整个网络失效或多个控制单元不工作或工作不正常.(2)在不同的系统,不同的地方同时表现出不同的多个故障,且故障现象的之间没有任何关联.(3)个别控制单元或多个控制单元在接上专用诊断仪后无法与诊断仪通信.4.2故障原因.(1)汽车电源系统引起的故障.汽车多路传输系统的核心部分是含有通信Ic芯片的电控模块ECM,电控模块ECM的正常工作电压在10.515.OV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ECMtB现短暂的停工,从而使整个汽车多路信息传输系统出现短暂的无法通信.(2)汽车多路信息传输系统的链路故障.节点是汽车多路信息传输系统中的电控模块
13、,因此节点故障就是电控模块ECM的故障.(3)汽车多路信息传输系统的节点故障.当汽车多路信息传输系统的链路(或通信线路)出现故障时,如:通信线路的短路,断路以及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真,都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作.43CANBUS网络系统故障诊断步骤.通过对以上三种CAN总线故障的分析,可以总结出该系统一般诊断步骤为:(1)了解汽车车载网络系统的基本结构,最好能画出其网络结构基本框图.(2)了解该车型的汽车多路传输系统特点,包括:传输介质,几种子网及汽车多路信息传输系统的结构形式等.(3)汽车多路信息传输系统的功能,如:有无唤醒功能和休眠功能等.(4)检查汽车电
14、源系统是否存在故障,如:检查蓄电池电压,各接头连接情况,相关熔丝,发动机与车身的接地情况:交流发电机的输出波形是否正常等.(5)检查汽车多路信息传输系统的链路是否存在故障,可采用替换法或采用跨线法进行检测.(6)如果是节点故障,只能采用替换法进行检测.(7)利用CAN系统的故障自诊断功能4.5汽车CAN总线诊断案例2002款上海波罗(Polo)轿车电动车窗不工作故障排除.51故障现象.一辆上海大众波罗(Polo)轿车,配备手动变速器和两前门电动窗,无中控门锁,在某装饰部加装一套防盗器和中控门锁后,出现电动车窗无法工作现象.5.2故障检测与排除.首先连接V.A.G1552故障阅读仪,输入09地址
15、码(车载网络管理系统控制单元),利用02功能(查询故障存储器)读取故障码,得到两个偶发性故障码:一个是电源电压太低;一个是CAN网络线断路.利用O5功能(清除故障存储器)清除故障码后,再利用O2功能(查询故障存储器)读取故障码,没有故障码存在.利用06功能(结束输出),再输入19(数据总线控制单元),利用02功能(查询故障存储器)读取故障码,没有故障码.再输入46(舒适系统),利用02功能(查询故障存储器)读取故障码,读得的故障码是01330,含义是:ConvenienceSyscontralUnit-T93PowerSupplyTooSmal1(舒适系统中央控制单元T393电源供给太小).利
16、用05功能(清除故障存储器)清除故障码后,再利用02功能(查询故障存储器)读取故障码,没有故障码存在.按压车窗开关,没有反应.再输入og地址码读取电脑版本为:f面一丽辩撼.l嘶一;L量整一篓壁一!垡麴一j发现电脑编码不对,该车的电脑编码应该是17566,而读得的结果为09216.利用v.A.G1552故障阅读仪进入07(编码),输入17566.退出再进入l9读版本,发现数据总线编码为00014,是正确的.退出后输入46地址码读取电脑版本为:丽赢rL毽_嘎壁越蹙:塑照一;发现该编码也不对,该电脑编码应该是00067,而读得的结果为01024.利朋v.A.G1552故障阅读仪进入07(编码),输入
17、00067.退出系统,按压电动车窗开关,电动车窗工作正常.6结语目前,汽车CAN总线技术具有优越特点,在现代汽车中应用日益广泛.深入掌握汽车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,汽车修理人员才能快速,准确地排除装配有CAN总线的汽车故障.参考文献:1朱建风,李国忠,常见车系CANBUS原理与检修,北京:机械工业出版社,2007.2饶运涛,邹继军,郑勇芸,现场总线CAN原理与应用技术,北京:北京航空航天大学出版社,2003.3RobertBoys.CAN:ControllerAreaNetworkIntroductionandPrimer4李东江,张大成,汽车车载网络系统(CANBUS)原理与检修,北京:机械工业出版社,2005.作者简介:黎永健(1983一),男,广东清远人,硕士研究生,就职于华南农业大学工程学院,研究方向为:汽车诊断与检测;赵祚喜(1968一),男,教授,博士,就职于华南农业大学工程学院.
