什么是CAN总线？CAN总线设计原理分享

 CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准(ISO 11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。

CAN 是Controller Area Network 的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

随着人类科技发展，汽车智能化也得到高速发展，目前卡车也逐步向高度智能化控制发展，一个卡车有多个控制模块已经很常见了。各个模块在工作的时候，需要互相通讯;因此在汽车上常常使用总线通讯。

常见的总线通讯协议有SAE J1939 / SAE J1587/SAE J1708(不同的通讯协议代表说话的语言不一样，例如日语韩语英语普通话等，要想理解说的内容，必须先要了解使用的语言。)，目前使用最多的是1939协议，也就是CAN线。

有很多朋友问小轨CAN是干嘛用的，还有很多师傅在遇到CAN通讯的相关故障时就头疼，不知道该怎么去检查。今天小轨就带大家一起来学习一下CAN总线的相关知识。

CAN线概述

1、什么是CAN?

CAN：全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。

一个由CAN总线构成的单一网络中，理论上可以挂无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。常见的CAN线的频率有250Kbs/500Kbs/1000Kbs，不同的频率代表传输速度的快慢不一样。

2、CAN的发展

CAN最初出现在80年代末的汽车工业中，由德国Bosch公司最先提出。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多数基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。

3、CAN的工作原理

CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN层的定义与开放系统互连模型一致。每一层与另一设备上的相同的那一层通讯。实际的通讯发生在每一设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理层的物理介质互连。

CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、光钎等。最常用的就是双绞线，信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显形”;此时，通常电压值为：CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。

Can通讯，实质上就是通过这些0和1实现信息的传输。

4、CAN系统组成

CAN收发器：

安装在控制器内部，同时兼具接受和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线。

数据传输终端：

该终端是一个电阻，防止数据在线端被反射，以回声的形式返回，影响数据的传输。

数据传输线：

双向数据线，由高低双绞线组成。

CAN总线控制系统的优点

1、低成本：

相较于传统线路，智能化的模块控制，提高了车辆的可靠性、减少了线束的数量和设计、减轻车辆的重量、后期维护更方便;

2、极高的总线利用率;

3、很远的数据传输距离(可长达10Km);

4、高速的数据传输速率(高达1Mbit/s);

5、可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;

6、可靠的错误处理和检错机制;

7、发送的信息遭到破坏后，可自动重发;

8、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;

9、报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息;

10、可实现屏幕诊断功能：采用通用CAN诊断协议，可以将系统故障直接在仪表屏幕上显示出来;

11、设备监控功能：

Can线通讯可以在故障发生后，准确快速的报出相关故障，方便检修;

12. 电路保护功能：

在电路出现短路时，CBCU会自动切断该线路的电源输出、保护电路，并同时将故障信息传递给仪表，仪表报出相关故障。

CAN线在汽车中的应用

1、CAN的车用网络

通过CAN总线将汽车上的各种电子装置与设备连成一个网络，实现相互之间的信息共享，既减少了线束，又可更好地控制和协调汽车的各个系统，使汽车性能达到最佳。

★ 欧曼H4总线系统具有两路CAN总线，分别是动力总线(P-CAN)和仪表总线(I-CAN)

★特别提示：

I-CAN通讯的失败将会使车辆大部分电器无法正常工作。

CBCU不会去控制P-CAN上设备的正常运行。

★诊断接口：

P-CAN动力总线的通讯线CANH是接在OBD口的6号口，CANL是接在OBD口的14号口。

I-CAN车身总线的通讯线CANH是接在OBD口的3号口，CANL是接在OBD口的11号口。

★CAN线测量

电阻测量：

断电情况，用万用表电阻档测量I-CAN_L与I-CAN_H之间的阻值。

有效模式：阻值在60欧姆左右;

失效模式：阻值为零说明I-CAN_L与I-CAN_H之间短路;阻值为120欧姆或者无穷大，说明I-CAN_L或者I-CAN_H有断路。

电压测量：

上电情况下，用万用表电压档测量I-CAN_L与信号地、I-CAN_H与信号地之间的电压。

有效模式： I-CAN_L与信号地，电压值1.5±0.5V左右，实际测量2.4V左右;I-CAN_H与信号地，电压值3.5±0.5V左右，实际测量2.6V左右;

失效模式：电压值为零，说明与地线短路或线路断路;电压值大于5V，说明与电源短路。

2、东风商用车EDC7UC31电脑板，配备VECU与CBCU系统如下图：

VECU采集电子油门及各种开关信号，同时接收组合仪表发生的车速信息从而确定整车的控制模式，通过CAN总线将控制指令和参数发给EECU，由EECU实现对发动机的控制。

CAN网络的故障分析与排除

1、CAN总线诊断基础

1.1总线系统工作条件

★ 电源供给正常、无虚接

★ 地线正常

★ 唤醒电源正常

★ CAN线线束正常

★ 终端电阻正常

★ 节点正常

★ 控制模块硬件正常

★ 控制模块软件正常

★ 各接插件、接触端子正常

1.2 哪些情况查CAN网络?

★ 报出CAN通讯相关、或者数据错误之类的故障

★ 仪表不显示、或显示混乱

★ 无法通讯，无法连接诊断仪

★ 车身灯光系统异常

★ 无法定位、无法起动

★ 其它CAN相关故障

1.3 节点的确认

★ 仪表不显示、或显示混乱 ➩ 仪表

★ 车身灯光系统异常 ➩ CBCU/灯光控制模块

★ 无法换档 ➩ TCU

★ 电动车窗无反应 ➩ 车门控制器

★ 无法起动 ➩ ECU/VCU/CBCU

★ 防盗开启 ➩ 防盗模块/GPS/GPRS

★ 空调无反应 ➩ 空调控制模块

1.4 指示灯

常见CAN故障码的分析

一、CAN接收侦AT101超时错误(博世EDC17系统)

故障原理：

1、NOx传感器通过CAN总线，将监测的氮氧浓度时时发送给ECU。如果ECU 超过0.5秒没有接收到NOx浓度信号，就会报出此故障;

2、没有接受到的原因无非是发送器、传输媒介、接收器故障。基本上都是：传输媒介故障导致，也就是NOx传感器的线束、接插件故障导致;极少数情况是：NOx传感器故障。

故障影响：

影响NOx浓度的监测;发动机故障灯点亮、发动机限扭。

常见原因：

1、NOx传感器的4根线束开路、短路，或接插件故障：检查NOx传感器的接插件及4根线束，是否存在开路、短路故障，电压是否正常。其中NOx传感器接插件1号针脚是正极24V，2号针脚是负极0V，3号针脚是CAN低2.2V左右，4号针脚是CAN高2.8V左右。如电压不符，请排查原因;

2、极少数可能NOx传感器损坏： 也可能NOx传感器损坏，但NOx传感器售价较高，最后考虑更换测试。

排查技巧：

常见原因是NOx传感器接插件、4根线束故障。

二、CAN接收侦TSC1-TE超时错误(博世EDC17系统)

故障原理：

1、“CAN接收侦某某超时错误”代表了一类故障，以TSC1-TE为例：发动机ECU可以通过CAN总线，接受整车控制器(比如CAN仪表、CBCU、自动变速箱控制器、GPS锁车、天行健辅助节油等)上的信息或控制指令，TSC1-TE就是自动变速箱指令的名称，如果ECU收不到就会报出此故障;

2、由于接收信息较多，管理复杂，某些机械变速箱也可能报出“CAN接收侦某某超时错误”故障，这是因为ECU默认开通的原因，一般不亮故障灯，不需要处理;

3、基本此类故障都不亮故障灯，“除AT101超时错误”外，如不是自动变速箱，都无需处理。

故障影响：

1、影响自动变速箱工作：如不是自动变速箱，影响不大;如自动变速箱，需排查;

2、可能影响整车控制器，比如GPS等：一般不影响整车功能。

常见原因：

1、一般不亮故障灯，无需排查：发动机数据管理;

2、如配自动变速箱，则需要排查： 可能影响自动变速箱的工作，需排查CAN网络是否正常，是否开路、短路，电压是否正常。

排查技巧：

基本都无需排查，不亮故障灯;如自动变速箱，则须排查CAN总线。

以上两针脚仅是接入ECU的入口，此故障应排查整个整车CAN网络及其他控制。

三、CAN节点A总线错误(博世EDC17系统)

故障原理：

1、CAN总线介绍：CAN总线类似于电脑之间通信的网线，可以实现ECU、CBCU、ABS、CAN仪表等CAN设备之间信息共享，比如水温、机油压力等，仅需ECU安装传感器即可，就能把当前测得的水温、机油压力实时传送给CAN仪表。CAN仪表不需要单独安装水温、机油压力传感器了。

2、CAN总线是整车线束中，两根特殊的线，有标准的电压、电阻、及制作规格;

3、只能CAN设备才能使用CAN总线，有时一辆车上有几个CAN设备，比如ECU、CAN仪表、NOx传感器等，每个CAN设备称为一个节点，其中ECU就是节点A;

4、但“CAN节点A总线错误”并不是ECU本身故障，基本都是整车CAN网络电压异常、其他CAN控制故障造成CAN网络干扰导致。

故障影响：

1、影响CAN仪表上转速、水温、机油压力等参数显示：造成CAN仪表显示异常，但不影响机械仪表;

2、影响自动变速箱的换挡等：可能造成自动变速箱换挡不平顺，设置失效;

3、一般不影响发动机、整车的基本运行。

常见原因：

1、整车CAN线短路、断路或被干扰：检查CAN高、CAN低电压是否正常，通断是否正常，一般CAN高电压2.8V左右，CAN低2.2V左右，因使用情况电压稍有不同;

2、CAN网络控制器或整车CBCU本身故障： 造成CAN线电压异常，波动较大，请检查CBCU、整车CAN控制模块等;

3、NOx传感器或CAN仪表、ABS/ASR控制器、AMT控制器故障，导致CAN线不稳定：依断开上述控制器，检查其对CAN电压的干扰，并检查其相关CAN线路。

排查技巧：

不是ECU故障，而是整车CAN网络或其他CAN控制故障引起。

以上两针脚仅是接入ECU的入口，此故障应排查整个整车CAN网络及其他控制。

常见案例分享

故障现象：

仪表不显示发动机转速、机油压力等信息，仪表报“CAN报文超时故障”;

考虑仪表can线通讯故障，拔下ECU插头测量can线的 K54和K76号脚两根线束电阻无穷大(正常情况下：此处电阻应该是120欧姆)，说明两根线路有断路现象。剪断该两根线，直接从ECU飞线到仪表后，仪表显示正常、故障排除。

小轨总结

一般情况下，CAN总线的通讯故障都比较简单。常见的是线路问题，其次可能是就设备问题。我们首先要知道CAN总线是什么、CAN总线是怎么工作的、CAN总线的结构。通过使用万用表测量相关线路及电气参数，就可以快速的判断故障点、排除故障。

维修要点

1、CAN线一般采用双绞线、主要目的是防止干扰。

2、CAN网络是有两个120欧姆的终端电阻，因此在CAN网络中测量两个CAN线电阻、正常情况下应该是60欧姆(两个120的电阻并联后就成了60欧姆);(极少数车型也会出现测量电阻为40欧姆的情况，这种情况说明有三个设备内部有120欧姆电阻，也是能正常通讯的;这一点大家要知晓。)

3、通常情况下CAN-H电压在1.5-3.5V之间，CAN-L电压在1.5-2.5V之间。