汽車CAN總線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

CAN總線的總體結(jié)構(gòu)

CAN總線由CAN控制器、CAN收發(fā)器、數(shù)據(jù)傳輸線、數(shù)據(jù)傳輸終端等組成。CB311的ECU(發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元)、TCU(變速器控制單元)、FEPS(無鑰匙進(jìn)入和無鑰匙啟動(dòng)系統(tǒng))、組合儀表四個(gè)電控單元通過CAN總線連接，CAN控制器、CAN收發(fā)器均集成在電控單元中。CB311CAN總線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CB311 CAN總線的總體結(jié)構(gòu)

1、CAN控制器

CAN控制器集成在電控單元內(nèi)部，接收由控制單元微處理器傳來的數(shù)據(jù)。CAN控制器對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其傳遞給CAN收發(fā)器;同樣CAN控制器也接收收發(fā)器傳來的數(shù)據(jù)，處理后傳遞給控制單元微處理器。

2、CAH收發(fā)器

CAN收發(fā)器集成在電控單元內(nèi)部，同時(shí)兼具接收、發(fā)送和轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)信號(hào)的功能。它將CAN控制器發(fā)送來的電平信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并通過數(shù)據(jù)傳輸線以廣播方式發(fā)送出去。同時(shí)，它接收數(shù)據(jù)傳輸線發(fā)送來的電壓信號(hào)并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)數(shù)據(jù)后，發(fā)送到CAN控制器。

3、數(shù)據(jù)傳輸線

為了減少干擾，CN總線的數(shù)據(jù)傳輸線采用雙絞線，其絞距為20mm，截面積為0.5m，稱這兩根線為CAN-高線(CAN-H)和CAN-低線(CAN-L)，如圖2所示。兩根線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相同，電壓值互成鏡像，這樣，兩根線的電壓差保持一個(gè)常值，所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)效應(yīng)也會(huì)由于極性相反而互相抵消。通過該方法，數(shù)據(jù)傳輸線可免受外界輻射的干擾;同時(shí)，向外輻射時(shí)，實(shí)際上保持中性(即無輻射)。

4、數(shù)據(jù)傳輸終端

數(shù)據(jù)傳輸終端是一個(gè)電阻器，阻止數(shù)據(jù)在傳輸終了被反射回來破壞數(shù)據(jù)，一般數(shù)據(jù)傳輸終端為120Q的電阻。CB311的數(shù)據(jù)傳輸終端為兩個(gè)1202的電阻，分別集成在BCU和組合儀表中。

汽車CAN總線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

現(xiàn)代汽車的電控單元主要有主控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)(ABs牽引力控制系統(tǒng)、AsR控制系統(tǒng)、儀表管理系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、中央門鎖系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。所有這些子控制系統(tǒng)連接起來構(gòu)成1個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，即：指令發(fā)出去之后，必須保證在一定時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)，否則，就有可能發(fā)生重大事故。這就要求汽車上的cAN通信網(wǎng)絡(luò)有較高的波特率設(shè)置。另外，汽車在實(shí)際運(yùn)行過程中，眾多節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。若整個(gè)汽車的所有節(jié)點(diǎn)都掛在1個(gè)cAN網(wǎng)絡(luò)上，眾多節(jié)點(diǎn)cAN總線進(jìn)行通信，信息管理配置稍有不當(dāng)，就很容易出現(xiàn)總線負(fù)荷過大，導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)速度下降。這在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中是不允許的，因此在對(duì)汽車上各節(jié)點(diǎn)的實(shí)性進(jìn)行了分析之后，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，設(shè)計(jì)了高、中、低速3個(gè)速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的節(jié)點(diǎn)組成高速cAN通信網(wǎng)絡(luò)，將其它實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低的節(jié)點(diǎn)組成中速cAN通信網(wǎng)絡(luò)，將剩下實(shí)時(shí)性要求不是很嚴(yán)格的節(jié)點(diǎn)組成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò)。并架設(shè)網(wǎng)關(guān)將這3個(gè)速率不同的3個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)全部節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享。

汽車CAN總線故障產(chǎn)生的原因

CAN總線系統(tǒng)中擁有一個(gè)CAN控制器、一個(gè)信息收發(fā)器、兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端及兩條數(shù)據(jù)傳輸總線，除了數(shù)據(jù)總線外，其他各元件都置于各控制單元的內(nèi)部。分析CAN總線系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因一般有以下三種：

1.汽車電源系統(tǒng)引起的故障：汽車電控模塊的工作電壓一般在10.5-15.0V，如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓不正常，就會(huì)使得某些電控模塊出現(xiàn)短暫的不正常工作，這會(huì)引起整個(gè)汽車CAN總線系統(tǒng)出現(xiàn)通信不暢。

2.汽車CAN總線系統(tǒng)的鏈路故障：當(dāng)出現(xiàn)通信線路的短路、斷路或線路物理性質(zhì)變化引起通信信號(hào)衰減或失真，都會(huì)導(dǎo)致多個(gè)電控單元工作不正常，使CAN總線系統(tǒng)無法工作。

3.汽車CAN總線系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)故障：節(jié)點(diǎn)是汽車CAN總線系統(tǒng)中的電控模塊，因此節(jié)點(diǎn)故障就是電控模塊的故障。它包括軟件故障即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使汽車CAN總線系統(tǒng)通信出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般會(huì)成批出現(xiàn);硬件故障一般是電控模塊芯片或集成電路故障，造成汽車CAN總線系統(tǒng)無法正常工作。

萬用表測(cè)量診斷CAN總線方法詳解

系統(tǒng)概覽：

此說明用于檢查總線連接上的CAN高速和CAN低速信號(hào)電平是否正確。

檢測(cè)提示：

●電壓檢測(cè)(示波器)：電壓檢測(cè)的前提條件是，蓄電池已連接并且點(diǎn)火開關(guān)已接通。

●電阻測(cè)量：在電阻測(cè)量時(shí)，在測(cè)量前必須把待測(cè)部件斷電。為此應(yīng)斷開車輛蓄電池的接線。等待約3分鐘，直到系統(tǒng)中的所有電容器放完電。

數(shù)據(jù)總線 K-CAN (車身 CAN)、PT-CAN (傳動(dòng)系 CAN) 和 F-CAN (底盤 CAN) 之間的區(qū)別：

● K-CAN：數(shù)據(jù)傳輸率約 100 kBit/s?？梢赃M(jìn)行單線運(yùn)行。

● PT-CAN：數(shù)據(jù)傳輸率約 500 kBit/s。不能進(jìn)行單線運(yùn)行。

● F-CAN：數(shù)據(jù)傳輸率約 500 kBits/s。不能單線運(yùn)行

主控單元

主控單元是主動(dòng)式通信方，通信的主動(dòng)權(quán)由它發(fā)出。主控制單元掌控總線，并控制通信。主控制單元能夠在總線系統(tǒng)中向被動(dòng)式總線用戶 (副控制單元) 發(fā)送信息，并根據(jù)被動(dòng)式用戶的要求接收信息。

副控單元

副控制單元是一個(gè)被動(dòng)式通信用戶。副控制單元被要求接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

多主控單元系統(tǒng)

在一個(gè)多主控單元系統(tǒng)中所有的通信用戶在某個(gè)時(shí)間都能夠擔(dān)當(dāng)主控單元或副控制單元的角色。

示波器測(cè)量

為了弄清 CAN 總線是否完好工作，必須觀察總線上的通信情況。在這種情況下不需要分析單個(gè)位，而只需要觀察 CAN 總線是否工作。示波器測(cè)量說明：‘CAN 總線很可能無故障工作’。

如果用示波器測(cè)量 CAN 低 (或 CAN 高) 導(dǎo)線和接地之間的電壓，則獲得一個(gè)處于下列電壓極限范圍內(nèi)的類矩形波信號(hào)：

K-CAN：

CAN Low (低速) 對(duì)地：U 最小 = 1 V，U 最大 = 5 V

CAN High (高速) 對(duì)地：U 最小 = 0 V，U 最大 = 4 V

這些值都是近似值，根據(jù)總線上的負(fù)載可能有幾個(gè) 100 mV 的偏差

測(cè)量 K-CAN：CH1 CAN 低，CH2 CAN 高

如果用示波器測(cè)量 CAN 低 (或 CAN 高) 導(dǎo)線和接地之間的電壓，則獲得一個(gè)處于下列電壓極限范圍內(nèi)的類矩形波信號(hào)：

PT-CAN 和 F-CAN：

CAN Low (低速) 對(duì)地：U 最小 = 1.5 V，U 最大 = 2.5 V

CAN High (高速) 對(duì)地：U 最小 = 2.5 V，U 最大 = 3.5 V

測(cè)量 PT-CAN：CH1 CAN 低，CH2 CAN 高

總線端測(cè)量

當(dāng) K-CAN 或 PT-CAN 數(shù)據(jù)總線失效時(shí)，在 CAN-Low 或 CAN-High 導(dǎo)線上可能存在短路或斷路?；蛘吣硞€(gè)控制單元已損壞。

為了查找故障原因，建議進(jìn)行下列工作步驟：

● 將總線用戶從 CAN 總線上依次拔下，直至找到故障原因 (= 控制單元 X)。

● 檢查通往控制單元 X 的導(dǎo)線是否短路或斷路。

● 如有可能，檢測(cè)控制單元 X。

● 如果某個(gè)控制單元至 CAN 總線的分支線短路，僅執(zhí)行該工作步驟就成功了。如果 CAN 總線中的一條導(dǎo)線自身短路，則必須檢查電線束。

審核編輯：湯梓紅

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