总线技术在汽车电气系统中的应用研究

刘贤

南京徐工汽车制造有限公司 江苏省南京市 210000

汽车电气系统中运用先进的总线技术来串联和协调各个分系统的运行，其控制能力成为衡量系统性能乃至整个汽车质量的关键指标。总线技术目前已经广泛的应用于汽车内部电气系统的建设和完善中，通过各种有效的技术手段来发挥其作用，从而对于提高汽车各项功能服务水平发挥重要作用。因此下面根据以下几种总线技术来详细分析其在电气系统中的具体应用情况。

1 汽车电气系统中的总线技术应用分析

1.1 CAN 总线技术

CAN总线技术，又称控制器局域网技术，这是一种属于现场总线技术的一种，最早由德国公司研发，CAN总线技术能够很好的解决汽车内部各电子系统控制模块间数据信息传递困难的问题，并且这种新型的总线技术与传统技术相比，不仅能够保证正常的通讯需求，还能够对系统结构进行不断的优化，从而减少了系统与其他车载系统间的连接线长度，削减了大量的无用插件数量，有效的保证了汽车电气系统的整洁性和安全性。并且，CAN总线技术还能够控制汽车成本投入，保证电气系统信号的传输稳定性。传统总线技术的通信信息传输往往都是通过点对点的方式进行传递，从而造成了汽车内部电气系统的结构非常复杂，并且对于汽车内部构造的要求更加严格。因此为了能够减少上述情况的发生，总线技术需要不断优化和更新，从而满足汽车电气系统的发展需要。CAN总线技术能够有效的减少车载系统当中的不必要的插件，并且减少电气系统当中通信线路的长度，真正的对于汽车内部构造和成本进行有效的控制，并且还能够保证电气系统的通信安全。

1.2 局域互联网络总线技术

当前的汽车内部的网络可以将其视为一种局域性质的网络架构，很多先进的汽车制造企业都开始运用这种思路和技术方法来研制新式的汽车车型，而且为了可以有效的减少汽车在网络架构建设中所消耗的成本，一些汽车制造企业开始合作研发一种通行的网络通讯协议，作为建设汽车局域网络控制系统的基础前提和条件，而且还能够有效提升汽车内部网络系统对各个子系统的控制能力和操控水平，使得人们对于汽车的驾驶操作更为顺畅和舒适，这种协议主要针对目前广泛存在于汽车内部载有的电脑而设计的，这种局域网络架构形式的总线架设手段，不仅能够提升汽车功能的优势作用，并且还可以减少汽车在相关电子系统装备设计、安装和制造方面的成本，尽管目前其内部用于信号传导的导线的传导效率和传输速度较慢，网速还有待进一步提升，但是这种协议模式下的电气系统拥有较高的抗干扰水平。局域的网络结构这种形式的总线安装制造模式，之所以能够降低汽车制造某些方面所需要的成本，关键在于将各条功能线路和子系统集中统合起来，进行统筹的规划设计，使其结构得到简化，节省和排除多余的线路和分系统，将功能系统和线路高度的集成在一起，不仅提高了信号传输的可靠程度，也是汽车装备和系统建设成本降低的重要原因所在。

1.3 MOST 总线技术

MOST总线技术属于以光纤为基础的串行通信协议的一种，其研发主要是为了实现车载电脑对汽车多媒体软件及相关硬件结构的控制。一般情况下，汽车多媒体软件运行过程中将形成大量的网络流量消耗，为保证系统运行稳定，就需要对相关的总线技术进行进一步完善，以保证传输速度能够满足系统运行需要。研究证实，MOST总线技术下，总线最高传输速度可达20MB/S，该速度，如无特殊情况，该速度一般能够很好的满足多媒体按照软件及其硬件结构运行所需要的网络要求，并保证良好的通信质量。这种总线技术手段应用颇为广泛和普遍，由于优良的特性和设计指导思想，很多豪车系列品牌也运用了这种技术。

2 对汽车电气系统中CAN总线技术的分析研究

CAN总线技术作为一种可靠的汽车计算机网络总线已经在许多汽车上得到应用，汽车计算机控制单元之间能够通过CAN总线共享所有信息和资源，达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的目的。而CAN总线系统的故障诊断技术已经成为现代汽车维修技术人员必备的知识，只有掌握总线技术结构与控制原理，才能排除汽车电气系统上的各种问题。

2.1 汽车CAN总线系统的故障分类

2.1.1 汽车电源系统引起的故障

汽车电气信息传输系统的核心是含有通信IC芯片的电控ECU，电控ECU的正常工作电压在10.5～15.0V的范围内。如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值，那么一些对工作电压敏感的电控ECU元件将会出现短暂工作停止，从而使整个汽车电气系统出现短暂故障。

2.1.2 链路故障

当车载CAN总线系统的链路出现故障，如通信线路的短路、断路以及线路物理性质变化引起的通信信号衰减或失真时，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作而使控制器区域网无法正常工作。

2.1.3 节点故障

节点是车载CAN总线系统的电控模块，节点故障就是电控模块ECM的故障。它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车控制器区域网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。硬件故障一般由于芯片或集成电路故障，造成汽车控制器区域网无法正常工作。对于采用低版本信息的传输协议，即点到点信息传输协议的汽车控制器区域网，如果有节点故障，将出现整个汽车控制器区域网信息传输无法工作。

2.2 汽车CAN总线系统常见故障检修方法

CAN总线系统的独特性决定其故障检修没有普遍适用的测量或检测方法，必须具体情况具体分析。常用的检修方法有：

2.2.1 自诊断和数据流

CAN网络有一定的自我诊断功能，分为主动错误、被动错误、总线关闭三种错误类型。一般来说，当CAN总线关闭或无法收到相关数据时，控制模块通常会产生故障码。而当控制模块自身通信不良但无法自行检测出来时，就不会产生故障码，但其他控制模块有可能产生通信故障码。还有一种情况，就是控制模块无法发送某些数据，但可以正常接收CAN总线数据，而且能够判断自身出现问题，于是产生故障码，而其他控制模块无法识别到传输故障。故障码的诊断要结合网络传输特点和不同控制模块之间的故障码连带关系进行逻辑分析，同时结合数据流的相关信息来判断哪个控制模块有故障。与一般电控系统数据分析一样，只是网络系统故障也会造成相关数据发生变化。

2.2.2 CAN总线的电压测量法

由于CAN网络采用多种协议，每个控制模块的端口在正常的情况下都要标准电压，因此电压测量法可用于判断线路是否有对地或电源短路、相线间短路等问题。

2.2.3 CAN总线的终端电阻检测法

车系不同，终端电阻故障的表现形式也有所不同。当终端电阻短路时，CANH和CANL的两条导线短接在一起，会导致CAN数据传输失败。而对于终端电阻断路问题，则会有不同的故障表现形式。有的车系会导致CAN通信失败，有的车系则不会有明显的影响，车辆基本能够正常使用。

2.2.4 CAN总线的控制模块替换法

逐一断开CAN网络中的控制模块，观察CAN网络的通信状况，若通信恢复正常，则说明故障是被断开的控制模块损坏。

2.2.5 故障波形诊断法

通过测试CAN总线物理层信号来确诊CAN总线的故障.故障波形诊断法是判断CAN数据导线故障的主要手段，CAN故障信息通常被存储在故障码存储器中，然而故障记录仅在个别情况下允许简单的诊断。通过示波器显示CAN数据导线的波形情况，从而导出CAN数据导线的故障情况。按系统可能的故障来源分类，国际标准化组织（ISO）编制出了CAN数据导线故障列表。下面简单列举出通过示波器检测到CAN两种工作情况的波形图，以供参考。图1所示为驱动CAN正常波形，图2所示为驱动CAN-H与CAN-L短路波形。

2.2.6 控制器匹配及自适应调整

控制器匹配，自适应调整是汽车维修服务过程中常见的服务项目。在采用CAN控制的汽车上，许多车型更换控制模块后不能马上工作，还要对电脑进行编码、还要对控制器或执行器做自适应匹配等操作才能正常工作。

图1 驱动CAN总线的正常波形图

图2 驱动CAN-H与CAN-L短路波形图

3 结语

综上所述，经过对汽车总线技术的分析，可以明确现代化总线技术的优势和进步。总线技术对于汽车电气系统的发展应用十分重要，不仅能够对汽车电气系统的子系统及相应的硬件之间的数据交换和通信起到关键性的作用，还能够控制汽车造价成本，对汽车企业来说非常重要。因此其在今后的发展过程中，必须要不断的进行创新与发展，从而为汽车电气系统做出更大的贡献。