大众车系CAN数据传输系统原理应用和故障诊断(修改)

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1、大众车系CANBUS的原理与检修窦在学（初审修改稿，编号：.2005-68 ）摘要：简要阐述了大众车系CAN数据总线系统的原理、组成，结合实例分析了 CAN数据总线系统的 故障原因与检修方法。关键词： CAN 数据总线故障分析 故障检修前言：目前，汽车电子技术已发展到控制系统综合化、信息共享化、机能智能化的新阶段，随着汽车 电子设备的不断增加，势必会引起导线数量的不断增多，元器件、导线布置困难，故障率增加等诸多问题。 在汽车各电控单元之间采用类似于计算机内部总线的方式进行数据传递，可以达到信息共享，减少布线， 降低成本以及提高整体可靠性的目的。大众车系的奥迪A6、宝来、帕萨特B5、POLO轿车

2、都不同程度地 引入了 CAN数据总线系统，也称为CAN-BUS。因此，了解其原理、组成、使用与检修是汽车维修 业面临的新课题。1车载控制器局域网的分类 为了解决汽车各电控单元之间的信息交换与共享，世界各主要车系均不同程度地引入了车载控制器局 域网， CAN 数据总线系统就是其中之一。其分类主要以其适用的网络协议即标准划分的。目前存在多种汽 车控制器局域网网络标准，为方便研究和设计应用，SAE车辆网络委员会将汽车控制器局域网划分为A、B、 C 三类。1. 1. A类：面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有l-10kbit /s。主要应用于电 动门窗、中控锁、座椅调节、灯光照明等

3、控制。1. 2. B类：面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为1O-1OOkbit/s。主要应用于电子车辆 信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其它电子部件。1. 3. C类：面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbit/s，主要用于发动机和自 动变速的动力控制、防滑控制、悬架控制等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。到目前为止， 满足C类网要求的汽车控制器局域网只有CAN协议。三类网络均向上涵盖，即C类网能同时实现B类和A类网功能，B类支持C类网的功能，但是不同 位速率或不同协议的网联网则必须设置网间网关。2. CAN数据总线系统

4、概述2.1 .为什么要采用数据总线？我们知道，汽车两个电控单元之间的信息传递，有N个信号就至少要有N+1条信号传输线（信号传输 线的接地端可以采用公共回路），这样会导致电控单元针脚数增加、线路复杂、故障率增多及维修困难。2.2.什么是数据总线？一辆汽车不管有多少个电控单元，不管信息容量有多大，每个电控单元都只需引出一条或两条线共同 接在两个节点上，这两条导线就称为数据总线。以前各电控单元之间好比有许多人骑着自行车来来往往， 现在是这些人乘坐公共汽车，公共汽车可以运输大量乘客，故数据总线亦称BUS （如图1所示）。可以看 出 CAN 数据总线系统其网络的拓扑结构属于总线型，网上各电控单元也称为节

5、点。2.3 .什么是CAN协议？正如公路运输需要交通规则来维持正常的运作一样，数据总线也需要信号传递规范。或者说计算机网 络用电子语言来说话，各电控单元必须使用和解读相同的电子语言，这种规范或语言称为“协议”，常见 的车载控制器局域网数据传输协议有数种。大众车系装用博世公司产品，数据总线采用CAN协议，这个协议是由福特、Internet与博世公司共同开发的高速汽车通信协议CAN是（Controller Area Network（控制单元区域网络）的缩写，意思是 控制单元通过网络交换数据，CAN协议已经被ISO颁布为ISO标准, 目前为ISO11898与ISO11519-2。前者是通信速率为12

6、5Kbit/s-lMbit/s 的CAN高速通信标准；后者是通信速率最高可达125Kbit/s的CAN 低速通信标准。CAN作为一种串行多主总线，支持分布式实时控制网 络。其通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。3. CAN数据总线系统的组成及工作原理3. 1. CAN数据总线系统组成CAN总线系统中每个电控单元的内部增加了一个CAN控制器，一个CAN收发器；每个电控单元外部 连接了两条CAN数据总线。在系统中作为终端的两各电控单元，其内部还装有一个数据传递终端:有时数 据传递终端安装在电控单元外部）。3.2.各部件的功能3. 2. 1. CAN控制器作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处

7、理数据并传给CAN收发器。 同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。3. 2. 2. CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并 通过数据总线发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。3. 3. 3.数据传递终端 实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生的反射波而使 数据遭到破坏。得到保护而免受外界电磁场干扰，同时CAN总线向外辐射也保持中性，即无辐射。3.4.数据传递过程例如：发动机电控单元向某电控单元的CAN收发器发送数据，该电控单元的CAN收发器接收到由发动机电控单元传来的数3. 3. 4. C

8、AN数据总线用以传输数据的双向数据线，分为CAN高位（CAN-high）和低位（CANlow） 数据线。数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各控制单元，各控制单元接收后进行计算。为了 防止外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采用两条线缠绕在一起（如图2所示），两条线上的电位是相反 的，如果一条线的电压是5V，另一条线就是0V,两条线的电压和总等于常值。通过这种措施，CAN总线据，转换信号并发给本电控单元的控制器。CAN数据传输系统的其他电控单元收发器均接收到此数据，但 是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。4 大众车系CAN数据总线系统目前，大众车系的奥迪A6、宝来、帕

9、萨特、POLO等都设有用于动力控制系统的高速CAN和用于舒适系统的低速CAN,两网用中央数据控制单元作为网关连接（下面以宝来为例）。4. 1.动力CAN数据总线系统动力CAN数据总线连接3个电控单元,它们是发动机、ABS / EDL及自动变速器电控单元（动力CAN 数据总线实际上还可以连接安全气囊、四轮驱动与组合仪表等电控单元）。总线可以同时传递10 组数据, 发动机电控单元5组、ABS / EDL电控单元3组和自动变速器电控单元2组。数据总线以500kbit/s速率传 递数据，每一数据组传递大约需要0. 25ms，每一电控单元720ms发送一次数据。优先权顺序为ABS / EDL电控单元f发

10、动机电控单元f自动变速器电控单元。在动力传动控制系统中，数据传递应尽可能快速，以便及时利用数据，所以需要一个高性能的发送器， 高速发送器会加快点火系统间的数据传递，这样使接收到的数据立即应用到下一个点火脉冲中去。CAN数 据总线连接点通常置于控制单元外部的线束中，在特殊情况下，连接点也可能设在发动机电控单元内部。4. 2.舒适CAN数据总线系统舒适CAN数据总线连接五个控制单元，包括中央控制单元及四个车门的控制单元。舒适CAN数据总 线系统的数据传递有五个方面的功能：中央门锁、电动窗、照明开关、后视镜加热及自诊断功能。控制单 元的各条传输线以星状形式汇聚一点，这样做的好处是，如果一个控制单元发

11、生故障，其他控制单元仍可 发送各自的数据。该系统使经过车门的导线数量减少，线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路，对正极短路或线 路间短路，CAN系统会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。四个车门控制单元都是由中央控制单 元控制，只需较少的自诊断线。数据总线以62. 5kbit / s速率传递数据，每一组数据传递大约需要1ms,每个电控但原每20m发 送一次数据。优先权顺序为：中央控制单元f驾驶员侧车门控制单元f前排乘客侧车门控制单元f左 后车门控制单元f右后车门控制单元。由于舒适系统中的数据可以用较低的速率传递，所以发送器性能比 动力传动系统发送器的性能低。5. CAN数据总线系统的故

12、障分析装有 CAN 数据总线系统的车辆出现故障，应首先检测总线是否正常。因为如果系统总线有故障，则 整个汽车数据总线系统中的有些信息将无法传输，接收这些信息的电控单元将无法正常工作，从而为故障 诊断带来困难。对于汽车数据总线系统故障的检修，应根据数据总线系统的具体结构和控制回路具体分析。 一般说来，引起汽车数据总线系统故障的原因有三种：一是汽车电源系统引起的故障；二是汽车数据总线 系统的链路故障；三是汽车数据总线系统的节点故障。5.1.汽车电源系统故障引起的总线系统故障汽车数据总线系统的核心部分是含有通信 IC 芯片的电控单元，电控单元的正常工作电压在 10.515.0V 的范围内。如果汽车电

13、源系统提供的工作电压低于该值，就会造成一些对工作电压要求高的电 控单元出现短暂的停止工作，从而使整个汽车数据总线系统出现短暂的无法通信。这种现象就如同用诊断 仪在未起动发动机时就已经设定好要检测的传感器界面，当发动机起动时，往往诊断仪又回到初始界面。52节点故障节点是指汽车数据总线系统中的电控单元，因此节点故障就是数据总线中的电控单元自身有故障。它 包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车数据总线系统通信出现混乱或无法工作， 这种故障一般成批出现，且无法维修。硬件故障一般由于通信芯片或集成电路故障，造成汽车总线系统无 法正常工作。53链路故障当汽车数据总线系统的链路（或通讯线路

14、）出现故障时，如；通讯线路的短路、断路以及线路物理性 质引起的通讯信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作。判断是否为链路故 障时，一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪来观察通信数据信号是否与标准通信数据信号相符。6CAN 数据总线系统的故障检修61一般检修步骤通过对以上三种汽车数据总线系统故障的分析，可以总结出该系统一般检修步骤为：611了解该车型的汽车数据总线系统特点（包括：传输介质、几种子网及汽车数据总线系统的 结构形式等）。612汽车数据总线系统的功能，如：有无唤醒功能和休眠功能等。613检查汽车电源系统是否存在故障，如：交流发电机的输出波形或点火高压电路是否正常（

15、若 不正常将导致信号干扰等故障）等。614检查汽车数据总线系统的链路是否存在故障，采用替换法或采用跨线法进行检测。615如果是节点故障，只能采用节点替换法进行检测。62CAN 数据总线系统的故障自诊断中央数据控制单元（网关）与自诊断K线相连，CAN数据总线与K线可以实现数据交换。利用大众 VAG1551、VAG1552或VAS5051电控单元诊断仪可以读取与CAN数据总线有关的故障码，也可以显示相关数 据流。实施方法与一般电控系统的自诊断相同。6. 2. 1.宝来动力CAN数据总线系统的故障码查询使用VAG1551、VAG1552或VAS5051电控单元诊断仪，分别进入01、02、03地址，对

16、发动机、ABS / EDL和自动变速器电控单元进行自诊断，再进入功能码02查询三块电控单元是否储存CAN数据总线故 障码。举例：宝来1. 8T车AUM发动机控制单元CAN数据传输故障码：6. 2. 1. 1. SAE码P1626、VAG码18034数据总线缺少来自自动变速器控制单元的信息。6. 2. 1. 2. SAE码P1636、VAG码18004数据总线缺少来自安全气囊控制单元的信息。6. 2. 1. 3. SAE码P1648、VAG码18056数据总线损坏。6. 2, 1. 4. SAE码P1649、VAG码18057数据总线缺少来自ABS / EDL控制单元的信息。6. 2. 1. 5

17、. SAE码P1650、VAG码18058数据总线缺少来自组合仪表控制单元的信息。6. 2. 1. 6. SAE码P1682、VAG码18090数据总线中来自ABS / EDL控制单元的信号不可靠。6. 2. 1. 7. SAE码P1683、VAG码18091数据总线中来自安全气囊控制单元的信号不可靠。6. 2. 1. 8. SAE码P1683、VAG码18261数据总线中来自ABS / EDL控制单元的信号不可靠。6. 2. 2.宝来舒适CAN数据总线系统的故障码查询使用VAG1551、VAG1552或VAS5051，进入地址码46,对舒适系统控制单元进行自诊断，进入功能 码 02 查询舒适

18、系统中央控制单元是否储存故障码。举例：宝来舒适系统中央控制单元CAN数据传输故障码：6. 2. 2. 1. VAG码01328舒适系统数据总线或控制单元存在故障。6. 2. 2. 2. VAG 码 01329舒适系统数据总线处于紧急模式。6. 2. 3. CAN数据总线系统故障诊断。6. 2. 3. 1.诊断条件 已查询出CAN数据总线的一个故障码。6. 2. 3. 2.必备工具仪表数字万用表、VAG1551、VAG1552或VAS5051和电路图。6. 2. 3. 3.诊断步骤 按照电路图使用数字万用表测量数据总线的故障点。如未查出故障，先清除 故障码，再拔下所有车门插头并依次插好，同时读取

19、数据块012组的显区1，视显示情况更换某一个控制 单元。当诊断仪不能进入其中的某一个控制单元时，应该重点检查该控制单元的CAN总线是否存在问题。 当发现某一控制单元编码错误时，应按标准程序重新进行编码。若更换了新的控制单元，更应该进行正确 的编码。6. 3 CAN 数据总线系统的检测方法 在检查数据总线系统前，须保证所有与数据总线相连的控制单元无功能故障。功能故障是指不会直接 影响数据总线系统,但会影响某一系统的功能流程的故障。例如：传感器损坏，其结果就是传感器信号不能 通过数据总线系统传递。这种功能故障对数据总线系统有间接影响。即会影响需要该传感器信号的控制单 元的信息接收。如存在功能故障，

20、先排除该故障。记下该故障并清除所有控制单元的故障码。排除所有功能故障后，如果控制单元数据传递仍不正常 ，则检查数据总线系统。检查数据总线系统 故障时，须区分如下两种可能的情况。6. 3. 1.两个控制单元组成的数据总线系统的检测 检测时，关闭点火开关，断开两个控制单元与总线的连接，检查数据总线是否断路、短路或对正极 / 地短路。如果数据总线无故障，更换易拆下或较便宜的一个控制单元试一下。如果数据总线仍不能正常工 作，则更换另一个控制单元。6. 3. 2.三个或更多控制单元组成的数据总线系统的检测 检测时，先读出控制单元的故障码。如果故障码显示控制单元1与控制单元2和控制单元3之间无通 信。关闭

21、点火开关，断开所有控制单元与总线的连接，检查数据总线是否有断路、短路或对正极 /地短路 故障。如果总线无故障，更换控制单元 1。如果所有控制单元均不能发送和接收信号（故障码显示“硬件 故障”），则关闭点火开关，断开与数据总线相连的所有控制单元，检测数据总线是否断路、短路或对正极 /地短路。如果数据总线上查不出引起硬件损坏的原因，检查是否由某一控制单元引起该故障。断开所有通过CAN数据总线传递数据的控制单元,关闭点火开关，接上其中一个控制单元，连接大众VAG1551、VAG1552 或VAS5051，打开点火开关，清除刚接上的控制单元的故障码。用功能06来结束输出。关闭并在打开点 火开关，打开点

22、火开关10s后用故障阅读仪读出刚接上的控制单元故障码。如显示“硬件损坏”接上下一 个控制单元，重复上述过程。6. 4.故障诊排实例一波罗（POLO）轿车不能起动6. 4. 1.故障现象：一辆2003款大众1.6L波罗轿车，行驶里程500Km，因事故修复后出现不能起 动故障（无起动迹象）。用诊断仪读取发动机电控单元故障码：发动机电控单元锁死；与仪表电控单元失 去通信。同时仪表板显示不正常，仪表板上的蓄电池警告灯和EPC （电子油门）警告灯闪烁。6. 4. 2.故障分析：该车设有上述CAN数据总线系统。发动机电控单元锁死的故障码属于发动机防 盗系统的故障码，但是大众车系的发动机防盗系统钥匙认证失败

23、或出现故障是车辆是可以起动的，只是起 动后3s内自动熄火。此车没有一点能起动的迹象，当与防盗系统无关。而仪表电控单元失去通信的故障码 属于总线系统故障码，后用诊断仪进入仪表电控单元还发现仪表电控单元与ABS、气囊、发动机电控单元 都失去通信，仪表电控单元像是从整个总线系统中被甩掉了。因此应将故障定性为CAN数据总线系统的 链路（通信线路）故障。6. 4. 3.故障诊排：根据上面的分析，应重点检查与仪表电控单元相连的总线（双绞线）。考虑到用 电阻测量法需要拔下至少2个电控单元的插头，再做线间测量太麻烦，于是改用示波器检测总线上的信号 波形。将示波器的探针接在仪表板后的网线接口处检测，如果信号正常

24、说明仪表电控单元内部的CAN控 制器或收发器故障，需要更换仪表电控单元。如果信号不正常说明网线自身故障，需检修网线。测试后发 现两根线上只有一根有脉冲信号，而另一根信号波形始终为零，说明此网线断路，经检查发现在仪表板后 面的线束插头内部的一根网线断了，接好网线后故障得以排除。该车的发动机防盗电控单元集成于组合仪 表内，组合仪表与发动机电控单元失去通信则意味着发动机电控单元与发动机防盗电控单元无法联络。出 现发动机不能起动和发动机电控单元存储上述故障码也就得到了合理的解释。只是故障症状与发动机防盗 系统因钥匙非法或故障而锁止发动机略有区别。再就是要说明的是该车的自诊断K线是与车载网络系统控 制单

25、元（网关）相连的，组合仪表只是动力CAN的一个节点。7. 结语随着LIN （局部连接网）、CAN数据总线、MOST （多媒体定向传输）、蓝牙技术（短距无线通信连接）、 X-by-wire （线控）技术陆续装备汽车，使得汽车各电控系统间的软硬件之间的关联愈发紧密，出现故障时 的原因错综复杂，可谓牵一发而动全身。汽车维修业从知识、技术、经验、维修方法和理论、先进的仪器 设备诸方面新的一轮整合提升是势所必然。参考文献李东江等编著.汽车车载网络系统（CAN-BUS）原理与检修.北京：机械工业出版社.2004 吴诰圭编著.汽车电子控制技术和车内局域网.北京：电子工业出版社. 2003张凤山等编著.波罗（POLO）轿车使用维修手册.北京：金盾出版社.2003作者简介：窦在学（196 -）男，山东平度人，高级讲师，现从事汽车电器方面的教学与研究，在汽车 电控技术方面有较深造诣并发表有关论文多篇。