大众车系CAN数据传输系统原理应用与故障诊断(修改)

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轿车都不同

2、程度地引入了CAN数据总线系统，也称为。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，AE车辆网络委员会将汽车控制器局域网划分为A、B、C三类。 11A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1-10kbit /s。主要应用于电动门窗、中控锁、座椅调节、灯光照明等控制。 12B类：面向独立模块间数据共享的中速

3、网络，位速率一般为10-100kbit/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。 13C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。CAN数据总线系统概述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，

4、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。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点。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。

5、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125Kbit/s-1Mbit/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。

6、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。3CAN数据总线系统的组成及工作原理31CAN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)。32各部件的功能321CAN控制器作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给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。 322CAN收发器 是一个发送器和接收器的组合，它将CAN

7、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。333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。334CAN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总线得到保护而

8、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。34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。大众车系CAN数据总线系统目前，大众车系的奥迪A6、宝来、帕萨特、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）。41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

9、们是发动机、ABSEDL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、ABSEDL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025ms，每一电控单元720ms发送一次数据。优先权顺序为ABSEDL电控单元发动机电控单元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

10、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。42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

11、线。数据总线以625kbits速率传递数据，每一组数据传递大约需要lms，每个电控但原每20m发送一次数据。优先权顺序为：中央控制单元驾驶员侧车门控制单元前排乘客侧车门控制单元左后车门控制单元右后车门控制单元。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。5CAN数据总线系统的故障分析装有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。

12、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。51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

13、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）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

14、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（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VAS

15、5051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。621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，对发动机、ABSEDL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18T车AUM发动机控制单元CAN数据传输故障码：6211SAE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。6212SAE码P1636、VAG码18004数据总线缺少来自安全气囊控制单

16、元的信息。6213SAE码P1648、VAG码18056数据总线损坏。62，14SAE码P1649、VAG码18057数据总线缺少来自ABSEDL控制单元的信息。6215SAE码P1650、VAG码18058数据总线缺少来自组合仪表控制单元的信息。6216SAE码P1682、VAG码18090数据总线中来自ABSEDL控制单元的信号不可靠。6217SAE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。6218SAE码P1683、VAG码18261数据总线中来自ABSEDL控制单元的信号不可靠。622宝来舒适CAN数据总线系统的故障码查询使用VAG1551、VAG15

17、52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：6221VAG码01328舒适系统数据总线或控制单元存在故障。6222VAG码01329舒适系统数据总线处于紧急模式。623CAN数据总线系统故障诊断。6231诊断条件 已查询出CAN数据总线的一个故障码。6232必备工具仪表 数字万用表、VAG1551、VAG1552或VAS5051和电路图。6233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

18、取数据块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。63 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，先排除该故障。记下

19、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。631两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。632三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。关闭点火开关，断开所有控制单元与总线的连接，检查数据总线

20、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

21、件损坏”，接上下一个控制单元，重复上述过程。 64故障诊排实例波罗（POLO）轿车不能起动641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。642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。643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