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基于CAN总线汽车典型故障检测方法探究
1引言
随着互联网和电子技术的进步,以及人们对汽车舒适性、安全性、经济性、智能性要求的提高,汽车上的各电控单元之间的数据交换也越来越频繁.通过复杂的网络结构实现车内通讯,根据汽车实际需求和总线特点,目前车载网络应用较广泛的有CAN, LIN,MOST,FlexRay,Bluetooth总线,通过网关实现网络连接,实现有线网络通讯.
传统复杂沉重的电缆已被CAN( Controller area network)所代替,CAN 总线成为应用最广泛的车载通讯网络.CAN Bus基本数据总线传输协议由Bosch和Intel两 家公司在1983-1986年联合开发的,最开始应 用于控制系统和汽车监测技术.由于CAN总 线系统具有高性能和高稳定性,逐渐被应用 与汽车的发动机、底盘等动力系统的联网控 制方面.CAN总线共享汽车计算机所有信息 和资源,达到减少传感器数量、简化线束布 线、增加控制功能和提高系统可靠性、匹配 和协调各控制系统.本文在研究CAN总线的 基础上,针对CAN总线典型故障现象,分析 故障原因,并进行故障诊断与排除.
2 eAN总线的概述
不同汽车电子控制系统及控制单元对 CAN总线的工作特性和传输速率要求不同, 本文针对某车型所介绍CAN总线系统分为五 个不同的总线系统：系统关系网(CAN I／ S)、车身网(CAN CAR)、底盘网(CAN LAS)、信息娱乐网(CAN INVO)、舒适 网(CAN CONFORT)等五个局域网,图1 为CAN I/S的网络架构.
2.1 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.接受总线传输来的数据并转化为内部控制器能接收的数据.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.
2.2 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,即CAN-H和CAN-L.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(CAN I/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.CAN I/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.CAN I/S拥有一个处理设备,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(1320)和BSI （智能电控单元）是唯一拥有终端电阻的电控单元‘”.
底盘网(CAN LAS)为高速网,如果整车配备了ESP,就会有CAN HS LAS（底盘）网.
车身网(CAN CAR)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(CAN INFO/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( CAN
CONFORT)为低速网,包括空调电脑、驾驶员车门面板.
2.3 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.
3汽车CAN总线常见故障
汽车CAN总线发生故障时,故障现象主要表现为以下三种情况：一个或多个控制单元无法通讯；不同网络单元同时表现多个不同故障；整个网络或多个控制单元不工作或不能正常工作.常见故障原因有元件对正极短路、对正极断路、对地断路、对地短路、对控制单元断路、彼此短路、信号反传输故障等.
当汽车CAN总线出现故障或传输数据异常时,会出现不同故障,如启动后无法熄火,车辆无法启动,仪表板显示异常.
研究国内外车载网络系统的故障诊断技术,采用两种方式进行故障分析：第一,检测电阻进行故障分析；第二,检测电压进行故障分析；第三,故障诊断仪读取故障波形进行波形分析.
通过电阻、电压测量分析故障时,主要检查CAN-H搭铁、CAN-H搭正极、CAN-H断路、CAN-L搭铁、CAN-L搭正极、CAN-L断路、CAN-H与CAN-L短路、CAN-H与CAN-L都断路.
以低速CAN为例进行波形分析,在显性位,VCAN-L-1V,VCAN-H-4V,VCAN-H-VCAN-L等于3V.在隐性位,VCAN-L等于5V, VCAN-H等于OV, VCAN-H-VCAN-L--5V.CAN-H与CAN-L信号电压之和为5V.信号在传输中会产生毛刺杂波,但信号电压之差不变,差值恒定保证电磁干扰对信息传递无影响.图2为低速CAN标准波形,通过与标准波形的对比,分析故障原因.
4汽车CAN总线检修案例分析
针对某车出现的车辆无法启动,有故障现象为例进行CAN总线相关故障分析.
(1)测量、记录CAN I/S网在不同情况下的网络电阻、电压,测量结果如表1所示.
使用BOSCH740发动机故障综合诊断仪采集CAN线波形信号.示波器两个通道分别测量CAN高和CAN低信号‘2】.图3为低速CAN总线标准波形,其中通道CH1接CAN-H线,通道CH2接CAN-L线.因篇幅有限,本文只选取其中一个故障波形进行分析.图4为CAN-H搭铁的波形.
对比图3和图4的波形,可以发现CAN-H信号波形趋近一条直线,CAN-L信号波形基本正常,局部有尖锐的峰值,线路受到干扰.
5结语
针对某型汽车CAN总线的组成、原理、特点进行介绍,分析CAN总线常见的故障现象、故障原因,结合发动机不能启动且有故障现象进行故障排除,对汽车维修企业进行同类型故障的诊断与排除具有一定的指导意义.
(1) CAN总线主要故障原因有短路和断路. (2) CAN总线故障诊断与排除方式主要有测量电压、电阻、波形.
故障检测论文范文结:
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