曹海燕，戴旭東

（1.泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 泰州 225300；2.常州工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，江蘇 常州 213032）

1 CAN總線系統(tǒng)概述

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，是將汽車上所有控制系統(tǒng)中的電子控制單元連接在一起的網(wǎng)絡(luò)，以便于實(shí)現(xiàn)電控單元之間的信息傳遞。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)于傳輸速率的要求，將CAN總線系統(tǒng)分為三類，即驅(qū)動(dòng)CAN總線系統(tǒng)、舒適CAN總線系統(tǒng)和信息娛樂(lè)CAN總線系統(tǒng)。

CAN總線系統(tǒng)由各電子控制單元、數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線以及數(shù)據(jù)傳輸終端組成。如圖1所示，其中數(shù)據(jù)傳輸線用的是雙絞線，應(yīng)用系統(tǒng)不同導(dǎo)線的顏色也不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CAN-H為橙黑色，CAN-L為橙棕色；舒適系統(tǒng)CAN-H為橙綠色，CAN-L為橙棕色；信息娛樂(lè)系統(tǒng)CAN-H為橙紫色，CAN-L為橙棕色。

圖1 CAN 總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CAN總線系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

（1）傳輸速率范圍廣，因此將車上的控制單元可以按照速率來(lái)劃分系統(tǒng)，例如舒適CAN的傳輸速率為100 kb/s，汽車上車窗玻璃升降、座椅調(diào)節(jié)、空調(diào)等可以安排在舒適CAN系統(tǒng)下；驅(qū)動(dòng)CAN的傳輸速率為500 kb/s，汽車上的發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)和SRS系統(tǒng)等可以安排在驅(qū)動(dòng)CAN系統(tǒng)下[1]。

（2）CAN總線選用的鏈路形式為雙絞線，采用較為廉價(jià)的物理傳輸媒介。

（3）多個(gè)電控單元可以同時(shí)發(fā)送信息，模塊可以按照優(yōu)先等級(jí)獲取信息。

（4）CAN總線具有檢測(cè)錯(cuò)誤的能力，可靠性比較高。

（5）當(dāng)傳輸?shù)男畔G失或者出錯(cuò)時(shí)，具備信息重發(fā)的功能。

（6）CAN總線符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在一輛車上不同廠家的電控單元間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。

2 CAN總線信號(hào)特征和標(biāo)準(zhǔn)波形

2.1 CAN總線信號(hào)電壓的基本特性

CAN 總線沒(méi)有信號(hào)傳遞時(shí)的狀態(tài)稱為“隱性狀態(tài)”，有信息傳遞時(shí)的狀態(tài)稱為“顯性狀態(tài)”，相應(yīng)的電壓分別叫做隱性電壓和顯性電壓。對(duì)于驅(qū)動(dòng)CAN總線而言，顯性電壓CAN-H=3.5 V，CAN-L=1.5 V；隱性電壓CAN-H=2.5 V，CAN-L=2.5 V。舒適CAN總線，顯性電壓CAN-H=3.6 V，CAN-L=1.4 V；隱性電壓CAN-H=0 V，CAN-L=5（或12 V）。

2.2 CAN總線標(biāo)準(zhǔn)波形

CAN-High與CAN-Low的波形相同，極性相反，且最大電壓值相等。驅(qū)動(dòng)CAN總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)波形CAN-H的高電平為3.5 V，低電平為2.5 V，CAN-L的高電平為2.5 V，低電平為1.5 V。如圖2所示，舒適CAN總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)波形CAN-H的高電平為3.6 V，低電平為0 V，CAN-L的高電平為5 V，低電平為1.4 V。如圖3所示。

圖2 驅(qū)動(dòng)CAN系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)波形

圖3 舒適CAN系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)波形

3 汽車CAN 總線系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

當(dāng)汽車CAN總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障，一般可以從以下幾方面進(jìn)行考慮：一是電源故障，例如電源電壓過(guò)高，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作；二是電路故障，即鏈路故障，例如鏈路出現(xiàn)的斷路、搭鐵短路、與蓄電池的正極短接、CAN-H與CAN-L互相短接等等；三是節(jié)點(diǎn)故障，即電控單元故障，例如電控單元硬件故障或軟件故障[2]。其中，鏈路故障最為常見(jiàn)。接下來(lái)主要討論驅(qū)動(dòng)CAN總線系統(tǒng)和舒適CAN總線系統(tǒng)的故障問(wèn)題。

3.1 驅(qū)動(dòng)CAN總線常見(jiàn)故障分析

（1）故障波形分析。

圖4為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中控制單元發(fā)生故障的情況，波形中驅(qū)動(dòng)CAN -H斷路，但CAN-H 和CAN-L相互絞接在一起，相互感應(yīng)產(chǎn)生疊加波形，比正常波形要高?？梢耘袛啻藭r(shí)是由于系統(tǒng)中某驅(qū)動(dòng)控制單元CAN-H斷路，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)CAN中波型正常波形與不正常波形同時(shí)存在。

圖4 驅(qū)動(dòng)CAN系統(tǒng)控制單元故障波形

圖5為驅(qū)動(dòng)CAN總線系統(tǒng)鏈路故障情況，檢測(cè)出的波形CAN-H斷路，但是CAN-H和CAN-L線絞接在一起，互相感應(yīng)產(chǎn)生疊加的波形，CAN-H波形比正常波形幅值大。驅(qū)動(dòng)控制單元CAN-H斷路，導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)CAN中正常波形與不正常波形同時(shí)存在。

圖5 驅(qū)動(dòng)CAN系統(tǒng)鏈路故障波形

（2）故障檢測(cè)方法。

1）連接診斷儀器，對(duì)于數(shù)據(jù)總線的故障進(jìn)行診斷并讀取故障碼。

2）讀取數(shù)據(jù)值（測(cè)量值）查看驅(qū)動(dòng)CAN總線各個(gè)控制單元的工作狀態(tài)。

3）如果此時(shí)無(wú)法進(jìn)入自診斷，檢查控制單元和診斷插座的電源、搭鐵和熔斷器是否正常。

4）檢查驅(qū)動(dòng)CAN總線電壓和波形是否正常。如果不正常，查閱維修手冊(cè)，找到驅(qū)動(dòng)CAN總線各個(gè)控制單元位置。逐一斷開(kāi)控制單元的插腳，再次觀察波形。若此時(shí)波形正常則說(shuō)明故障在拆下的控制單元上，如果波形不正常則說(shuō)明故障在總線線束上。

5）逐一斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)CAN總線連接導(dǎo)線，觀察波形是否正常。如若正常，說(shuō)明故障在于拆下的導(dǎo)線上，仔細(xì)檢查線束，找出故障點(diǎn)。

6）維修或者直接更換控制單元或故障導(dǎo)線，排除系統(tǒng)故障。

3.2 舒適CAN總線常見(jiàn)故障分析

（1）故障波形分析。

圖6為舒適CAN總線系統(tǒng)鏈路故障，波形中CAN-H的電壓達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)電壓，比標(biāo)準(zhǔn)電壓低一些，但是CAN-L的波形正常，可以判斷CAN-H對(duì)地短路但帶電阻。如果電阻越大，輸出的波形則越趨于正常。反之電阻越小，波形越趨于平緩。

圖6 舒適CAN系統(tǒng)鏈路故障（1）

圖7仍為舒適CAN總線系統(tǒng)鏈路故障，波形中CAN-L的電壓過(guò)大，明顯高于標(biāo)準(zhǔn)值，最大值接近于12 V，而CAN-H的波形正常?？梢耘袛啻藭r(shí)CAN-L帶電阻對(duì)蓄電池正極短路。

圖7 舒適CAN系統(tǒng)鏈路故障（2）

（2）故障檢測(cè)方法。

1）打開(kāi)博世FSA740檢測(cè)儀的電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)診斷儀。

2）在車上找到舒適CAN總線的雙絞線，分別將CH1、CH2檢測(cè)線連接到CAN-H和CAN-L數(shù)據(jù)傳輸線上，負(fù)極線連接到蓄電池負(fù)極上。

3）選擇通用示波器功能，進(jìn)入示波器檢測(cè)界面。

4）打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，檢測(cè)舒適CAN總線的波形是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行波形分析。若波形不正常，查閱維修手冊(cè)，找到舒適CAN總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)控制單元及導(dǎo)線節(jié)點(diǎn)的位置，逐一斷開(kāi)各控制單元的插接器，觀察波形是否恢復(fù)正常。若波形正常，說(shuō)明控制單元損壞，若波形不正常說(shuō)明CAN傳輸導(dǎo)線故障。

5）逐一斷開(kāi)舒適CAN總線連接導(dǎo)線，觀察波形是否恢復(fù)正常，若正常說(shuō)明導(dǎo)線故障，仔細(xì)查找故障部位并排除。

6）再次進(jìn)行波形檢測(cè)，確定總線故障已經(jīng)排除。

7）檢測(cè)完畢，關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，取下測(cè)試導(dǎo)線，將其放置到儀器的支架上。

8）推出診斷儀，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，整理儀器設(shè)備。

4 結(jié)論

本文對(duì)汽車CAN總線系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，闡述了CAN總線系統(tǒng)的信號(hào)特征，分析了CAN總線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)波形。本文還對(duì)汽車CAN總線系統(tǒng)的故障原因進(jìn)行了分析，舉例對(duì)驅(qū)動(dòng)和舒適CAN總線系統(tǒng)的故障波形進(jìn)行了分析，同時(shí)也為汽車維修人員提供了一種CAN總線故障診斷的方法[3]。