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干货:汽车CAN通讯总线全面解析!

第一汽车产业网2018-11-07 17:37:57

一起解读CAN通讯总线:

日新月异,随着时代的高速发展,汽车电子技术不断更新, 所以我们要通过不断的学习来提高技术水平。本期我们一起解读汽车CAN通讯总线,从CAN的由来、原理、设计、应用以及维修,一篇文章全方面解析读懂CAN通讯!

CAN通讯总线的由来

 由于消费者对于汽车功能的要求越来越多,而这些功能的实现大多是基于电子操作的,这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂,同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯,减少不断增加的信号线。


CAN通讯的起源

1983年首先由德国的博世BOSCH公司设计了CAN数据总线,越来越多的车辆采用了CAN数据总线,使车上的各个电脑可以被挂接在该总线上都能进行数据交流,形成车载网络系统。


什么是CAN总线?

    汽车不管有多少块电控单元,不管信息容量有多大,每块电控单元都只需引出两条线共同接在两个节点上,这两条导线就称作数据总线,亦称BUS线。整个网络则称CAN,CAN是Controller Area Network(控制单元区域网络)的缩写,意思是控制单元通过网络交换数据。 

CAN-BUS总线形象介绍:

公交车:

车辆通讯CAN总线:



作一个比喻:
    总线系统又称作CAN-BUS,其实也是因为它的工作原理与运行中的公共汽车很类似。其中每个站点相当于一个控制单元,而行驶路线则是CAN总线,CAN总线上传递的是数据,而公共汽车上承载的是乘客。某个控制单元接收到负责向它发送数据的传感器的信息后,经过分析处理会采取相应措施,并将此信息发送到总线系统上。这样此信息会在总线系统上进行传递,每个与总线系统连接的控制单元都会接收到此信息,如果此信息对自己有用则会存储下来,如果对其无用,则会进行忽略。


   

CAN总线的通讯原理:

第一种『每项信息都通过各自独立的数据线进行交换』

   目前在车辆上应用的信息传递形式有两种。第一种是每项信息都通过各自独立的数据线进行交换。比如两个控制单元间有5种信息需要传递,那么则需要5根独立的数据线。也就是说信息的种类越多,数据线的数量和控制单元的针脚数也会相应增加。这些复杂繁多的线束无疑会增加车身重量,也为整车的布线带来一定困难。

第二种『所有信息都通过两根数据线进行交换』


    第二种方式是控制单元之间的所有信息都通过两根数据线进行交换,这种数据线也叫CAN数据总线。通过该种方式,所有的信息,不管信息容量的大小,都可以通过这两条数据线进行传递,这种方式充分的提高了整个系统的运行效率。我们常见的电脑键盘有104个按键,却可以发出数百种不同的指令,但键盘与电脑主机之间的数据连接线只有7根,键盘正是依靠这7根数据连接线上不同的编码信号来传递信息的。CAN数据总线的原理也正是如此。这种一线一用的专线制改为一线多用制,可以大大减少汽车上电线的数量,同时也简化了整车的布线。


在了解到两个控制单元是通过两根数据线来进行信息交换的基础上,我们可以将其推而广之,多个控制单元之间的通信其实就是将每个控制单元都连接到这两条CAN总线上,从而实现多个控制单元间的信息共享。



整个原理很类似于一个电话会议进行的方式,一个电话用户(控制单元)将数据“讲”入网络中,其他用户通过网络“接听”这个数据,对这个数据感兴趣的用户则会利用,其他用户则会选择忽略。



CAN通讯的设计:


1、CAN线为什么是两根双绞线?:

为了清楚起见 CAN导线分别用单颜色来表示 CAN-High 线总是黄色,CAN-Low-线总是绿色。(具体CAN线颜色在于主车厂家设计采用,按实际为准,一般设计的很好区别车辆其他线路)


CAN 数据总线的两条导线分别叫CAN-High CAN-Low 线。两条扭绞在一起的导线称为双绞线。

原则上CAN总线用一条导线就足以满足功能要求了,但该总线系统上还是配备了第二条导线。在这个第二条导线上,信号电压与第一条成镜像,这样可有效抑制外部干扰。

2、CAN总线为什么设计高低电压?:


CAN数据总线:用以传输数据的数据线,分为CAN高位(CAN-high)和低位(CAN—low)数据线。数据没有指定接收器,数据通过数据总线发送给各控制单元,各控制单元接收后进行计算。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,两线条上的电位是相反的,工作中CAN高电压2.5V-3.5V,CAN低电压1.5V-2.5V,静态测量时,CAN高电压2.6V左右,CAN低电压为2.4V左右,通过这种办法,CAN总线得到保护而免受外界电磁场干扰,同时CAN总线向外辐射了保持中性,即无辐射。

什么是通讯协议??



 就是电子控制单元交换信息的时候所遵守的原则.简单的说了,网络中的电子控制单元要能够互相顺利的通信,就必须讲同样的语言,协议就相当于语言.比如: J1939目前商用车常用CAN总线设计是基于J1939协议.

传统线路对比CAN通讯总线:

一、传统线路:


 传统电气控制系统中电器元件比较多,多一个元件就会多一个故障点,如果需要增加或改变功能,那么就会涉及到更改线束、更改开关或者加装继电器等工作,更改麻烦。如果增加复杂功能:发动机故障中文显示、巡航等则无法实现。

二、CAN通讯总线:


CAN总线优点:

1、总线控制系统替代了传统的熔断器和继电器,减少了元器件数量,就减少了一个故障点。

2、总线控制系统减少了线束的长度,线束越长越容易产生故障。减少车身布线,进一步节省成本。由于采用总线技术,模块之间的信号传递仅需要两条信号线。布线局部化,车上除掉总线外,其他所有横贯车身的线都不再需要了,节省了布线成本。此外,数据共享也节省了线束.

3、当电器系统中某一路出现故障时候,电控模块会将此故障显示仪表,方便维修。

4、满足更多的电脑模块之间复杂的通讯,效率更高。

5、扩充性强,产品升级快,节省了新产品开发设计成本。CAN节点几乎可以在不改动原有线束的情况下增加新的组件。

CAN总线上为什么首位安装电阻呢??

在汽车CAN总线首尾的终端分别安装设计了终端电阻!

1、如图下ECU本身没有120Ω电阻,需在CAN网终首尾端分别安装2120Ω并联其中:


2、有的CAN总线首尾的电脑内部本身就设计了电阻,如下图(以德龙天然气CAN总线为例):


终端电阻的作用:数据传输终端是一个电阻,防止数据传送终了反射回来,产生的反射波而使数据遭到破坏,影响到CAN网数据的传输。所以在CAN总线设计安装了终端电阻。

什么是CAN通讯节点?



1. CAN通讯总线实现ECU、CBCU、ABS、CAN 仪表等CAN设备之间信息共享,比如水温、机油压力等,仅需ECU安装传感器即可, 就能把当前测得的水温、机油压力时时传送给CAN仪表。CAN仪表不需要专门安装水温、机油压力传感器了。

 2. 只有CAN设备才能使用CAN总线,有时一辆车上有几个CAN设备,比如ECU、CAN仪表、NOx传感器等,每个CAN设备称为一个节点,其中ECU就是节点A;

 3.在我们维修当中常见故障“CAN节点A总线错误”并不一定是ECU本身故障,基本都是整车CAN网络电压异常、 其他CAN控制故障造成CAN网络干扰导致。



CAN总线常见故障与排查:

一、常见故障:CAN高短路到电源

1、点火开关打到ON档,即整车所有节点上电;

2、万用表调到电压档量程;

3、将万用表的正表笔连接到诊断接口引脚CAN_H,负表笔连接到地(GND),测试CAN的CAN-H电压:若电压值为2.6V左右,则表示正常;若电压值大于5V,或者是电瓶电压,则表示CAN-H与高电源短路;

二、常见故障:CAN低短路到电源:

1、点火开关打到ON档,即整车所有节点上电;

2、万用表调到电压档量程;

3、将万用表的正表笔连接到诊断接口引脚CAN_L,负表笔连接到地(GND),测试CAN的CAN-L电压:若电压值为2.4V左右,则表示正常;若电压值大于5V,或者是电瓶电压,则表示CAN-L与高电源短路;

三、常见故障:CAN高短路到地:


1、将电池正极断开,整车断电;

2、万用表调到电阻档;

3、将万用表的正表笔连接到诊断接口引脚CAN_H,负表笔连接到地(GND),测试CAN-H对地电阻,若阻值大于100KΩ则正常。若阻值过小,则CAN高线存在对地短路情况。

四、常见故障:CAN低短路到地:


1、将电池正极断开,整车断电;

2、万用表调到电阻档;

3、将万用表的正表笔连接到诊断接口引脚CAN_L,负表笔连接到地(GND),测试CAN-L对地电阻,若阻值大于100KΩ则正常。若阻值过小,则CAN低线存在对地短路情况。

五、常见故障:CAN高与CAN低线路存在短路

1、将电池正极断开,整车断电;

2、万用表调到电阻档;

3、将万用表的两个表笔连接到诊断接口引脚CAN_H 和CAN_L两端,测试CAN的CAN-H与CAN-L是否短路,整个CAN首尾安装了120Ω电阻并联CAN网,正常测量CAN高与CAN低电阻值为60Ω左右,结果异常检测CAN高与CAN低线路是否存在短路开路。

注:还有一种情况就是CAN网终端电阻(电脑内部的电阻或者是外挂式电阻)本身出现问题,导致CAN高与CAN低阻值不是60Ω左右。


注:如以上测试没有异常,但仪表还报总线通信故障那属于特殊故障情况,根据经验可能以下几种故障:

1、某一节点电源断路,导致没有报文发出

2、某一节点不满足250kbps通信速率。

3、某一节点自身内部出现故障。



常见故障案例1:


案例天龙仪表显示:仪表未收到EECU报文



此故障为发动机ECU没上电激活,ECU无法工作将数据信息发送给仪表,仪表没有接收到来自ECU的数据信息,就报出:仪表未收到EECU报文。

排查为由钥匙供给电脑板的1.40号针脚,唤醒线氧化断路造成。

此故障一般有三种情况:

1、ECU或者内部通讯模块损坏,无法发送接收数据信息。

2、ECU没有上电唤醒工作,无法将数据信息发送。

3、ECU至车身电脑VECU的CAN线路故障。

案例2:潍柴博世2.2后处理报故障码 P0050

 潍柴配博世2.2后处理,现行故障码:CAN接收帧AT101超时。此故障码表示ECU未能接收到氮氧化物传感器发送来的数据信息。

常见的故障原因如下:

1、NOx传感器供电异常,导致传感器无法正常工作,未能发送数据信息。

2、传感器本身内部故障,导致无法发送数据信息。

3、传感器的CAN-L和CAN-H线路故障。


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来源:电喷之家


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