毕志远
珠海公交巴士有限公司 519000
摘要：以左后转向灯不亮故障为例，分析CAN总线在大客车上的应用与故障排除，简述CAN总线发展历程，构成特点以及工作原理，通过分析对比传统通信线路表明，CAN总线在大客车安全过载保护，关联控制具有明显优势，可提高故障分析排除效率，提高车辆可靠性。
关键词：CAN总线；大客车；应用；故障排除
前言
近年，国内的大客车上基本标准配置了具有CAN总线系统的汽车电路控制系统。CAN总线在大客车上的应用上市场占有率较高，具有一定的代表性。尽管CAN总线已经广泛使用，特别是大型客车上已基本成为标准配置，但是国内大部分维修人员对CAN总线系统还是比较陌生，甚至很多人都没有听说过。对配置CAN总线的车辆所发生的电路故障，通过学习相关的知识、查阅厂方提供的技术资料以及处理这些故障的经验。
一、CAN总线的定义
CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是ISO国际标准化的串行通信协议，是国际上应用最广泛的现场总线之一。简单来说，就是在一个区域内存在着若干的计算机芯片，为了使这些计算机芯片能够互相交换信息而架设的网络。汽车CAN总线是为解决现代汽车中众多电控模块(ECU)之间的数据交换而开发的一种串行数据总线。属于工业现场总线的范畴，是现场总线的新一代局域通讯网络，又称为控制器局域网现场总线（CAN）。
二、CAN总线的结构特点
由于CAN总线采用了许多新技术及独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其特点可概括如下：
（1）减少线束数量
CAN总线技术的应用，极大地减少了车辆的线束。特别是对大型汽车的线束尤为明显。传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。据统计一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点达1500个，而且该数字大约每十年增长1倍。这种传统布线方法已不能适应现代汽车的发展。CAN总线可有效减少线束，节省空间，减少线束间的磨损、降低线路故障机率。
（2）可实现关联控制
在一定情况下，需要对各ECU进行关联控制，而这是传统汽车控制方法难以完成的。CAN总线技术可以实现各个ECU之间的实时关联控制。比如在大客车的运行上，将车辆后门是否关闭作为其中一项关联，如后门未关闭，车辆将无法起步，或是车辆起步后，车辆后门自动关闭。还有就是在车辆行驶过程中，车门不能打开。或车辆达到一定车速时，控制缓速器自动进行减速，避免驾驶员人为超速等等控制形式，这些都可以通过CAN总线系统来进行关联控制。这样，车辆要实现的功能可以轻松地通过修改CAN总线的程序予以调整，大幅度地提高了车辆行驶的安全性能。
三、CAN总线的工作原理
1、CAN 总线的工作原理
现代中高档轿车、客车和公交车上的电控单元主要有主控制器、发动机控制系统、悬架控制系统、制动防抱死控制系统(ABS)、牵引力控制系统、ASR控制系统、仪表管理系统、故障诊断系统、中央门锁系统、座椅调节系统及车灯控制系统等。所有这些子控制系统连接起来构成1个实时控制系统，即：指令发出去之后，必须保证在一定时间内得到响应，否则，就有可能发生重大故障。这就要求汽车上的CAN 通信网络有较高的波特率设置。另外，汽车在实际运行过程中，众多节点之间需要进行大量的实时数据交换。若整个汽车的所有节点都挂在1个CAN网络上，众多节点通过1 条CAN 总线进行通信，信息管理配置稍有不当，就很容易出现总线负荷过大，导致系统实时响应速度下降。在对汽车上各节点的实时性进行分析之后，根据各节点对实时性的要求，设计了高、中、低速3种速率不同的CAN 通信网络，根据各节点实时性要求的高低，将节点组成高速、中速和低速CAN 通信网络，并架设网关将这3种速率不同的3个通信网络连接起来，实现全部节点之间的数据共享。整个汽车的CAN总线通信网络拓扑结构如图1所示。
图1 CAN总线系统通信网络拓扑结构
四、CAN总线的故障诊断及排除
CAN总线的任何一个控制模块对于所控制的电气负载均有故障检测功能，当车辆发生故障时，CAN总线系统可以通过CAN仪表直接用中文显示发动机、变速箱、制动系统、灯光电控单元的故障信息，给司机和维修人员带来极大的便利，使故障信息能一目了然。
（一）CAN总线系统发生故障的原因
一般说来，引起汽车CAN总线系统故障的原因有3种：一是汽车电源系统引起的故障；二是汽车CAN总线系统的节点故障；三是汽车CAN总线系统的链路故障。
1、电源系统故障
汽车CAN总线系统的核心部分是含有通讯IC芯片的电控模块ECU，电控模块ECU的正常工作电压在10.5～15.0 V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ECU出现短暂的停止工作，从而使整个汽车CAN总线系统出现短暂的无法通讯。
2、节点故障
节点是汽CAN总线系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块ECM的故障。它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车CAN总线系统通讯出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。硬件故障一般由于通讯芯片或集成电路故障，造成汽车CAN总线系统无法正常工作。对于采用低版本信息传输协议即点到点信息传输协议的汽车CAN总线系统, 如果节点出现故障, 将出现整个汽车CAN总线系统无法工作。对于节点故障，一般只能采用替换法进行检测。
3、链路故障
当汽车CAN总线系统的链路( 或通讯线路) 出现故障时，如: 通讯线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作。CAN总线故障形式主要有CAN-H和CAN- L短路、CAN-H对正极短路、CAN-H对地短路、CAN-H断路、CAN-L对正极短路、CAN- L对地短路和CAN-L断路共7种故障。
（二）汽车CAN总线的故障诊断及排除
装有CAN总线系统的车辆出现故障，维修人员应首先检测汽车CAN总线系统是否正常。因为如果CAN总线系统有故障，则整个汽车CAN总线系统中的部分信息将无法传输，接收这些信息的电控模块将无法正常工作，从而为故障诊断带来困难。对于汽车CAN总线系统故障的维修，应根据CAN总线系统的具体结构和控制回路具体分析。
1、终端电阻的测量
测量电阻时应注意在拆下电瓶的电源线时，等待约5分钟，直到所有的电容器充分放电后再才开始进行测量。由于带有终端电阻的2个控制单元是相连的，所以2个终端电阻是并联的。当测量的结果为每一个终端电阻大约为120Ω, 而总值为60Ω时, 可以判断连接电阻是正常的，但是终端电阻不一定就是120Ω，其相应的阻值依赖于总线的结构。如果总的阻值被测量后，将一个带有终端电阻的控制单元插头拔下，显示阻值发生变化，这是测量的一个控制单元的终端电阻阻值。当在一个带有终端电阻的控制单元插头拔下后测量的阻值没有发生变化，则说明系统中存在问题，可能是被拔下的控制单元终端电阻损坏或是CAN总线出现断路。如果在拔下控制单元后显示的阻值变化无穷大, 则可能是连接中的控制单元终端电阻损坏，或是该控制单元的CAN总线出现故障。
2、CAN导线的维修
如果CAN总线的导线有破损或断路需接线时，每段接线长度应<50mm，每两段接线之间长度应≥100mm；如果需要在中央接点处维修，则严禁打开接点，只允许在距接点100 mm以外断开导线；另外，每条CAN总线的导线长度不应过长，否则导线所传输的脉冲信号会失真。
3、波形测量
运用示波器可以同时测量CAN- H和CAN- L的波形，该示波器有2个通道，即DSO1 和DSO2，这样在同一界面下同时显示CAN- H和CAN- L的同步波形，能很直观地分析系统出现哪些问题。测量时通道DSO1 的红测量端子( 正极) 接CAN- H线, 通道DSO2 的红色测量端子接CAN- L线，二者的黑色测量端子同时接地。
在CAN总线上，信息传递是通过2个二进制逻辑状态0( 显性) 和1( 隐性) 来实现的。每个逻辑状态都对应于相应的电压值。控制单元利用2 条线上的电压差来确认数据，如DSO 显示，CAN总线仅能有2 种工作状态，在隐性电位时( 逻辑值为1) , 两者电压值很接近；在显性电位时( 逻辑值为0)，CAN- H电压值上升，而CAN- L电压值下降，但二者的差值约为2.5 V，并有100 mV 的波动。在实际检测中根据示波器的波形显示可以迅速判定总线系统的故障部位。
结论
随着现代汽车技术的发展，汽车CAN总线技术的应用将越来越广泛，作为汽车维修人员必须学习和掌握汽车CAN总线的相关知识，熟悉CAN 总线技术的系统组成、结构特点、工作原理、故障原因及诊断排除方法。针对各种品牌CAN总线的一些特点，各控制模块的功用，有区分地进行比较和学习，这样，才能真正掌握到CAN总线技术，才能适应汽车新技术的发展要求,从而做到快速、准确地排除装配有CAN总线的汽车故障。
参考文献
[1]胡思德. 汽车车载网络(VAN/CAN/LIN)技术详解. 机械工业出版社, 2006
[2]杨庆彪. 现代轿车全车网络系统原理与维修. 国防工业出版社, 2007
[3]饶运涛. 邹继军. 郑勇芸. 现场总线CAN原理与应用技术. 北京航空航天大学出版社, 2003
论文作者:毕志远
论文发表刊物:《探索科学》2016年5期
论文发表时间:2016/9/5
标签：总线论文; 系统论文; 故障论文; 汽车论文; 节点论文; 电阻论文; 终端论文; 《探索科学》2016年5期论文;