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汽车CAN 总线技术原理及检测维修
王永丰
（黑龙江旅游职业技术学院，黑龙江哈尔滨150086）
1CAN 数据总线的传输原理
1.1CAN 数据总线通信内容。
图1为CAN 数据总线大众途安汽车CAN 总线系统原理框图。
通信，以实现传感器测量数据的共享以及控制指令的发送和接收等，并使各控制器的控制性能都有所提高，从而提高系统的控制性能。通信的信息类型为信息类和命令类。信息类主要是发送一些信息，如传感器信号、诊断信息、系统的状态。命令类则主要是发送给其他执行器的命令。通信有以下主要内容：
1.1.1车辆起动时的自检。网关负责向各个模块发送自检命令，并收集各个模块的返回信息。通过分析处理，及时地发现问题，并将故障信息存储到故障存储器中。为解决问题提供信息参考。
1.1.2加速过程通信。加速操作时，网关采集加速踏板信号、燃油喷射信号、发动机转速信号，根据控制策略，通过CAN 总线将信息传递给自动变速器控制单元，设置变速器档位。
1.1.3制动过程通信。在制动过程中，制动踏板信号直接下传到ABS 控制器，同时通过CAN 总线上传到网关。网关根据控制策略，通过CAN 总线设置发动机转速等参数。
1.1.4周期性数据刷新通信。发动机转速、汽车速度、氧传感器等信息，分时段的通过总线传递给相应的控制单元，判断是否工作
正常。
1.1.5运行过程中监控。在车辆运行过程中，检测总线上数据帧的收发情况，及时发现总线异常，自动作出紧急处理，甚至向驾驶员发出警报。
图1大众途安汽车CAN 总线系统原理框图
1.2CAN 总线的数据传递过程。
仪表上显示过程为例来讲述“转速信号”这个数据的传递。
1.2.1信息格式转换与请求发送信息。首先是发动机控制单元的曲轴位置传感器接收到转速值，该值以固定的周期（循环往复地）到达微控制器的输入存储器内（送到发动机）。由于瞬时转速值还用
于其他控制单元，如组合仪表，所以该值应通过CAN 总线来传递。于是转速值就被复制到发动机控制单元的发送存储器内。
该信息从发送存储器进入CAN 构件的发送邮箱内。如果发送
邮箱内有一个实时值，那么该值会由发送特征位（举起的小旗）显示出来。将发送任务委托给CAN 构件，发动机控制单元就完成了此过程中的任务。
发动机信息按协议被转换成CAN 的特殊格式。CAN 特殊格式（包含有）：“标识”11位、“信息内容”0～8位、“CRC ”16位，“应答场”2位。标识：发动机_1（转速），信号内容=转速的数值（多少转）。当然发动机信息也可包括其他值，
如怠速、扭矩等，见图2。在下面的流程图中，CAN 信息是用图3来说明的。图2CAN 数据格式1.2.2发送开始———总线空闲判断。当发送邮箱内有一个实时值，表明发动机准备向外发送信息，CAN 构件通过RX-线来检查总线是否有源（是否正在交换别的信息），必要时会等待，直至总线空闲下
来为止。某一时间段内的总线
电平一直为1（一直处于无源）状态，表示总线空闲，如图4所示。
1.2.3发送信息。如果总线空闲下来，事先存在发送存储器的“发动机转速信息”就会被发送出去，如图5所示。1.2.4接收过程。接收过程分两步。第一步：检查信息是否正确。连接的所有装置都接收发动机控制单元发送的信息。该信息是通过RX 线到达CAN 构件各自的接收区。
接收器接收发动机发送的转速信息，并且在相应的监控层检查这些信息是否正确。这样就可以识别出，
只在某种情况下某一控制单元上出现的局部故障。所有连接的装置都接收发动机控制单元发送的信息（广播），可以通过监控层内所谓的CRC 校验和数来确定是否有传递错误。
CRC 是Cycling Redundancy Check 的缩写，
意思是“循环冗余码校验”。在发送每个信息时，所有数据位会产生并传递一个16位的校验和数。接收器按同样的规则，
从所有已经接收到的数据位中计算摘要：介绍了CAN 总线技术在汽车上的原理及CAN 总线出现的故障及检测和维修方法。
关键词：CAN 总线原理；检测；维修
图3CAN 信息图4总线空闲判断12··
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出校验和数。随后接收到的校验和数与计算出的校验和数进行比较。
如果确定无传递错误，那么连接的所有装置会给发射器一个确认回答，这个回答就是所谓的“信息收到符号”（Acknowledge，简写为Ack），它位于校验和数后，如图6所示。经监控层确认后的正确数据会到达CAN构件的接受区，如图7所示。
图6确认位（应答场）
图7监控层工作原理（数据正确）（所有控制单元）第二步检查信息是否可用。已接收到的正确信息会到达相关CAN-构件的接受区，在那里来决定该信息是否用于完成各控制单元的功能。如果不是，该信息就被拒收（丢弃）；如果是，该信息就会进入相应的接收邮箱。如仪表工作过程需要发动机转速信号，所以发动机转速信息通过仪表的接受层的检查，到达仪表的接收邮箱。并升起“接收旗”，以通知控制单元。
连接的组合仪表根据升起的“接收旗”就会知道，现在有一个信息（如转速）在排队等待处理。组合仪表调出该信息并将相应的值复制到它的输入存储器内。
于是通过CAN构件发送和接收信息的过程就结束了。在组合仪表内，转速经微控制器处理后到达执行元件并最后到达转速表。这个信息交换过程按设定好的循环时间（如每10ms）在持续地重复进行。
1.2.5先进的位仲裁。如果多个控制单元同时发送信息，那么数据总线上就必然会发生数据冲突，为了避免发生这种情况，CAN总线采用了仲裁方法来处理这类冲突。
要对数据进行实时处理，就必须将数据快速传送，这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。总线读取中的冲突可通过位仲裁解决。例如，当3个
站同时发送报文时，站l的报文标识符为011111，站2的报文标识符为0100110，站3的报文标识符为0100111。通过比较3个站的报文标识符，发现所有标识符前面2位相同都为01，直到第3位进行比较时，站1的报文被丢掉，因为它的第3位为高，而其他两个站的报文第3位为低。站2和站3报文的4、5、6位相同，直到第7位时，站3的报文才被丢失。注意，总线中的信号持续跟踪最后获得总线读取权的站的报文。在此例中，站2的报文被跟踪。这种非破坏性位仲裁方法的优点在于，在网络最终确定哪一个站
的报文被传送以前，报文的起始部分已经在网络上传送了。所有未获得总线读取权的站都成为具有最高优先权报文的接收站，并且不会在总线再次空闲前发送报文。CAN具有较高的效率是因为总线仅仅被那些请求总线悬而未决的站利用，这些请求是根据报文在整个系统中的重要性按顺序处理的。这种方法在网络负载较重时有很多优点，因为总线读取的优先级已被按顺序放在每个报文中了，这可以保证在实时系统中优先级较高的报文，优先占用总线，传递信息。对于主站的可靠性，由于CAN协议执行非集中化总线控制，所有主要通信，包括总线读取（许可）控制，在系统中分几次完成。这是实现有较高可靠性的通信系统的唯一方法。
2CAN总线控制系统的检修
2.1CAN总线故障形式及检测：（1）CAN－High和CAN－Low短路；（2）CAN－High对地短路；（3）CAN－High对正极短路；（4）CAN－High断路；（5）CAN－Low对地短路；（6）CAN－Low对正极短路；（7）CAN－Low断路。
这些故障可通过专用仪器测量波形，如大众车系的专用检测仪5051测量波形来检测。
典型故障1：Can-Low断路，Can-Low断路是在Can-Low上出现断开区域。
典型故障2：CAN－High断路，CAN－High断路是在CAN－High 断路上出现断开区域，Can-Low断路波形与CAN－High断路波形相似。
典型故障3：Can-Low与电瓶短接，短接后的波形整体被提高。
典型故障4：Can-Low与地短接，Can-Low信号对地输出，波形表现为近似一条直线。
典型故障5：Can-Low与Can-high短接，短接后高低总线波形相同。
典型故障6：Can-Low与Can-high交叉连接，控制单元的输出总线一条本是Can-high，但却接到了总线上的Can-Low。另一条是Can-Low，却接到了总线上的Can-high。
示波器检测出具体的波形，从而代表不同的故障原因，根据波形查出具体的故障部位，并予以排除。
2.2CAN总线系统中终端电阻的检修。
终端电阻的检测。终端电阻可利用万用表在线对比诊断，诊断方式如下：（1）拆下蓄电池电压线。（2）启动点火开关，使各存电设备充分放电。（3）用万用表的表笔，分别接在Can-Low与Can-high上。（4）将一带终端电阻的电控单元插头拔下，观察万用表阻值变化，阻值有变化，此总线终端电阻正常，否则损坏。（5）依次对比分析，观察有终端电阻的控制单元。
2.3CAN总线的维修。
如果CAN总线为双绞线导线，若导线有破损或断路需要接线时，每段长度应小于50mm，每两段接线之间长度应大于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100mm以外断开导线。接线点处，要做好屏蔽处理，以免干扰源对传输信号干扰。另外，每条CAN总线导线长度应不超过5m，否则导线所传输的脉冲信号会失真。
中国汽车技术论坛参考文献
[1]管秀君.汽车单片机及局域网技术[M].北京：人民交通出版社，2005.
[2]TOURAN技术培训[Z].2004，9.
[3]刘晓岩.汽车电子控制技术[M].北京：化学工业出版社，2009.
图5信息发送
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