摘要：利用CAN总线进行车内数据通讯，有利于实现汽车智能化，提高人们对舒适性、安全性、可靠性的要求，因此，加强CAN总线其次典型故障检测尤为关键。本文阐述了CAN总线的组成、应用及特点，分析了CAN总线经常容易出现的故障，并在此基础上阐述了相关检测方法，希望为故障诊断检测技术人员提供一种解决CAN总线故障的检测方法。
关键词：CAN总线；汽车；典型故障；检测方法
引言
随着我国汽车工业的飞速发展，能源消耗、环境污染、交通拥堵等问题日益突出，大力发展节能、环保的电动公交车，通过互联网技术提升汽车产业意义重大。由于机械结构相对传统汽车结构简单，传动和运转部件相对较少，但电气结构更加复杂。为了提高行车安全和车辆故障的诊断处理效率，对于车辆运行状况的监控成为一种必然。设计一种电动汽车监控和故障诊断系统成为一种迫切需求，通过该系统获得车辆运行的实时数据，特别对故障状况进行跟踪和处理，给车厂管理、技术研发、车辆运营公司以及监管部门提供针对性服务。此外，通过对故障大数据的进一步分析后可以用于车辆的技术更新、故障预测等。
1 CAN总线的概述
1.1 CAN总线的组成
CAN总线主要是由CAN通信控制器、CAN收发器、数据传输线、终端电阻、网关等组成。CAN通信控制器是接收控制单元CPU的信号，传输给收发器，并进行数据处理传输给CPU。CAN收发器将控制器传来的数据信号转变为电信号，通过数据传输线传输并发送。数据传输线采用双绞线形式，末端安装电阻。双绞线采用高低电平，当控制器同时向两条双绞线发送数据，高低电平形成镜像，终端电阻减少了过调效应在数据传输中的影响。
1.2 CAN总线的应用
CAN系统根据信号的交换频率及输出的数据量，可以分为高速CAN总线和低速CAN总线。在高速CAN总线中，最大数据传输速率为512Kb/s。在低速CAN总线中国，最大数据传输速率为128Kb/s。系统关系网（CANI/S）为高速网，连接动力总成电控单元，如发动机及变速器电控单元。CANI/S是多主控网络，所有电控单元周期性地向网络发送主动信息，每个电控单元处理与自己有关的信息，除产生的随机信息外，网络信息的传送是分时段进行的。CANI/S拥有一个中央处理设备，只要网络中连接有2个（或更多个）电控单元时就建立通信。发动机电控单元和BSI（智能电控单元）作为电控单元。底盘网（CANLAS）为高速网，如果整车配备了ESP，就会有CANHSLAS（底盘）网。车身网（CANCAR）为低速网，包括发动机伺服盒、免钥匙控制盒、电子防盗装置、方向盘及方向盘转化模块。信息娱乐网（CANINFO/DIV）为低速网，包括多功能显示屏、远程通讯模块、智能伺服盒。舒适网（CANCONFORT）为低速网，包括空调电脑、驾驶员车门面板。
1.3 CAN总线的特点
CAN总线上的控制单元之间是独立平等的关系，没有主要和次要之分，也没有主动和被动之分，可以自由灵活的向其它控制单元发送数据，也可灵活接收其它控制单元发送的数据信息。CAN总线系统上的多个电子控制元件之间是并联的关系，其中任何一个电子控制单元的故障不会使其他元件收到影响，依然可以数据交换。采用双绞线进行信号传输，信号传递可靠，避免了电磁干扰。信号传输距离最远可以达到10KM，传输速率快，能够满足连成网络的各个元件之间的数据交换时实时性。CAN总线根据优先权判定原则对不同的等级数据信息进行传递和接收，满足汽车不同控制系统的性能要求。当两个控制单元同时向总线上发送数据信息，根据优先权原则，优先级别低的控制单元由发送信息状态改变为接收信息状态，保证优先级别高的控制单元进行数据信息传递，如图1为CANI/S网络架构。
图1 CANI/S网络架构
2基于CAN总线的T/Ｒ组件故障检测方法设计
2.1系统总体架构
本文设计的T/Ｒ组件故障检测系统主要对有源T/Ｒ组件的工作状态进行实时监测。当组件工作发生故障时组件立即采取保护措施，系统迅速收集故障信息和状态指标发送给显控台。系统中T/Ｒ组件作为从节点通过内部ADC实时采集工作状态指标，发生故障时内部软件系统将及时采取保护措施，确保组件工作安全。因此，检主节点通过CAN与各个T/Ｒ组件通信，完成控制命令的下发和状态指标的收集，最后汇总所有组件的状态信息进行故障诊断。通过以太网将故障诊断结果和状态指标发送给雷达显控台，最终在人机交互界面上显示出来。由于系统中各个节点共用一条CAN总线，总线受损将会导致整个CAN通信分系统丧失通信能力，因此系统中采用冗余设计的方式，采用完整的两条CAN总线、两个独立的CAN驱动器和控制器，当其中一条总线发生故障时系统的通信不受影响。由于T/Ｒ组件数量多，监测指标多，导致通信数据量比较大，因此软件上采取主节点依次轮询从节点的方式，规避了通信堵塞的风险，确保了系统的稳定工作。图2为系统总体结构框图。
图2系统总体结构框图
2.2硬件设计
在实际项目中，选用TI公司生产的TM4C129NCPDT芯片作为T/Ｒ组件和故检主节点的AＲM主控芯片。该芯片内部集成了GPIO、UAＲT、ADC、I2C、CAN、以太网等外设接口。在控制监测电路中，GPIO模块可以完成开关控制、读取高低电平等工作;ADC模块具有12位的转换精度，可以对模拟源或内部温度传感器进行快速采样;I2C模块完成对铁电存储器的读写操作;芯片内部集成了两个CAN控制器模块，可自动处理CAN总线的数据链路。以太网接口遵循IEEE802．3规范，完全支持10BASE-T和100BASE-TX标准，故检主节点和显控台的通信采用以太网实现。外围电路中CAN收发器选用SN65HVD1050D芯片。该芯片为CAN控制器和物理总线之间提供了一个接口，将CAN控制器的逻辑电平转换为总线上的差分电平。
结束语
通过对汽车CAN总线系统组成部分、工作原理的分析，在汽车CAN总线系统发生故障的时候，可以结合实践经验，对其故障严格思考，保证为其提出合理的执行对策。在这些条件下，不仅加强了对故障的严格处理，也提高了汽车的整体稳定性。
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论文作者:付丽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：总线论文; 故障论文; 单元论文; 系统论文; 数据论文; 组件论文; 控制器论文; 《电力设备》2018年第24期论文;