什么是CAN總線？CAN總線設(shè)計(jì)原理分享

 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。