CAN總線淺析-大學畢業(yè)論文

PAGE26河南交通職業(yè)技術學院畢業(yè)論文淺談CAN總線在汽車上的應用和發(fā)展學生姓名rover_ww學號1102010***專業(yè)班級汽車工程系汽車運用技術指導教師周老師2014年6月摘要隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的市場占有率不斷攀升，從原來的貴族消費品，成為了大眾消費品，雖然就現(xiàn)在的市場價值而言，汽車還是屬于昂貴的消費品，但政策和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，汽車終將成為像手機一樣的消費品，人人可以擁有。如果要得到大眾的認可，那么汽車就要盡可能的變得簡單，安全，舒適，而電子工業(yè)的飛速發(fā)展，為汽車的進一步普及提供了強有力的支持，其中，汽車走向智能化，已經(jīng)成為必然趨勢，作為一件集龐雜功能于一身的產(chǎn)品，自身的正常工作已不再是只受本身控制了，還要參考眾多的環(huán)境因素，并且還要有一定的判斷和提供必要支持的能力，這就要求，本身的各部件之間存在通訊交流，龐大的體系，決定了龐大的通訊網(wǎng)絡線路，為了盡可能的節(jié)省空間，便開發(fā)并應用了CANBUS系統(tǒng)，極大的節(jié)省了空間和資本，并提高了運行的速率，通訊的安全和準確性。本文討論了CAN總線在汽車上的應用，提供了現(xiàn)有的應用實例，同時也討論了一些CAN總線的常見故障形式和解決方案，并探討了CAN總線在汽車上的發(fā)展方向關鍵詞：CANBUS網(wǎng)關節(jié)點驅(qū)動總線現(xiàn)場總線

目錄TOC\o"1-3"\h\u32196第一章緒論 4253161.1CAN總線的發(fā)展歷程 4205741.2汽車的發(fā)展歷程 58528第二章CAN總線與汽車 7211342.1CAN總線簡介 7169012.1.1CAN總線的基本環(huán)境 8234862.1.2CAN總線的工作原理 9166822.1.3CAN總線的報文格式 10308042.1.4CAN總線的優(yōu)勢 11243162.2CAN總線在汽車中的應用 13325762.2.1驅(qū)動CAN總線 13306362.2.2舒適CAN總線 15166192.3CAN總線的主要故障形式及解決方案 1721272第三章CAN總線在汽車上未來的發(fā)展方向 226473.1舒適性和娛樂性 22295093.2操縱性和安全性 23207643.3智能化 2324526第四章總結(jié)及展望 2320936參考文獻 247582致謝 258443附錄：專用名詞 26第一章緒論CAN總線是信息傳遞的一種網(wǎng)絡布置方案，作為一種提供信息傳遞的基礎設施，已經(jīng)被廣泛應用于各種領域，在汽車上的應用也已具規(guī)模，隨著一些汽車廠商的不斷開發(fā)，總線技術不斷展現(xiàn)出了他的魅力。本章主要闡述了CAN總線的產(chǎn)生歷程和汽車的發(fā)展。通過分析當下汽車的功能突發(fā)性增長，從中說明CAN總線與汽車結(jié)合的必要性，同時也對本文的主要內(nèi)容進行了簡單的說明。1.1CAN總線的發(fā)展歷程CAN是控制器局域網(wǎng)絡(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率最高可達1Mbps。在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線。20世紀80年代，Bosch公司開始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng)，參與研究的還有梅賽德斯奔馳公司和Intel公司，還有德國的大學教授。1986年，Bosch在汽車工程人員協(xié)會大會上提出了CAN。1987年，INTEL推出了第一片CAN控制芯片82526,隨后Philips半導體推出了82C200.1993年，CAN國際標準ISO11898公布，從此CAN協(xié)議被廣泛用于各類自動化控制領域。1994年，美國汽車工程師協(xié)會以CAN為基礎制定了SAEJ1939標準，用于卡車和巴士控制和通信網(wǎng)絡。當下，幾乎每一輛車上都會有CAN，但是各大公司的CAN卻自成體系，沒有統(tǒng)一標準，在這里我們主要討論一汽大眾車系。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、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“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術支持。控制器局部網(wǎng)（CAN－CONTROLLERAREANETWORK）是一種多主機局部網(wǎng)，具有高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點。隨著計算機硬件、軟件技術及集成電路技術的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制面向多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡。較之許多分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：結(jié)構(gòu)簡單。網(wǎng)絡各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強。使網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。具有優(yōu)先權和仲裁功能?？煽康腻e誤處理和檢錯機制等。1.2汽車的發(fā)展歷程1680年，英國著名科學家牛頓設想了噴氣式汽車的方案，利用噴管噴射蒸汽來推動汽車。1769年，法國人N·J·居紐制造了用煤氣燃燒產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動的三輪汽車。但是這種車的時速僅4公里，而且每15分鐘就要停車向鍋爐加煤，非常麻煩。后來車在一次行進中撞到磚墻上，碰得支離破碎。1885年，德國工程師卡爾·本茨(KarlBenz)，他在曼海姆制成了第一輛本茨專利機動車，該車為三輪汽車，采用一臺兩沖程單缸0.9馬力的汽油機，此車具備了現(xiàn)代汽車的一些基本特點，如火花點火、水冷循環(huán)、鋼管車架、鋼板彈簧懸架、后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向和制動手把等。1882年，德國工程師威廉海姆.戴姆勒開始進行內(nèi)燃機的研究。他發(fā)明了用電火花為發(fā)動機點火的自動點火裝置，然后，在這一發(fā)明的基礎上制造出優(yōu)秀的汽油發(fā)動機。這種發(fā)動機每分鐘900轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，而且能產(chǎn)生很大的功率。1832到1839年間，美國人安德森制造了第一臺電動車。1899年，德國人波爾舍發(fā)明了輪轂電動機，并裝備在車上，誕生了第一輛四驅(qū)電動車。1902年，在四驅(qū)電動車上加裝了內(nèi)燃機，誕生了第一輛混合動力汽車。隨著工業(yè)的不斷進步和發(fā)展，越來越多的汽車被制造，同時面臨的問題是，能源的消耗，汽油是不可再生資源，越來越少，并且汽油燃燒產(chǎn)生的尾氣也會污染環(huán)境，于是汽車上開始出現(xiàn)了用于調(diào)控燃油燃燒的控制系統(tǒng)，而系統(tǒng)的正常運行，要依賴與各種傳感器和各個車載控制單元的信號，以便判斷調(diào)控的力度和時機，而這些行動，都需要有信號線來傳遞信息，大量的傳感器和控制單元意味著就需要大量的線路。圖1一個中央控制單元圖2多個中央控制單元圖3多個中央控制單元及總線布置隨著科技的進步，人們已經(jīng)不僅僅滿足于使用汽車來作為代步工具了，車上具備了用于指導行車的導航儀，用于燈光控制的各種開關及控制單元，用于顯示車輛各項指標的儀表，可以防止車輛丟失的防盜系統(tǒng)，可以提供制動控制的制動力分配系統(tǒng)，可以保護人員的安全氣囊系統(tǒng)，可以聽音樂看視頻的信息娛樂系統(tǒng)，還有中控門鎖等等，車身上安裝的電氣設備越來越多，電線總量也越來越繁雜和沉重，增加的不僅僅是質(zhì)量，還有控制的難度。單單靠人力去協(xié)調(diào)各系統(tǒng)之間的正常工作，顯然已經(jīng)不可能，在人與車輛各系統(tǒng)之間需要一個傳達員，并且這個傳達員還要會自己去做一些最基本的事情，不需要人去時時參與，這樣，駕駛員在駕駛時就不容易分心去顧這顧那了，減少了事故的發(fā)生，同時提高了乘坐的舒適性和安全性。CAN總線的出現(xiàn)，正好彌補了以上這些，各控制單元之間的通訊遵循協(xié)議進行，共用一條總線完成了所有信息的傳遞，大大節(jié)省了空間和質(zhì)量，并且使得各單元之間相關性更強，實時性更快，更易判斷周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，做出最保險的判斷或提示，使得駕駛員從繁重的操縱中解脫了出來，使得駕駛車輛成為一種樂趣，現(xiàn)在汽車更是加入了無線網(wǎng)絡，通過無線對車輛進行遠程控制也成為可能，使得駕駛汽車的生活更加智能化和便捷化。從現(xiàn)在的發(fā)展趨勢來看，CAN總線的參與，使得汽車的駕駛難度一步步降低，甚者到未來，可能駕駛員將成為歷史。CAN總線與汽車2.1CAN總線簡介說到總線，就不得不先介紹一下總線的基本概念，總線也稱為BUS，這個詞可以很形象的說明總線的功用，總線（BUS）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸?shù)男畔⒌姆N類，總線又可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號，還有外部的擴展總線和局部總線，而我們這里的CANBUS則屬于現(xiàn)場總線，綜合了以上各總線的功能，使得CAN總線的功能和布置要比一般總線復雜。2.1.1CAN總線的基本環(huán)境CAN-BUS主要組成：CAN收發(fā)器，數(shù)據(jù)傳輸終端，數(shù)據(jù)傳輸線。CAN收發(fā)器：安裝在控制器內(nèi)部，同時兼具接受和發(fā)送的功能，將控制器傳來的數(shù)據(jù)化為電信號并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線，或者將數(shù)據(jù)傳輸線上的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息供控制單元分析。數(shù)據(jù)傳輸終端：是一個電阻，防止數(shù)據(jù)在線端被反射，以回聲形式返回，影響數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸線：雙向數(shù)據(jù)線，有高低雙絞線組成。CAN-BUS上的控制器中的發(fā)送信息的線路通過一個開路集電極和總線相連，這就表征了控制單元在某一段時間只能進行發(fā)送或接受一項功能。邏輯“1”表示所有控制器的開關斷開，總線電平為5-3.5V，CANBUS未進行通訊，邏輯“0”，說明某一個控制器閉合，總線的電平為0 V，CANBUS正在進行通訊。原則上CAN總線使用一條線導線就可以滿足功能要求了，但該總線還配備了第二條導線，在這個第二條導線上，信號是按相反順序傳送的，這樣可以有效抑制外部干擾。各個CAN系統(tǒng)的所有控制單元都并聯(lián)在CAN總線上，CAN總線的兩條導線分別叫CAN-High和CAN-Low線，兩條扭絞在一起的導線稱為雙絞線。由于不同區(qū)域的CANBUS的速率和識別代號不同，因此一個信號要從一個總線進入另一個總線區(qū)域，就必須把他的識別信號和速率進行改變，能夠讓另一個系統(tǒng)接受，這個任務由網(wǎng)關來完成。另外，網(wǎng)關(gateway)還具有改變信息優(yōu)先權的功能。 2.1.2CAN總線的工作原理在靜止狀態(tài)時，這兩條導線上作用有相同預先設定值，該值稱為靜電平。驅(qū)動總線的靜電平約為2.5V（以下以驅(qū)動總線為例），靜電平也稱為隱形狀態(tài)，因為連接的所有控制單元均可修改它。在顯性狀態(tài)時，CAN-High線上的電壓值會升高一個預定值，一般為1V，而CAN-Low線上的電壓會降低一個同樣值。至少為1V,于是在CAN驅(qū)動總線上CAN-High在激活狀態(tài)下，電壓不低于3.5V（2.5V+1V=3.5V）,而CAN-Low線上的電壓值最多可降至1.5V（2.5V-1V=1.5V）,因此隱形狀態(tài)時，兩線之間的電位差為0V，在顯性狀態(tài)時電位差最低為2v。而舒適總線則沒有靜電平，因為舒適總線的傳遞速率相對較低，為了提高舒適總線的抗干擾能力，所以就提高了總線的電平，CAN高線靜電平時信號電平為0V,顯性電平大于等于3.6V，CAN低線的靜電平信號電平是5V，顯性電平小于等于1.4V。差動信號為-5V和2.2V，電位差為7.2V?？刂茊卧峭ㄟ^收發(fā)器聯(lián)接到CAN總線上的，在這個收發(fā)器內(nèi)有一個接收器，該接收器是安裝在接收一側(cè)的差動信號放大器。差動信號放大器用于處理來自CAN高線和CAN低線的信號，除此之外，還負責將轉(zhuǎn)換后的信號傳至控制單元的CAN接收區(qū)。這個轉(zhuǎn)換后的信號稱為差動信號放大器的輸出電壓。差動信號放大器用CAN高線上的電壓減去CAN低線上的電壓，就得出了輸出電壓，用這種方法可以消除靜電平，或其他任何重疊的電壓?？偩€接受信息的過程：當總線上的信號電壓差大于2V時，接收器就會在輸出端輸出一個低電位，即“0”，當電位差為零時，就會在輸出端輸出一個高電位，即“1”。不同的電位變化就會在輸出端翻譯成變化的01交替的二進制數(shù)據(jù)，供控制單元讀取其中的信息。總線發(fā)送信息的過程：當控制單元傳遞來一個低電位，即“0”時，發(fā)送器就會拉低CAN低線的電位，同時抬高CAN高線的電位，使得兩條CAN線產(chǎn)生一個大于2V的點位差，當控制單元傳遞來一個高電位，即“1”時，發(fā)射器不對總線電位進行改變，這就會產(chǎn)生一個接近0V的電位差。信息不斷傳遞，使得傳輸線路上的電位在做有規(guī)律的改變。在通訊上可以這么來理解，CAN線上的各個控制器就像是圍成一圈的朋友，大家在一個屋子（總線）里聊天，不過為了防止太亂（信息沖突），一次只允許一個人說話，這個人說話時其他人都可以聽到，有人覺得他說的內(nèi)容有用就會在心里記下來，覺得無聊可以自己玩自己的，如果他語言上特意指到誰（不同的人名，就像是不同的控制單元的地址），那個人就會和他進行交談，其他人對他們的通話感興趣時，就會在兩個人說話間歇的時間插話。2.1.3CAN總線的報文格式報文有四種不同類型的幀表示和控制。數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器發(fā)至接收器；遠程幀通過總線控制單元發(fā)送，請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀；出錯幀由檢測出總線錯誤的任何控制單元發(fā)送；超載幀用于提供當前和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。數(shù)據(jù)幀和遠程幀借助幀間空間與當前幀分開?？偩€上傳遞的信息是具有嚴格的格式的，這樣在傳遞過程中才會更加安全和可靠，數(shù)據(jù)幀是傳遞數(shù)據(jù)的主要報文形式，數(shù)據(jù)幀分為兩部分：信息部分和數(shù)據(jù)部分。根據(jù)CAN規(guī)范，有兩種數(shù)據(jù)幀格式：CAN標準幀（也稱為CAN2.0A，支持11為昌都的標識符）和CAN擴展幀（也稱為CAN2.0B，支持29位長度的標識符）開始是幀起始SOF（start-of-frame）；前11位是標識符，標識符前八位用作接收判斷，包含信息送達的目的地址，接著是RTR位（remotetransmissionrequest），這兩個部分構(gòu)成了仲裁域?？刂朴蛴闪唤M成，它表示了后面數(shù)據(jù)域中的字節(jié)數(shù)目；數(shù)據(jù)域由數(shù)據(jù)幀里發(fā)送的數(shù)據(jù)組成可為0-8個字節(jié)，包含了實際要發(fā)送的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)域后邊是循環(huán)冗余碼域CRC(cyclicredundancychecksum)，它用于接收器檢驗所接受到的位序列，兩位應答域ACK（acknowledgment）用于發(fā)送器接受任意接受器所發(fā)出的應答；最后是幀結(jié)尾EOF（end-of-frame）它包括7個位。如圖1圖1數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳送時，控制單元在總線空閑或丟失仲裁前恒為發(fā)送器，該總線上的其他控制單元，在總線未讓出時，均為接收器。對于發(fā)送器和接收器，報文的實際有效時間是不同的，對于發(fā)送器來說，如果發(fā)送完畢沒有出錯，則報文有效。如果受損，將允許按照優(yōu)先權順序自動重新發(fā)送數(shù)據(jù)，為了防止總線一直被占用，重新發(fā)送會等到總線空閑時間進行。對于接受器來說，如果接受完畢未出錯，則報文有效。2.1.4CAN總線的優(yōu)勢1，結(jié)構(gòu)簡單?？偩€只有兩根扭絞在一起的雙絞線組成，成本大大降低，而且布置靈活。如果使用光纖，則可以更好的提升通訊速度和通訊距離。2，網(wǎng)絡各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強,在總線暢通、節(jié)點正常工作的情況下，只要總線上一個節(jié)點向外發(fā)送數(shù)據(jù)，那么其他所有節(jié)點就都會接受到這段信息，需要的節(jié)點會立即傳遞到節(jié)點的處理器中，還原成數(shù)據(jù)，可以說，只要這邊節(jié)點發(fā)送完畢，需要的節(jié)點也就翻譯的差不多了。幾乎等同于兩個人邊說邊聽。3，網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。CAN總線的網(wǎng)絡節(jié)點在理論上可以無限制的增加，但是由于現(xiàn)在的條件還無法達到，受到通訊速率，終端電阻，顯性電壓等等影響，所以對于當下的CAN總線節(jié)點總數(shù)在110個左右，線的長度可以達到10千米（5KB/s），最快速率達到1MB/s（40m）。各個總線的傳遞速率4，可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。只要控制單元之間在同一條總線上連接，那么一個控制單元所發(fā)出的信息，總線上的所有控制單元均會接受到他的信息，然后各自刪選對自己有用的，無關緊要則選擇靜默，有特別需求的也可以主動向特定的控制單元請求發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點之間沒有通訊限制，不同總線上的，則需要經(jīng)過網(wǎng)關協(xié)調(diào)。5，具有優(yōu)先權和仲裁功能。同一條總線上的控制單元在通訊的先后順序上也是有嚴格區(qū)分的，就像是會議上發(fā)言一樣，當沒有發(fā)言時任何職位的人都可以依次進行發(fā)言，但是，一但同時職位高的有話要說，那么職位低的就會停止說話，開始聽職位高的講話。優(yōu)先權高的控制單元，在通訊時有優(yōu)先發(fā)信的權利，這個權利在幾個控制單元同時發(fā)信時起到至關重要的作用，可以有效避免通訊混亂。同時這個功能對數(shù)據(jù)沒有損壞，當兩個控制單元同時通訊時，總線會先仲裁兩者的優(yōu)先級，允許優(yōu)先級高的先發(fā)信，而優(yōu)先級低的則會主動退出，讓出總線，等優(yōu)先級高的通訊完畢，自己在開始發(fā)信。6，可靠的錯誤處理和檢錯機制等。可以對節(jié)點的永久故障和短暫擾動進行區(qū)分。在節(jié)點錯誤嚴重時，會自動關閉總線，切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使得總線上其他設備可以正常通訊。同時總線上的相關控制單元會記錄此節(jié)點的故障形式。2.2CAN總線在汽車中的應用前文簡單介紹了CAN總線的一些知識，這些知識在理解和運用總線時至關重要，同時要注重聯(lián)系，應用建立在理論的基礎之上，但是卻遠遠復雜于理論，很多問題和想法就是實踐中得出的，這些都為修正和優(yōu)化理論起到了很好的支持。所以說，實踐是檢驗真理的唯一標準。本節(jié)就介紹總線在汽車各個系統(tǒng)中的應用，會枚舉幾個實例說明工作和控制方式和邏輯。2.2.1驅(qū)動CAN總線驅(qū)動總線是車輛的主要總線，他上邊連接著與車輛動力產(chǎn)生、輸出、分配相關的控制單元。主要有：發(fā)動機，自動變速箱，ABS等。發(fā)動機是汽車的心臟所在，發(fā)動機控制單元更是動力的核心控制部件，他統(tǒng)領著發(fā)動機上的大量傳感器和執(zhí)行器，并不斷偵聽著外界環(huán)境，隨時做出合適的動力輸出。變速箱是汽車動力處理分配的核心部件，把發(fā)動機的扭矩增大到合適的范圍，為車輛提供優(yōu)化驅(qū)動力，周圍也分布大量傳感器和執(zhí)行器，用于判斷車輛當前狀態(tài)，判斷所需的合適的檔位。ABS是車輛制動系統(tǒng)的一個重要部件，單獨或結(jié)合其他系統(tǒng)提供最優(yōu)的制動力分配。在動力傳動系統(tǒng)內(nèi)，利用網(wǎng)絡將發(fā)動機艙內(nèi)的電控單元連接起來，實現(xiàn)諸如車輛行駛、停車與轉(zhuǎn)彎等功能時，需要高速網(wǎng)絡。動力CAN數(shù)據(jù)總線連接3個電控單元，即發(fā)動機電控單元、ABS電控單元及自動變速器電控單元?？偩€可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，即發(fā)動機電控單元5組、ABS電控單元3組和自動變速器電控單元2組。數(shù)據(jù)總線以500kbit／s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0．25ms，每一電控單元7～20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。其順序為ABS電控單元、發(fā)動機電控單元、自動變速器電控單元。車輛要完成正常的行駛，需要發(fā)動機對輸出扭矩進行控制，還需要變速箱和制動系統(tǒng)的配合。發(fā)動機的工作需要提供一些必須的基礎信號：轉(zhuǎn)速、水溫、電壓、空氣溫度、油壓、油溫、節(jié)氣門開度、制動開關、檔位、噴油脈寬等等。大量的傳感器就需要大量的線路，但有些傳感器是幾個控制單元所共同需要的，每個都引一根線，就顯得過于繁雜了，CAN總線就很好的解決了這個問題，在信息傳遞速率上，也是較快的，達到了500kb/s。在動力傳動系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳遞應盡可能快，以便及時利用數(shù)據(jù)，所以需要一個高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會加快點火系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，使接收到的數(shù)據(jù)立即應用于下一個點火脈沖。CAN數(shù)據(jù)總線連接點通常置于電控單元外部的線束中，在特殊情況下，連接點也可能設在發(fā)動機電控單元內(nèi)部。當發(fā)動機需要檔位信號、車速是和制動開關信號時，就會在總線上請求變速箱和ABS，他們兩個會把檔位狀態(tài)、車速和制動狀態(tài)通過總線發(fā)送給發(fā)動機控制單元，發(fā)動機就可以藉此來進行調(diào)整本身狀態(tài)了。在行駛過程中，當駕駛員加油時，油門踏板信號傳遞到發(fā)動機，發(fā)動機一邊控制節(jié)氣門，一邊監(jiān)查轉(zhuǎn)速并把它發(fā)送到總線上，供其他系統(tǒng)使用，當變速箱控制單元接受到合適的轉(zhuǎn)速信號時，判斷車速是否合適，若符合升檔要求，就會切換檔位至高檔，然后把檔位信號發(fā)送到總線上，讓其他控制器讀取。此時突然遇到緊急事件，駕駛員急踩剎車，制動力迅速提高，車速急速下降，ABS首先起作用，并把制動信號和輪速發(fā)到總線上，發(fā)動機和變速箱同時接收到這一信息，發(fā)動機會迅速控制扭矩輸出，變速箱則開始跟隨降檔，這些動作的執(zhí)行所產(chǎn)生的變化，都會被各自的控制單元發(fā)送到總線上，用于各個控制單元之間進行交流，判斷有沒有達到預期的控制目的，并判斷下一步的控制方向。這么長得語言說明，在控制上，其實就是一瞬間，幾秒鐘就完成了，甚至不到一秒鐘就交流了大量信息。同時這些重要的數(shù)據(jù)還會通過網(wǎng)關轉(zhuǎn)變過后翻譯給其他總線上的控制單元，供它們使用，一方面綜合分析控制趨勢，一方面把結(jié)果以圖表形式傳遞給駕駛員。不但會共享傳感器的信號，同時檢測到某個傳感器故障時，會調(diào)用內(nèi)部的固定值替代此信號，并告訴其他控制單元該傳感器損壞。必要則使用提供的固定值，非必要則限制功能的使用。2.2.2舒適及其他CAN總線舒適總線上連接的是提高駕駛舒適性的控制單元，現(xiàn)在從發(fā)展來看，以后增加最多的也是此列的控制單元。主要有：燈光控制、刮水器控制、電動座椅、門鎖防盜、電動車窗、儀表等。該總線上的控制單元主要是輔助駕駛員更好的控制車輛和更舒適的駕駛體驗。對于車上的大用電器，使用總線控制，不僅可以防止開關的早期損壞還可以通過控制單元檢測負載的狀態(tài)，對于一些重要的負載，及早發(fā)現(xiàn)故障并反映給駕駛員將會避免很多不必要的麻煩和事故。例如燈光、雨刮。燈光控制，以往的燈光都是駕駛員隨著環(huán)境的變化自己切換，如果環(huán)境變化較為劇烈時，根本沒有辦法完成轉(zhuǎn)變，于是自動燈光系統(tǒng)就產(chǎn)生了，燈光控制單元受車載電網(wǎng)控制單元控制，而燈光的開閉及狀態(tài)則受到光線強度傳感器、速度傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器的控制，當車子突然進入隧道時，光線會變得較暗，這時車載電網(wǎng)接到傳感器信號，點亮大燈，如果車輛進入彎道，車載電網(wǎng)會檢測車速和轉(zhuǎn)角，適當?shù)臅r機會使得車燈隨著道路彎曲而照向道路內(nèi)側(cè)，用以提高道路的照明距離，提早發(fā)現(xiàn)對向來車。尤其是在晚上的彎道上，這一點尤其重要。車燈的照射高度還會受到車身高度傳感器，左右車燈的照射范圍還會受到對向來車的影響。這些信號都來自車身上的傳感器，這些傳感器分屬于不同的系統(tǒng)，但是當燈光需要它們的信息去判斷車身狀態(tài)時，車載電網(wǎng)控制單元就會從總線上調(diào)取這些信息，提供給控制單元分析，然后控制車燈?？照{(diào)控制，在擁有CAN總線的車輛上，空調(diào)多選擇了自動空調(diào)，更加智能，更加舒適和人性化。自動空調(diào)的智能化可不是依靠本身來實現(xiàn)的，同樣它需要各個控制單元的輔助，有些為它提供判斷信號，有些直接給它提供信號供它使用，例如一輛車行駛中打開了自動空調(diào)，這時空調(diào)控制單元會先判斷當前行駛狀態(tài)和周圍的環(huán)境，行駛狀態(tài)包括水溫、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、電子扇檔位和車輛負荷等等，這些信號都是需要發(fā)動機控制單元提供共享信號的，接著就會判斷環(huán)境溫度，室內(nèi)溫度，進而決定制冷還是加熱，如果選擇了分區(qū)控制，會檢測不同區(qū)域的溫度，然后控制空氣翻板，使得溫度達到駕駛員所調(diào)節(jié)的溫度。冷凝器表面溫度信號、制冷劑壓力信號控制壓縮機的制冷速度，必要時切斷壓縮機。防盜控制。隨著電子越來越集成化，芯片工業(yè)科技的進步，使得車輛的防盜功能不斷的變得更加難以非法破解，即使打開車門也無法啟動車輛，電影中的搭接線頭啟動車輛變得越來越不可能。最早的防盜是簡單的鑰匙鎖，只使用機械結(jié)構(gòu)防盜，顯然相當不可靠，只要打開車門就可以開走車輛。后來也加入了一些東西，但是相比于總線的介入，他們的防盜級別還是不夠的。擁有總線的車輛上，當駕駛員拔下鑰匙，車輛發(fā)動機熄火，駕駛員下車后遙控鎖車，鑰匙發(fā)出的信號傳遞到防盜系統(tǒng)控制單元，控制單元接到信號，判斷是本車密鑰，然后判斷車輛狀態(tài)，比如檔位、車門未關等等，符合閉鎖條件則激發(fā)閉鎖器閉鎖，必要時會同時閉合車窗天窗，閉鎖結(jié)束后，防盜系統(tǒng)會將防盜信息傳遞到網(wǎng)關，由網(wǎng)關放到總線上，發(fā)動機控制單元接到信號后，會檢驗信息，符合內(nèi)部存儲信息，就會進入休眠，并把自己的狀態(tài)通過網(wǎng)關發(fā)送給防盜系統(tǒng)。如果此時有人強行破開車門，防盜器會激活，通過聲音和燈光提示駕駛?cè)撕椭車娜俗⒁?。就算小偷很專業(yè)的找到了15、30端供電線，成功的完成了通電，儀表激活，此時由于沒有鑰匙，方向盤處于鎖死狀態(tài)，即使未上鎖，起動機也運轉(zhuǎn)，發(fā)動機也不會啟動，因為發(fā)動機控制單元沒有接到來自防盜的解鎖信息，自身處于休眠狀態(tài)，不對外發(fā)送工作信號，沒有噴油信號，車輛無法完成噴油點火，啟動的基本條件沒有，車輛就不會啟動。能偷走車輛的恐怕就只有裝車運走了，當然能這樣大搖大擺的偷車的恐怕就不是我們能阻擋的了。還有很多運用總線工作的，比如儀表顯示、影音系統(tǒng)、氣囊控制、車身穩(wěn)定系統(tǒng)等等。這些系統(tǒng)的工作通過總線來獲取自己所需要的資訊，同時必要時也會通過總線間接的控制特定部件工作，來達成自己所需要的控制目的。一般這些功能的執(zhí)行不會干預車輛的正常駕駛，他們都是為了更好的輔助駕駛員完成駕駛操作。使得駕駛更加輕松。2.3CAN總線的主要故障形式及解決方案目前，CAN總線信息傳輸系統(tǒng)在各車型上應用越來越多，CAN總線的應用使得車輛控制技術更加先進，但同時也使得汽車故障分析診斷更加復雜，故障原因更加不易確定。CAN總線使得各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、信息實現(xiàn)了實時的交換、傳遞和共享，某項故障原因不但影響某一電控系統(tǒng)，同時使相關電控系統(tǒng)也因此受到影響。從故障診斷角度看，如果查詢電控系統(tǒng)故障信息，本來在單一系統(tǒng)的故障信息，由于CAN總線的存在，故障信息將會傳遞、作用在多個電控系統(tǒng)中，從而引發(fā)更多故障，導致故障實際原因和故障現(xiàn)象的交叉、混合，由故障現(xiàn)象和故障信息很難立即將故障原因判斷出來。對于CAN總線系統(tǒng)故障診斷，一個普遍的問題是：如何在眾多的故障現(xiàn)象和眾多的故障信息中將真正的故障原因盡快找出來，診斷出具體故障部件。這是維修過程中一個非常棘手的問題。同時找出CAN總線系統(tǒng)故障診斷的規(guī)律，是維修人員繼續(xù)探索的課題。CAN總線系統(tǒng)的故障原因類型，大致如下：CAN總線系統(tǒng)信息傳輸?shù)墓?jié)點即電控單元本身故障。CAN總線系統(tǒng)相關控制單元的電源系統(tǒng)引起的故障。CAN總線系統(tǒng)各個信息傳輸?shù)逆溌饭收稀AN總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在相關控制單元里會存儲故障碼，但是與一般的電控系統(tǒng)故障碼相比，CAN總線的故障信息十分概括，例如電控系統(tǒng)故障會具體到某個電器，甚至具體到特定的負載的故障狀態(tài)，CAN總線故障一般只會顯示某某總線故障。為判斷提供方向，但依然有很多的工作要做。對于大眾車載網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)的故障分析，可以總結(jié)出該系統(tǒng)一般診斷步驟為：1，了解該車型的車載網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸特點，包括傳輸介質(zhì)，子網(wǎng)種類及網(wǎng)絡傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式等。2，網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)墓δ埽缬袩o喚醒功能和睡眠功能等。3，檢查汽車電源系統(tǒng)是否存在故障，如交流發(fā)電機的輸出波形是否正常，不正常的波形會干擾信號等。4，檢查車載網(wǎng)絡傳輸?shù)逆溌肥欠翊嬖诠收?，采用替換法或跨線法進行檢測。5,如節(jié)點故障，則替換法進行檢測。檢測車輛CAN總線時，要先排除總線以外的故障，例如負載損毀等，總線可以采用數(shù)字式萬用表進行電壓信號測試，判斷總線信號傳輸是否存在故障，使用電阻檔測量高線和低線之間的電阻，正常情況下有一個規(guī)定的阻值，不會直接導通，然后測量高線、低線分別與搭鐵或正極之間的導通性，正常不導通。案例1,高爾夫動力CAN高線線對地短路在成車輛故障故障現(xiàn)象：首先儀表中的方向盤燈與側(cè)滑燈報警，車輛行駛中有時出現(xiàn)加速無力，之后所有儀表燈全亮，車輛熄火。診斷過程：使用VAS6150檢測全車電控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)動力CAN上的控制單元上都有故障存儲，如圖：然后又逐個檢查各個控制單元內(nèi)的故障內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)所有的控制單元內(nèi)的故障碼都是關于數(shù)據(jù)總線損壞或信息丟失以及動力CAN上的控制單元無通訊的故障。判斷極有可能為網(wǎng)關出現(xiàn)故障，于是檢查網(wǎng)關的供電與搭鐵，均未發(fā)現(xiàn)異常，拆下網(wǎng)關的插頭，仔細檢查，未發(fā)現(xiàn)插頭有松動現(xiàn)象，為了確保網(wǎng)關的供電無松動現(xiàn)象或搭鐵不虛接，于是又處理了J533的各個保險絲及搭鐵線，然后又將一新的網(wǎng)關安到此車上。清除故障碼，并試車，故障重現(xiàn)。由經(jīng)驗判斷，車輛無法起動，排除網(wǎng)關的可能，并且儀表所有報警燈亮起，故障一定是由于動力CAN短路造成的。于是重新確定維修方向，因為動力CAN如果短路，不是在控制單元內(nèi)部就是在線束上，首先查看所有控制單元內(nèi)的故障發(fā)生時間，如果哪個控制單元的故障出現(xiàn)最早，那么有可能就是這個控制單元或者控制單元的線束發(fā)生故障，查詢故障后發(fā)現(xiàn)，動力轉(zhuǎn)向控制單元無通訊是最先出現(xiàn)的故障，并且此故障為靜態(tài)，為了確認是否為動力轉(zhuǎn)向控制單元故障，清除所有故障碼之后，首先，用工具輕輕敲擊轉(zhuǎn)向機，發(fā)現(xiàn)診斷儀顯示部分控制單元由正常狀態(tài)會變成故障狀態(tài)或無法達到狀態(tài)。并且診斷儀屏幕閃爍，進一步檢查轉(zhuǎn)向機的線束，未發(fā)現(xiàn)任何有干涉或磨損的跡象，清除故障，將左前大燈后的T6插頭斷開，再次敲擊轉(zhuǎn)向機，現(xiàn)象同樣出現(xiàn)，證明故障并非是由于轉(zhuǎn)向機控制單元引起的。判斷故障應該存在于其它動力CAN上的控制單元或其線路1.于是將機艙內(nèi)的發(fā)動機、變速箱，ABS控制單元一個一個單獨斷開，故障依舊。2.拆掉電瓶、空濾殼體及流水槽，仔細檢查未發(fā)現(xiàn)線束有磨損現(xiàn)象可以排除（發(fā)動機、變速箱、轉(zhuǎn)向），仔細檢查ABS控制單元周圍的線束也未發(fā)現(xiàn)異常，3.當考慮到敲擊轉(zhuǎn)向機會故障重現(xiàn)，是否敲擊其它位置也會重現(xiàn)呢，坐在車內(nèi)輕輕敲擊中央通道、表臺及門襯板，發(fā)現(xiàn)控制單元的狀態(tài)同樣可以變成故障狀態(tài)，因為機艙內(nèi)的控制單元及線束基本上已經(jīng)排除，室內(nèi)的控制單元只有儀表，網(wǎng)關，氣囊及其線束，以及部分ABS控制單元的線束，4.先后拆下儀表和氣囊，故障依舊，這證明與先前考慮的故障出現(xiàn)的時間無關5.此時只剩下線束了，根據(jù)CC車的維修經(jīng)驗（有的線束在中央通道處磨損），拆下中央通道，仔細檢查此處的線束，沒有破損，拆下左前駕駛員處擋板，檢查儀表至網(wǎng)關及至左前機艙的線束，最后發(fā)現(xiàn)，表臺橫梁處（剎車踏板上方）的線束被磨破。由于動力CAN的CAN-H對負極短路，造成車輛行駛中熄火，并且儀表盤中所有的警報燈全部亮起，并且無法起動。用專用膠布纏好磨破的線束并重新固定，故障不在出現(xiàn)。2,速騰空調(diào)時有時無故障現(xiàn)象：空調(diào)不制冷，空調(diào)面板和風機時有時無。診斷過程：使用6150檢測故障碼，09508與HVAC控制單元失去通訊間歇式，01336組合舒適系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線無信號/通信，刷新6150，舒適CAN總線網(wǎng)絡上的模塊顯示有時無法達到。根據(jù)6150檢測到的故障碼及現(xiàn)象初步診斷舒適CAN總線故障，使用VAS5051B測量舒適CAN總線波形，發(fā)現(xiàn)CAN高,CAN低波形異常，查閱維修手冊及培訓資料發(fā)現(xiàn)舒適中線上有15個控制單元，選擇排除法斷開法查看問題出