汽车CAN总线的结构原理与诊断分析

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1、汽车CAN总线的结构原理与诊断分析【摘要】CAN总线（ControllerAreaNetwork，即控制器局域网）是汽车产业发展的一门新兴技术，可有效简化车辆电气线路、节约成本、提高车辆的可靠性。本文以CB311AT系列车（以下简称“CB311”）采用的动力型线形CAN总线为例，介绍了CAN总线的总体结构、数据传输信号特征及故障的诊断分析方法。【关键词】CAN总线故障诊断分析1前言随着经济社会的发展和人类文明的进步，人们对汽车的安全性、舒适性、尾气排放及燃油经济性的要求越来越严格，汽车上的电子控制系统越来越多，在为人们带来安全、方便、舒适的同时，却使车内线束增

2、多、运行可靠性降低、故障维修难度增大。为了简化线路，提高各电子控制系统之间的通信速度，降低故障频率，CAN总线应运而生。CAN总线是由德国Bosch公司首先制订推出的针对汽车电子控制领域的总线式串行数据通讯网络。CAN总线可分为动力型（高速）、舒适型（低速）、信息娱乐型（低速）；CAN总线的网络拓扑结构主要有线形结构、星形结构、环形结构。2CAN总线的总体结构CAN总线由CAN控制器、CAN收发器、数据传输线、数据传输终端等组成。CB311的ECU（发动机控制单元）、TCU（变速器控制单元）、PEPS（无钥匙进入和无钥匙启动系统）、组合仪表四个电控单元通过CA

3、N总线连接，CAN控制器、CAN收发器均集成在电控单元中。CB311CAN总线的结构如图1所示。图1CB311CAN总线的总体结构2.1CAN控制器CAN控制器集成在电控单元内部，接收由控制单元微处理器传来的数据。CAN控制器对这些数据进行处理并将其传递给CAN收发器；同样CAN控制器也接收收发器传来的数据，处理后传递给控制单元微处理器。2.2CAN收发器CAN收发器集成在电控单元内部，同时兼具接收、发送和转化数据信号的功能。它将CAN控制器发送来的电平信号数据转化为电压信号并通过数据传输线以广播方式发送出去。同时，它接收数据传输线发送来的电压信号并将电压信号

4、转化为电平信号数据后，发送到CAN控制器。2.3数据传输线2为了减少干扰，CAN总线的数据传输线采用双绞线，其绞距为20mm，截面积为0.5mm，称这两根线为CAN-高线(CAN-H）和CAN-低线(CAN-L），如图2所示。两根线上传输的数据相同，电压值互成镜像，这样，两根线的电压差保持一个常值，所产生的电磁场效应也会由于极性相反而互相抵消。通过该方法，数据传输线可免受外界辐射的干扰；同时，向外辐射时，实际上保持中性（即无辐射）。图2CAN总线数据传输线2.4数据传输终端数据传输终端是一个电阻器，阻止数据在传输终了被反射回来破坏数据，一般数据传输终端为120

5、Ω的电阻。CB311的数据传输终端为两个120Ω的电阻，分别集成在ECU和组合仪表中。3CAN总线的数据传输信号特征CAN总线控制单元中传递的数据是二进制格式的电平信号，数据的每一位只有0或1两个值，其中0表示显性状态，1表示隐性状态。CAN总线数据传输线中传输的是电压信号，在隐性状态，CAN-H和CAN-L的对地电压均为2.5V左右，此时CAN总线未通讯；在显性状态，CAN-H的对地电压升至3.5V左右，CAN-L的对地电压降至为1.5V左右，此时CAN总线在通讯。控制单元是通过CAN收发器联接到CAN总线上的，在CAN收发器内部的接收器一侧设有差动信号放大

6、器，用来处理来自CAN-H导线和CAN-L导线的电压信号。差动信号放大器在处理信号时，会用CAN-H导线上的电压减去CAN-L导线上的电压，根据电压差确定电平信号，处理后的电平信号只有0和1两位。在显性状态时，数据传输线中CAN-H的电压为VH=3.5V,CAN-L的电压为VL=1.5V,电压差VD=VH-VL=2V，输出的电平信号为0；在隐性状态时，数据传输线中CAN-H的电压为VH=2.5V,CAN-L的电压为VL=2.5V,电压差VD=VH-VL=0V，输出的电平信号为1，数据信号的处理过程如图3所示。CAN收发器通过CAN控制器将差动信号放大器处理后的

7、电平信号发送到控制单元。图3CAN数据总线的信号处理过程4CAN总线的故障诊断对于车辆CAN总线的故障，应根据CAN总线的具体结构和控制回路具体分析。一般来说，引起汽车CAN总线故障的原因主要有汽车电源系统（电压超出正常范围）引起的故障、电控单元本身的硬件或软件出现问题引起的故障（无法维修）、汽车CAN总线的通讯线路出现故障，本文只讨论第三种情况。CAN总线通讯线路的故障形式主要有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、CAN-L断路共七种故障。判断是否有线路故障时，可以用

8、数字万用表测量终端电阻的阻值是否正常，