新能源汽车电气系统构造与检修 课件 工作任务2.2 CAN总线系统的测试

工作任务2.2CAN总线系统的测试

新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域教学目标1.能准确述说CAN总线系统的工作原理及特点。2.能选用合适的工具对CAN总线系统进行性能测试。3.能学会勤于思考、不畏困难、善于接受新事物的思想品格。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域复习旧知一、什么是数据传输总线？

二、车载网络系统的功能有哪些？新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域导入新课总线数据传输有什么优点？采用总线数据传输(多路传输)的优点主要表现在以下几个方面：1.简化线束。减少重量，减少成本，减小尺寸，减少连接器的数量，同一款车同等配置下，采用车载网络可以大大简化汽车线束。2.可以进行设备之间的通信，丰富了功能。3.通过信息共享减少传感器信号的重复数量。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域一、CAN总线简介

CAN是ControllerAreaNetwork(控制器局域网)的缩写，是国际标准化的串行通信协议。目前，CAN总线是汽车网络系统中应用最多，也最为普遍的一种总线技术。（一）CAN总线的优点1.控制单元间的数据交换都在同一平台上进行。这个平台称为协议，CAN总线起到数据交换“高速公路”的作用。2.可以很方便地实现用控制单元来对系统进行控制，如发动机控制、变速器控制ESP控制等。3.可以很方便地加装选装装置，为技术进步创造了条件，为新装备的使用埋下了伏笔。4.CAN总线是一个开放系统，可以与各种传输介质进行适配，如铜线和光导纤维(光纤)。5.对控制单元的诊断可通过K线来进行，车内的诊断有时通过CAN总线来完成(如安全气囊和车门控制单元)，称为“虚拟K线”。随着技术的进步，今后有逐步取消K线的趋势。6.可同时通过多个控制单元进行系统诊断。传授新知新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域（二）CAN总线的结构特点CAN总线上并联有多个控制单元，其特点见表2.2.1。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域（三）

CAN总线的传输速率

目前，CAN总线系统中的信号是采用数字方式经铜导线传输的，其最大稳定传输速率可达1000kbit/s(1Mbit/s)。大众和奥迪公司将最大标准传输速率规定为500kbit/s。考虑到信号的重复率及产生出的数据量，CAN总线系统分为3个专门的系统，见表2.2.2。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域（四）

CAN总线的自诊断功能CAN总线是车内电子装置中的一个独立系统，从本质上讲，CAN总线就是数据传输线路，用于在控制单元之间进行信息交换。由于自身的布置和结构特点，CAN总线工作时的可靠性很高。如果CAN总线系统出现故障，故障就会存入相应的控制单元故障存储器内可以用诊断仪读出这些故障。1.控制单元具有自诊断功能，通过自诊断功能还可识别出与CAN总线相关的故障。2.用诊断仪读出CAN总线故障记录之后，即可按这些提示信息按图索骥、顺藤摸瓜，快速、准确地查寻并排除故障。3.控制单元内的故障记录用于初步确定故障，还可用于读出排除故障后的无故障说明，即确认故障已经被排除。如果想要更新故障显示内容，必须重新起动发动机。4.CAN总线正常工作的前提条件是车辆在任何工况均不应有CAN总线故障记录。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域二、CAN总线系统的组成CAN数据总线系统由电控单元（ECU）、传输介质双绞线和终端电阻组成。（一）电控单元(ECU)线CAN总线连接的电控单元（ECU）又称CAN总线上的节点。理论上CAN总线可以连接无穷多个节点，实际上受线路越长、传输速率越低的限制，车载CAN总线的节点数可达上百个，CAN总线上的每个电控单元独立完成网络数据交换和测控任务，如发动机电控单元、自动变速器电控单元、ABS电控单元等CAN总线上的电控单元与非网络电控单元不同，非网络电控单元不需要对外进行数据交换；而网络上的电控单元之间需要数据交换例如发动机电控单元中的发动机转速数据除了控制发动机的工况需要外还需要经CAN总线传输给自动变速器电控单元，供自动变速器自动换挡控制使用；反过来，自动变速器的换挡信号也要经CAN总线传输给电控单元，使发动机的工况适合自动变速器的换挡要求。CAN总线电控单元由输入电路、输出电路、单片机、CAN控制器、光电隔离电路、CAN收发器组成，分述如下：新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域1.输入电路输入电路用来接收来自传感器和控制开关的输人信号，并将输入信号转换为单片机可接收的数字信号。如果输人信号是模拟信号，那么输入电路里还含有模/数转换电路(A/D转换)，将模拟信号转为数字信号。如冷却液温度传感器的信号是模拟信号，需经A/D转换电路转换为数字信号2.输出电路输出电路将单片机输出的控制信号转换成能驱动执行器的功率信号，因此输出电路包括放大驱动电路。因为大部分执行器是模拟执行器，所以首先要将单片机输出的数字信号经数/模转换电路(D/A转换)转换为模拟信号。3.单片机单片机在工业控制技术中也常称为微控制器。目前，汽车电控单元使用的单片机是汽车专用增强型单片机，是针对汽车较为复杂的振动、高温、低温和恶劣的电磁环境而设计的。有的汽车单片机芯片内已包含A/D转换、D/A转换和其他专用电路，有的甚至将CAN控制器也合成在一起。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域4.CAN控制器独立的CAN控制器是基于单片机控制专用于执行CAN总线通信协议的独立数字集成电路芯片。也有将单片机与CAN控制器合成的芯片，也称为CAN控制器。CAN控制器的各部分组成及功能见表2.2.3所示。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域5.光电隔离电路

以光为媒介传送信号，对输入和输出电路进行电气隔离，因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小、耐冲击等优点。6.CAN收发器

由CAN接收器、CAN发送器和差分转换处理电路组成。单片机的数据信号为正逻辑信号，经CAN发送器中的差分放大器转换为双向的差分信号传送到总线上，差分信号以负逻辑信号形式表示数据。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域（二）

CAN数据传输线汽车上CAN数据传输线大都是双绞线，分为CAN高电平数据线和低电平数据线，即CAN-High线和CAN-Low线。这种结构使系统能够同时读写总线。数据使用差分电压传送，差分的电压使CAN数据总线系统即使在一条数据线断开或者在噪声极大的环境中也能够工作。车辆在使用过程中，电火花、电磁线圈开关、移动电话和发送站等发出的电磁波都会影响或破坏CAN的数据传送。为了防止数据在传送时受到干扰，两条数据传输线缠绕在一起如图2.2.1所示。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域（三）CAN终端电阻CAN两端都接一个120Ω的电阻器，即连接在双绞线的两端，终端电阻可防止信号在传输线终端被反射并以回波的形式返回，影响数据的正确传送。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域三、CAN总线的数据传输（一）

CAN总线的广播式传输CAN数据总线在发送信息时，每个控制单元均可接收其他控制单元发送出的信息。在通信技术领域，也把该原理称为广播，就像一个广播电台发送广播节目一样，每个广播网范围内的用户(收音机)均可接收。这种广播方式可以使得连接的所有控制单元总是处于相同的信息状态。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域（二）CAN总线系统防干扰措施及原理汽车在使用过程中，电火花、电磁开关、移动电话和发送站、电焊机等电磁设备发出的电磁波都会影响或破坏CAN的数据传送。为了防止数据在传送时受到千扰，CAN总线采用较多的防干扰措施。1.双绞线的抗外电磁干扰作用双绞线与两端的通信设备虽然构成一个大的导线闭合回路，但由于双绞线是双线扭绞

而成，在空间上构成一个一个的小闭合回路，穿过双绞线的磁感应线在相邻的两个“绞孔”的空间上虽然感应电动势方向相同，但在同一根导线上的感应电动势方向方却是相反的，因此，起着抵消的作用。抗干扰原理如图2.2.2所示。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域2.差分信号和差分式接收器的抗干扰作用CAN发送器发送的数据信号是差分信号，CAN接收器是差分式接收器(差分又称差动)，它们的结合起着很好的抗干扰作用，抗干扰原理如图2.2.3所示。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域四、CAN总线的应用（一）驱动CAN总线1.CAN导线上的电压CAN导线

上的电压如下图2.2.4所示。驱动CAN总线处于静止状态(即没有数据传输)时，CAN-High导线和CAN-Low导线两条导线上作用有预先设定的电压，其电压值约为2.5V。CAN总线的静止状态亦称隐性状态，静止状态下CAN-High导线和CAN-Low导线的对地电压称为静止电平(亦称隐性电平)，简称静电平。当有数据传输时，驱动CAN总线处于显性状态。此时，CAN-High导线上的电压值会升高一个预定值(至少为1V)，而CAN-Low导线上的电压值会降低一个同样值(至少为1V)。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域2.CAN收发器控制单元是通过收发器连接到驱动CAN总线上的。在收发器内部的接收器一侧设有差动信号放大器。差动信号放大器用于处理来自CAN-High导线和CAN-Low导线的信号，除此以外，还负责将转换后的信号传至控制单元的CAN接收区。这个转换后的信号称为差动信号放大器的输出电压。如下图2.2.5所示，差动信号放大器用CAN-High导线上的电压减去CAN-Low导线上的电压，就得出了输出电压，用这种方法可以消除静电平或其他任何重叠的电压(如外来的电磁干扰)。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域2.驱动CAN总线上的信号变化图2.2.6所示为一个真实的驱动CAN总线的实测电压波形。该总线信号由一个收发器产生并发送到CAN总线上，由图可见，CAN-High导线的电压和CAN-Low导线的电压是对称变化的，且变化方向相反。CAN-High导线上的显性电压约为3.5V，CAN-Low导线的显性电压约为1.5V。两个电平之间的叠加信号变化表示2.5V的隐性电平。新能源汽车电气系统构造与检修课程

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新能源汽车车载网络系统检修新能源汽车电气系统维修领域（二）舒适/信息CAN总线1.舒适/信息CAN导线上的电压为了使低速CAN总线抗干扰性强且电流消耗低，与动力CAN数据总线相比做了一些改动。首先，由于使用了单独的驱动器(功率放大器)，这两个CAN信号就不再有彼此依赖的关系了。与动力CAN数据总线不同，舒适/信息CAN总线的CAN-High线和CAN-Low线不是通过电阻相连的，也就是说，CAN-High线和CAN-Low线不再彼此相互影响，而是彼此独立作为电