3.2-汽车 CAN 总线系统原理与检修

3.分布式控制系统故障诊断与修复3.2汽车CAN总线系统原理与检修任务引入

一辆2023款智己LS7电动SUV，在使用中仪表偶发提示“前向防碰撞辅助功能暂不可用”，同时前照灯工作模式会在“自动”与“近光灯”档位之间来回切换。故障码显示车身CAN总线上的多个控制模块失去通信。请依据必要信息分析故障原因，诊断故障部位。知识目录1CAN总线概述2CAN总线的功能部件3CAN总线的通信原理4CAN总线的数据传输过程5CAN总线实例及检测方法6CAN总线故障检修实例CAN总线概述1

CAN总线全称为控制器局域网（ControllerAreaNetwork，CAN），是一种面向现场控制的串行通信网络，它是一种多主节点、基于差分信号传输的异步串行通信总线。1.CAN总线的特点及优势特点及优势一、CAN总线概述多主节点通信，无中心控制1高可靠性3数据传输速率灵活，适配不同应用场景5实时性强，响应速度快2布线简单，成本低廉4支持远程数据请求，功能扩展便捷62.CAN总线信息交换一、CAN总线概述CAN总线传递的每个信息都是通过连续的二进制编码（一系列0和1）来表示的，其中包含着要传递的物理量，二进制数据流也称为比特流。3位二进制表示的左前车窗开关状态二进制编码信息内容001手动升窗010手动降窗000停止100一键升窗110一键降窗二进制数据流3.CAN数据总线上的信号电压和逻辑状态一、CAN总线概述高速CAN数据总线的逻辑状态与信号电压电位逻辑状态UCAN-H/VUCAN-L/V差分电压Udiff/V显性03.5V1.5V2V隐性12.5V2.5V0V高速CAN总线信号电压波形和逻辑电平3.CAN数据总线上的信号电压和逻辑状态一、CAN总线概述低速CAN数据总线的逻辑状态与信号电压电位逻辑状态UCAN-H/VUCAN-L/V差分电压Udiff/V显性04V（＞3.6V）1V（＜1.4V）3V隐性10V（＜1.4V）5V（＞3.6V）－5V低速CAN总线信号电压在显性状态时，Can-L线电压降至1.4V在隐形状态时，Can-H线电压约为0V，Can-L线电压约为5V在显性状态时，Can-H线电压约为3.6V4.CAN总线上的信息格式一、CAN总线概述帧的种类及用途帧帧用途数据帧用于发送单元向接收单元传送数据的帧遥控帧用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧错误帧用于当检测出错误时向其他单元通知错误的帧过载帧用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧帧间隔用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开的帧4.CAN总线上的信息格式一、CAN总线概述CAN总线的数据帧格式显性（0）

Dominant（D）隐性（1）Recessive（R）显性（0）或隐形（1）bitbitbitbitCAN总线的功能部件2二、CAN总线的功能部件接收传感器信号，处理后驱动执行元件，并按需通过CAN总线转发传感器信息。实现CAN总线协议的物理层和数据链路层功能，完成数据帧的封装与解析、总线仲裁与优先级处理、错误检测与处理。实现TTL电平和CAN总线差分电平的转换，内置过电流保护、过电压保护和静电放电（ESD）保护电路。CAN节点间数据传输的“物理通道”，主流传输介质为双绞线，部分特殊场景也会用到同轴电缆或光纤。用于消除总线传输过程中的信号反射与叠加，吸收信号传输到总线终端的电磁能量，避免信号被干扰引起ECU解码错误。二、CAN总线的功能部件CAN网络构架示意图带有CAN收发功能的控制单元内部结构1.控制单元二、CAN总线的功能部件2.CAN控制器NXP

SJA1000需与微处理器配合使用独立式CAN控制器集成式CAN控制器STM32F103系列Infineon

TC275二、CAN总线的功能部件3.CAN收发器高速CAN收发器TJA1050电路示意图二、CAN总线的功能部件3.CAN收发器高速CAN数据总线的差动信号放大器高速CAN差动信号放大器内的信号处理二、CAN总线的功能部件4.总线传输介质2001年款奥迪A4驱动CAN总线中心铰接点二、CAN总线的功能部件4.总线传输介质AudiA82003年款CAN总线连接插座a）CAN网络连接插座功能电路b）CAN网络连接插座(仪表板总成左右两侧盖板下)二、CAN总线的功能部件5.终端电阻高速CAN收发器TJA1050电路示意图数据传输线终端电阻终端电阻控制单元2控制单元1CAN总线的通信原理3三、CAN总线的通信原理1.总线上的线与机制线与机制：指在CAN总线上，显性位能够覆盖隐性位。与TX线耦合的收发器总线状态的开关示意图TX状态晶体管状态有无电源电阻状态总线电平1截止（开关断开）无源高阻抗10导通（开关闭合）有源低阻抗0收发器内晶体管的状态与总线电平之间的对应关系三、CAN总线的通信原理1.总线上的线与机制+5V总线导线（0V）+5V+5V收发器B收发器A收发器C三个收发器和总线状态对应关系表三个收发器耦合在一根总线导线上收发器A收发器B收发器C总线状态（电压）1111（5V）1100（0V）1010（0V）1000（0V）0110（0V）0100（0V）0010（0V）0000（0V）三、CAN总线的通信原理2.总线上的回读机制回读机制指的是节点在向总线上发送报文的过程中，同时也对总线上的二进制位进行“回读”。通过这种机制，每个节点就可以判断出本节点发出的二进制位与总线上当前的二进制位是否一致，若不一致，说明总线上有优先级更高的信息在发送，本节点将退出发送状态转为接收。三、CAN总线的通信原理3.非破坏性逐位仲裁机制避免数据冲突的仲裁过程（1）控制单元发送信息时通过发送标识符ID来识别。（2）控制单元通过RX线获知总线的状态。（3）每个收发器将TX线和RX线状态一位一位进行比较。（4）数据传输总线的调整规则：用标识符中位于前部的“0”的个数代表信息的重要程度，从而保证按重要程度的顺序来发送信息。越早出现“1”的控制单元越早退出发送状态，转至接收状态。这种方法称为仲裁。仲裁规则是：标识符中的号码越小，该信息越重要。三、CAN总线的通信原理4.报文过滤机制在CAN总线中没有地址的概念，CAN总线是通过报文ID来实现收发数据的。CAN节点上都会有一个验收滤波ID表，其位于CAN节点的验收滤波器中，如果总线上的报文的ID号在某个节点的验收滤波ID表中，那么这一帧报文就能通过该节点验收滤波器的验收，该节点就会接收这一帧报文。三、CAN总线的通信原理5.CAN总线的电磁兼容抗干扰双绞线保证外界干扰对CAN总线的两根数据线的干扰影响基本相同差动运算能够使得外界对CAN总线的两根数据线的干扰影响自行运算抵消外界的干扰同时作用于两根导线三、CAN总线的通信原理5.CAN总线的电磁兼容不干扰外界双绞线保证CAN总线的两根数据线与外界任意一点的距离基本相同，CAN-H线和CAN-L线上的镜像信号对外辐具有射幅值相同、方向相反的特点，因此使得CAN总线的两根数据线对外界任意一点的干扰影响互相抵消产生的电磁波辐射相互抵消+1V-1V0VCAN总线的数据传输过程4四、CAN总线的数据传输过程1.发送过程发送过程四、CAN总线的数据传输过程2.接收过程接收过程CAN总线实例及检测方法5五、CAN总线实例及检测方法1.迈腾B8L车载网络拓扑图网关:J533网速500kbit/s：驱动CAN、底盘CAN舒适CAN、信息乐CAN诊断CAN、扩展CAN网速19.2kbit/s：LIN网速150Mbit/s：MOST五、CAN总线实例及检测方法1.迈腾B8L车载网络拓扑图迈腾B8L驱动CAN网络MagotanB8L驱动CAN网络（及其LIN网络）联网单元代码名称代码名称J743双离合器变速箱机电装置J533数据总线诊断接口J234安全气囊控制单元E313选档杆J854左前安全带拉紧器控制单元J623发动机控制单元J855右前安全带拉紧器控制单元

一一五、CAN总线实例及检测方法1.迈腾B8L车载网络拓扑图MagotanB8L底盘CAN网络MagotanB8L底盘CAN网络联网单元代码名称代码名称J104ABS控制单元J533数据总线诊断接口J446自动泊车辅助系统控制单元J250减震电子调节控制单元J500助力转向控制单元J492四轮驱动控制单元J928周围环境摄像机控制单元J791驻车辅助系统控制单元五、CAN总线实例及检测方法1.迈腾B8L车载网络拓扑图MagotanB8L信息娱乐CAN网络和舒适CAN网络五、CAN总线实例及检测方法1.迈腾B8L车载网络拓扑图代码名称代码名称J533数据总线诊断接口R189倒车摄像头R收音机J794(J412)电子通讯信息设备1控制单元J364导航系统控制单元J685前部信息显示操作单元控制单元的显示单元R64辅助加热器无线接收器

MagotanB8L信息娱乐CAN网络联网单元代码名称代码名称J533数据总线诊断接口J345挂车识别控制单元J527转向柱电子装置控制单元J965进入及启动系统接口J501驾驶员辅助系统控制单元（部分配置）/座椅记忆控制单元（部分版本）J387副驾驶员侧车门控制单元J285组合仪表中的控制单元J519车载电网控制单元J386驾驶员侧车门控制单元J605行李厢盖控制单元J255全自动空调控制单元J810驾驶员座椅调节控制单元J245滑动天窗控制单元J764电子转向柱锁止装置控制单元MagotanB8L舒适CAN网络联网单元五、CAN总线实例及检测方法2.CAN网络故障类型CAN总线网络（物理层）常见故障分类五、CAN总线实例及检测方法3.CAN网络终端电阻检测电阻值测试连接示意图测试方法：高速CAN总线不工作、系统断电的情况下，采用数字万用表测量CAN-High与CAN-Low线之间的电阻值五、CAN总线实例及检测方法3.CAN网络终端电阻检测测试结果：1）若测试结果在55~65Ω之间，则说明高速CAN总线物理导线连接正常。2）若测试结果大于70Ω小于120Ω，则说明高速CAN总线物理导线存在断路。3）若测试结果小于55Ω，则说明数据导线之间存在短路。4）若CAN-High（CAN-Low）物理导线与负极之间的电阻值小于5Ω，则说明CAN-High（CAN-Low）物理导线对负极短路。五、CAN总线实例及检测方法4.高速CAN网络波形测试双通道模式检测电路连接高速CAN正常信号波形五、CAN总线实例及检测方法4.高速CAN网络波形测试CAN-H与CAN-L短路故障的波形故障波形1：CAN-H与CAN-L短路故障：电压电位置于隐性电压值（大约2.5V）。通过插拔动力CAN总线上的控制单元可以判断，是由于控制单元引起的短路还是由于CAN-H和CAN-L线路连接引起的短路。五、CAN总线实例及检测方法4.高速CAN网络波形测试CAN-H对正极短路故障的波形故障波形2：CAN-H对正极短路CAN-H线的电压电位被置于12V，CAN-L线的隐性电压电位也被置于大约12V。五、CAN总线实例及检测方法4.高速CAN网络波形测试CAN-H对地短路故障的波形故障波形3：CAN-H对地短路CAN-H线的电压位于0V，CAN-L线的电压也位于0V。可是在CAN-L线上还能看到一小部分的电压变化。五、CAN总线实例及检测方法4.高速CAN网络波形测试CAN-L对地短路故障的波形故障波形4：CAN-L对地短路CAN-L线的电压大约为0V，CAN-H线的隐性电压也被降至0V。五、CAN总线实例及检测方法4.高速CAN网络波形测试CAN-L对正极短路故障的波形故障波形5：CAN-L对正极短路两条总线电压都约为12V。五、CAN总线实例及检测方法4.高速CAN网络波形测试CAN-H断路故障的波形故障波形6：CAN-H断路故障波形7：CAN-L断路CAN-L断路故障的波形CAN总线故障检修实例6六、CAN总线故障检修实例1.故障现象一辆2023款智己LS7电动SUV，搭载后轮驱动电机，动力电池存储能量为90kW·h。该车仪表偶尔提示“前向防碰撞辅助功能暂不可用”，且前照灯模式偶尔在“自动”与“近光灯”间来回切换。六、CAN总线故障检修实例故障出现时车身CAN总线上的信号波形（截屏）2.故障诊断步骤1）用故障诊断仪读取故障码，发现车身CAN总线上的多个控制模块失去通信。2）用示波器测量车身CAN总线上的信号波形，发现CAN-L信号偶尔上翻且基本与CAN-H信号一致，由此推断车身CAN-L线偶尔发生断路。六、CAN总线故障检修实例ICC中存储的故障码（截屏）2.故障诊断步骤3）再次读取智算域控制器网关（ICC）的故障码，存在多个偶发通信类故障码车身CAN总线电路示意4）查看车身CAN总线电路，发现偶发与ICC失去通信的控制模块主要集中在车身CAN总线的一侧，即导线连接器HG006和BY815右侧。车身控制模块智算域控制器网关左前车门控制模块左后车门控制模块左前座椅控制模块电动尾门控制模块六、CAN总线故障检修实例2.故障诊断步骤5）晃动导线连接器BY815，同时测得车身CAN总线的终端电阻会从59Ω左右跳变为119Ω。结合故障时的波形车身CAN-L线（对应连接器BY815端子2）偶尔发生断路，飞线短接导线连接器BY815端子2，故障排除。飞线短接导线连接器BY