什么是CAN總線?CAN總線設(shè)計(jì)原理分享
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CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡(jiǎn)稱,是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的,并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 11898),是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 在北美和西歐,CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線,并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。
CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN),是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中,出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求,各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同,由多條總線構(gòu)成的情況很多,線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN,進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要,1986 年德國(guó)電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后,CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同,并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
隨著人類科技發(fā)展,汽車智能化也得到高速發(fā)展,目前卡車也逐步向高度智能化控制發(fā)展,一個(gè)卡車有多個(gè)控制模塊已經(jīng)很常見了。各個(gè)模塊在工作的時(shí)候,需要互相通訊;因此在汽車上常常使用總線通訊。
常見的總線通訊協(xié)議有SAE J1939 / SAE J1587/SAE J1708(不同的通訊協(xié)議代表說話的語言不一樣,例如日語韓語英語普通話等,要想理解說的內(nèi)容,必須先要了解使用的語言。),目前使用最多的是1939協(xié)議,也就是CAN線。
有很多朋友問小軌CAN是干嘛用的,還有很多師傅在遇到CAN通訊的相關(guān)故障時(shí)就頭疼,不知道該怎么去檢查。今天小軌就帶大家一起來學(xué)習(xí)一下CAN總線的相關(guān)知識(shí)。
CAN線概述
1、什么是CAN?
CAN:全稱為“Controller Area Network”,即控制器局域網(wǎng),是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初,CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊,在車載各電子控制裝置之間交換信息,形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如:發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中,均嵌入CAN控制裝置。
一個(gè)由CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中,理論上可以掛無數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中,節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。常見的CAN線的頻率有250Kbs/500Kbs/1000Kbs,不同的頻率代表傳輸速度的快慢不一樣。
2、CAN的發(fā)展
CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中,由德國(guó)Bosch公司最先提出。當(dāng)時(shí),由于消費(fèi)者對(duì)于汽車功能的要求越來越多,而這些功能的實(shí)現(xiàn)大多數(shù)基于電子操作的,這就使得電子裝置之間的通訊越來越復(fù)雜,同時(shí)意味著需要更多的連接信號(hào)線。提出CAN總線的最初動(dòng)機(jī)就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊,減少不斷增加的信號(hào)線。
3、CAN的工作原理
CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型一致。每一層與另一設(shè)備上的相同的那一層通訊。實(shí)際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層,而設(shè)備只通過模型物理層的物理介質(zhì)互連。
CAN能夠使用多種物理介質(zhì),例如雙絞線、光釬等。最常用的就是雙絞線,信號(hào)使用差分電壓傳送,兩條信號(hào)線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”,靜態(tài)時(shí)均是2.5V左右,此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”,也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”,稱為“顯形”;此時(shí),通常電壓值為:CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。
Can通訊,實(shí)質(zhì)上就是通過這些0和1實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。
4、CAN系統(tǒng)組成
CAN收發(fā)器:
安裝在控制器內(nèi)部,同時(shí)兼具接受和發(fā)送的功能,將控制器傳來的數(shù)據(jù)化為電信號(hào)并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。
數(shù)據(jù)傳輸終端:
該終端是一個(gè)電阻,防止數(shù)據(jù)在線端被反射,以回聲的形式返回,影響數(shù)據(jù)的傳輸。
數(shù)據(jù)傳輸線:
雙向數(shù)據(jù)線,由高低雙絞線組成。
CAN總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
1、低成本:
相較于傳統(tǒng)線路,智能化的模塊控制,提高了車輛的可靠性、減少了線束的數(shù)量和設(shè)計(jì)、減輕車輛的重量、后期維護(hù)更方便;
2、極高的總線利用率;
3、很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(可長(zhǎng)達(dá)10Km);
4、高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1Mbit/s);
5、可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;
6、可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;
7、發(fā)送的信息遭到破壞后,可自動(dòng)重發(fā);
8、節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能;
9、報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址,僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息;
10、可實(shí)現(xiàn)屏幕診斷功能:采用通用CAN診斷協(xié)議,可以將系統(tǒng)故障直接在儀表屏幕上顯示出來;
11、設(shè)備監(jiān)控功能:
Can線通訊可以在故障發(fā)生后,準(zhǔn)確快速的報(bào)出相關(guān)故障,方便檢修;
12. 電路保護(hù)功能:
在電路出現(xiàn)短路時(shí),CBCU會(huì)自動(dòng)切斷該線路的電源輸出、保護(hù)電路,并同時(shí)將故障信息傳遞給儀表,儀表報(bào)出相關(guān)故障。
CAN線在汽車中的應(yīng)用
1、CAN的車用網(wǎng)絡(luò)
通過CAN總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)相互之間的信息共享,既減少了線束,又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個(gè)系統(tǒng),使汽車性能達(dá)到最佳。
★ 歐曼H4總線系統(tǒng)具有兩路CAN總線,分別是動(dòng)力總線(P-CAN)和儀表總線(I-CAN)
★特別提示:
I-CAN通訊的失敗將會(huì)使車輛大部分電器無法正常工作。
CBCU不會(huì)去控制P-CAN上設(shè)備的正常運(yùn)行。
★診斷接口:
P-CAN動(dòng)力總線的通訊線CANH是接在OBD口的6號(hào)口,CANL是接在OBD口的14號(hào)口。
I-CAN車身總線的通訊線CANH是接在OBD口的3號(hào)口,CANL是接在OBD口的11號(hào)口。
★CAN線測(cè)量
電阻測(cè)量:
斷電情況,用萬用表電阻檔測(cè)量I-CAN_L與I-CAN_H之間的阻值。
有效模式:阻值在60歐姆左右;
失效模式:阻值為零說明I-CAN_L與I-CAN_H之間短路;阻值為120歐姆或者無窮大,說明I-CAN_L或者I-CAN_H有斷路。
電壓測(cè)量:
上電情況下,用萬用表電壓檔測(cè)量I-CAN_L與信號(hào)地、I-CAN_H與信號(hào)地之間的電壓。
有效模式: I-CAN_L與信號(hào)地,電壓值1.5±0.5V左右,實(shí)際測(cè)量2.4V左右;I-CAN_H與信號(hào)地,電壓值3.5±0.5V左右,實(shí)際測(cè)量2.6V左右;
失效模式:電壓值為零,說明與地線短路或線路斷路;電壓值大于5V,說明與電源短路。
2、東風(fēng)商用車EDC7UC31電腦板,配備VECU與CBCU系統(tǒng)如下圖:
VECU采集電子油門及各種開關(guān)信號(hào),同時(shí)接收組合儀表發(fā)生的車速信息從而確定整車的控制模式,通過CAN總線將控制指令和參數(shù)發(fā)給EECU,由EECU實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。
CAN網(wǎng)絡(luò)的故障分析與排除
1、CAN總線診斷基礎(chǔ)
1.1總線系統(tǒng)工作條件
★ 電源供給正常、無虛接
★ 地線正常
★ 喚醒電源正常
★ CAN線線束正常
★ 終端電阻正常
★ 節(jié)點(diǎn)正常
★ 控制模塊硬件正常
★ 控制模塊軟件正常
★ 各接插件、接觸端子正常
1.2 哪些情況查CAN網(wǎng)絡(luò)?
★ 報(bào)出CAN通訊相關(guān)、或者數(shù)據(jù)錯(cuò)誤之類的故障
★ 儀表不顯示、或顯示混亂
★ 無法通訊,無法連接診斷儀
★ 車身燈光系統(tǒng)異常
★ 無法定位、無法起動(dòng)
★ 其它CAN相關(guān)故障
1.3 節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)
★ 儀表不顯示、或顯示混亂 ➩ 儀表
★ 車身燈光系統(tǒng)異常 ➩ CBCU/燈光控制模塊
★ 無法換檔 ➩ TCU
★ 電動(dòng)車窗無反應(yīng) ➩ 車門控制器
★ 無法起動(dòng) ➩ ECU/VCU/CBCU
★ 防盜開啟 ➩ 防盜模塊/GPS/GPRS
★ 空調(diào)無反應(yīng) ➩ 空調(diào)控制模塊
1.4 指示燈
常見CAN故障碼的分析
一、CAN接收偵AT101超時(shí)錯(cuò)誤(博世EDC17系統(tǒng))
故障原理:
1、NOx傳感器通過CAN總線,將監(jiān)測(cè)的氮氧濃度時(shí)時(shí)發(fā)送給ECU。如果ECU 超過0.5秒沒有接收到NOx濃度信號(hào),就會(huì)報(bào)出此故障;
2、沒有接受到的原因無非是發(fā)送器、傳輸媒介、接收器故障。基本上都是:傳輸媒介故障導(dǎo)致,也就是NOx傳感器的線束、接插件故障導(dǎo)致;極少數(shù)情況是:NOx傳感器故障。
故障影響:
影響NOx濃度的監(jiān)測(cè);發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈點(diǎn)亮、發(fā)動(dòng)機(jī)限扭。
常見原因:
1、NOx傳感器的4根線束開路、短路,或接插件故障:檢查NOx傳感器的接插件及4根線束,是否存在開路、短路故障,電壓是否正常。其中NOx傳感器接插件1號(hào)針腳是正極24V,2號(hào)針腳是負(fù)極0V,3號(hào)針腳是CAN低2.2V左右,4號(hào)針腳是CAN高2.8V左右。如電壓不符,請(qǐng)排查原因;
2、極少數(shù)可能NOx傳感器損壞: 也可能NOx傳感器損壞,但NOx傳感器售價(jià)較高,最后考慮更換測(cè)試。
排查技巧:
常見原因是NOx傳感器接插件、4根線束故障。
二、CAN接收偵TSC1-TE超時(shí)錯(cuò)誤(博世EDC17系統(tǒng))
故障原理:
1、“CAN接收偵某某超時(shí)錯(cuò)誤”代表了一類故障,以TSC1-TE為例:發(fā)動(dòng)機(jī)ECU可以通過CAN總線,接受整車控制器(比如CAN儀表、CBCU、自動(dòng)變速箱控制器、GPS鎖車、天行健輔助節(jié)油等)上的信息或控制指令,TSC1-TE就是自動(dòng)變速箱指令的名稱,如果ECU收不到就會(huì)報(bào)出此故障;
2、由于接收信息較多,管理復(fù)雜,某些機(jī)械變速箱也可能報(bào)出“CAN接收偵某某超時(shí)錯(cuò)誤”故障,這是因?yàn)镋CU默認(rèn)開通的原因,一般不亮故障燈,不需要處理;
3、基本此類故障都不亮故障燈,“除AT101超時(shí)錯(cuò)誤”外,如不是自動(dòng)變速箱,都無需處理。
故障影響:
1、影響自動(dòng)變速箱工作:如不是自動(dòng)變速箱,影響不大;如自動(dòng)變速箱,需排查;
2、可能影響整車控制器,比如GPS等:一般不影響整車功能。
常見原因:
1、一般不亮故障燈,無需排查:發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)管理;
2、如配自動(dòng)變速箱,則需要排查: 可能影響自動(dòng)變速箱的工作,需排查CAN網(wǎng)絡(luò)是否正常,是否開路、短路,電壓是否正常。
排查技巧:
基本都無需排查,不亮故障燈;如自動(dòng)變速箱,則須排查CAN總線。
以上兩針腳僅是接入ECU的入口,此故障應(yīng)排查整個(gè)整車CAN網(wǎng)絡(luò)及其他控制。
三、CAN節(jié)點(diǎn)A總線錯(cuò)誤(博世EDC17系統(tǒng))
故障原理:
1、CAN總線介紹:CAN總線類似于電腦之間通信的網(wǎng)線,可以實(shí)現(xiàn)ECU、CBCU、ABS、CAN儀表等CAN設(shè)備之間信息共享,比如水溫、機(jī)油壓力等,僅需ECU安裝傳感器即可,就能把當(dāng)前測(cè)得的水溫、機(jī)油壓力實(shí)時(shí)傳送給CAN儀表。CAN儀表不需要單獨(dú)安裝水溫、機(jī)油壓力傳感器了。
2、CAN總線是整車線束中,兩根特殊的線,有標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電阻、及制作規(guī)格;
3、只能CAN設(shè)備才能使用CAN總線,有時(shí)一輛車上有幾個(gè)CAN設(shè)備,比如ECU、CAN儀表、NOx傳感器等,每個(gè)CAN設(shè)備稱為一個(gè)節(jié)點(diǎn),其中ECU就是節(jié)點(diǎn)A;
4、但“CAN節(jié)點(diǎn)A總線錯(cuò)誤”并不是ECU本身故障,基本都是整車CAN網(wǎng)絡(luò)電壓異常、其他CAN控制故障造成CAN網(wǎng)絡(luò)干擾導(dǎo)致。
故障影響:
1、影響CAN儀表上轉(zhuǎn)速、水溫、機(jī)油壓力等參數(shù)顯示:造成CAN儀表顯示異常,但不影響機(jī)械儀表;
2、影響自動(dòng)變速箱的換擋等:可能造成自動(dòng)變速箱換擋不平順,設(shè)置失效;
3、一般不影響發(fā)動(dòng)機(jī)、整車的基本運(yùn)行。
常見原因:
1、整車CAN線短路、斷路或被干擾:檢查CAN高、CAN低電壓是否正常,通斷是否正常,一般CAN高電壓2.8V左右,CAN低2.2V左右,因使用情況電壓稍有不同;
2、CAN網(wǎng)絡(luò)控制器或整車CBCU本身故障: 造成CAN線電壓異常,波動(dòng)較大,請(qǐng)檢查CBCU、整車CAN控制模塊等;
3、NOx傳感器或CAN儀表、ABS/ASR控制器、AMT控制器故障,導(dǎo)致CAN線不穩(wěn)定:依斷開上述控制器,檢查其對(duì)CAN電壓的干擾,并檢查其相關(guān)CAN線路。
排查技巧:
不是ECU故障,而是整車CAN網(wǎng)絡(luò)或其他CAN控制故障引起。
以上兩針腳僅是接入ECU的入口,此故障應(yīng)排查整個(gè)整車CAN網(wǎng)絡(luò)及其他控制。
常見案例分享
故障現(xiàn)象:
儀表不顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力等信息,儀表報(bào)“CAN報(bào)文超時(shí)故障”;
考慮儀表can線通訊故障,拔下ECU插頭測(cè)量can線的 K54和K76號(hào)腳兩根線束電阻無窮大(正常情況下:此處電阻應(yīng)該是120歐姆),說明兩根線路有斷路現(xiàn)象。剪斷該兩根線,直接從ECU飛線到儀表后,儀表顯示正常、故障排除。
小軌總結(jié)
一般情況下,CAN總線的通訊故障都比較簡(jiǎn)單。常見的是線路問題,其次可能是就設(shè)備問題。我們首先要知道CAN總線是什么、CAN總線是怎么工作的、CAN總線的結(jié)構(gòu)。通過使用萬用表測(cè)量相關(guān)線路及電氣參數(shù),就可以快速的判斷故障點(diǎn)、排除故障。
維修要點(diǎn)
1、CAN線一般采用雙絞線、主要目的是防止干擾。
2、CAN網(wǎng)絡(luò)是有兩個(gè)120歐姆的終端電阻,因此在CAN網(wǎng)絡(luò)中測(cè)量?jī)蓚€(gè)CAN線電阻、正常情況下應(yīng)該是60歐姆(兩個(gè)120的電阻并聯(lián)后就成了60歐姆);(極少數(shù)車型也會(huì)出現(xiàn)測(cè)量電阻為40歐姆的情況,這種情況說明有三個(gè)設(shè)備內(nèi)部有120歐姆電阻,也是能正常通訊的;這一點(diǎn)大家要知曉。)
3、通常情況下CAN-H電壓在1.5-3.5V之間,CAN-L電壓在1.5-2.5V之間。