波罗的CAN数据总线与车载网络系统.pdf

上海波罗（POLO）轿车 CAN 数据总线与车载网络系统(1) 上海波罗（POLO）轿车 CAN 数据总线与车载网络系统(1) 随着人们对汽车的安全性、舒适性、尾气排放及燃油经济性的要求越来越苛刻，这使得 控制单元之间的信息交换越来越密集， 传感器和导线的数量迅速增加， 无形中加大了排除故 障和维修的难度。 为此， 必须找到一种设计优良的解决方案来使车内电子系统在不占用太大 空间的情况下仍然保持其可操作性，CAN 数据总线这时应运而生。它是德国博世公司专门为 大众和奥迪车系设计的，国内像奥迪 A6、帕萨特 B5、波罗、宝来都采用 CAN 数据总线，CAN 是 CONTROLLER AREA NETWORK（控制单元区域网络）的缩写，这就意味着将各个控制单元之 间网络化并可进行数据交流。 这又是计算机网络系统在现代汽车上的应用， 利用 CAN 数据总 线将各个控制单元连接起来，形成了车载网络系统。 一、CAN 数据总线 CAN 数据总线是一种各控制单元间的数据传输形式，它将各个控制单元形成一个整体， 所有信息都沿两条线路传输， 与所参与的控制单元数及所涉及的信息量的大小无关， 这样就 解决了随着新增信息量的加大， 线路及控制单元上的插头的数目也增加的问题， 并且每条信 息需要不同线路的问题也得以解决。故国产新车宝来、波罗都应用了 CAN 数据总线系统，具 体表现出如下优点: （1） 如果数据扩展以增加新的信息，只需升级软件即可。 （2） 控制单元对所传输的信息进行实时监测，监测到故障后存储故障码。 （3） 使用小型控制单元及小型控制单元插孔可节省空间。 （4） 使传感器信号线减至最少，控制单元间可做到高速数据传输。 （5） CAN 数据总线符合国家标准，因此可应用不同型号控制单元间的数据传输。 然而，CAN 数据总线为什么具有如此功能呢?让我们了解一下 CAN 数据总线的组成、结 构和数据传输原理。 （一） CAN 数据总线的组成与结构 CAN 数据总线由一个控制器， 一个收发器， 两个数据传输终端以及两条数据传输线组成。 除了数据传输线，其他元件都置于控制单元内部。控制单元功能不变，如图 1 所示。 图 1 CAN 数据总线的组成与结构 1.CAN 控制器 CAN 控制器是接收控制单元中的微电脑传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往 CAN 收发器。同样，CAN 控制器也接收由 CAN 收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将 其传往控制单元中的微电脑。 2CAN 收发器 它将 CAN 控制器传来的数据转化为电信号将其送入数据传输线。它也为 CAN 控制器接 收和转发数据。 3数据传输终端 它是一个电阻器。 它防止数据在线端被反射， 以回声的形式返回， 这会影响数据的传输。 4数据传输线 它是双向的，对数据进行传输。两条线分别被称为 CAN 高线和 CAN 低线。数据传输线为 了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN 总线采用两条线缠绕在一起，如图 2 所示。 图 2 数据传输线 这两条线的电位相反，如果一条是 5V，另一条就是 0V，始终保持电压总和为一常数。 通过这种办法，CAN 数据总线得到了保护而免受外界的电磁场干扰，同时 CAN 数据总线向外 辐射也保特中性，即无辐射。 （二）CAN 数据总线的传输原理与过程 CAN 数据总线的数据传输原理在很大程度上类似电话会议的方式。 一个用户 1 控制单元 1 向网络中“说出”数据，而其他用户“收听”到这些数据。一些控制单元认为这些数据对 它有用，它就接收并且应用这些数据，而其他控制单元也许不会理会这些数据。故数据总线 里的数据并没有指定的接收者， 而是被所有的控制单元接收及计算。 数据的具体传输过程 （图 3）如下: 图 3 数据的具体传输过程 1提供数据 控制单元向 CAN 控制器提供数据用于传输。 2发出数据 CAN 收发器从 CAN 控制器处接收数据，将其转化为电信号发出。这些数据以数据列的形 式 进 行 传 输 ， 数 据 列 是 由 一 长 串 二 进 制 （ 高 电 平 与 低 电 平 ） 数 字 组 成 （ 像 0110100100111011） ，其格式如图 4 所示。 图 4 数据格式 数据列包括开始区、状态区、检验区、数据区、安全区、确认区、结束区。其各个区的 作用如下: 1）开始区 标志数据列的开始。 2）状态区 确认数据列的优先级别。 如果两个控制单元想在同时发出其数据列， 优先级较高的数据 列先传输 （控制单元的程序设置好的） ， 像CAN驱动装置数据总线系统优先级依次为ABS/EDL 控制单元、发动机控制单元、自动变速器控制单元。 3）检验区 显示数据区中包含的数据数目。该区可以让接收者检验其是否收到传输来的全部信息。 4）数据区 传给其他控制单元的信息，其大小由总线的宽度决定。 5）安全区 检验传输错误。 6）确认区 接收者发给发送者的信号，用来告知已正确的收到数据列。若有错误被检验到，则接收 者迅速通知发送者。这样发送者将再次发出该数据列。 7）结束区 标志数据列的结束。这是显示错误以得到重新发送的最后可能区域。 3接收数据 所有与 CAN 数据总线一起构成网络的控制单元成为接收器。 4检验数据 控制单元对接收到的数据进行检测，看是否是其功能所需。 5认可数据 如果所接收的数据是重要的，它将被认可及处理，反之将其忽略。 （三）CAN 数据总线驱动装置 波罗的 CAN 数据总线系统， 由 CAN 驱动装置数据总线系统和 CAN 舒适模式数据总线系统 组成。它们的区别在于传输的数据内容不同。 CAN 驱动装置数据总线系统以 500KB/s 的传输速度工作， 以使在对安全较重要的系统内 部能进行快速的数据传输。它由车载网络系统的控制单元、带有用于数据总线的诊断接口 J533(网关)、 转向角传感器G85、 控制单元J285(在仪表板上有显示单元)、 ABS控制单元J104、 自动变速器控制单元 J217、转向辅助控制单元 J500、安全气囊控制单元 J234、发动机控制 单元 J 及诊断接头组成，如图 5 所示。 图 5 波罗的 CAN 驱动装置数据总线系统的组成 CAN 舒适模式数据总线系统以 1OOKB/s 的传输速度工作。 它由车载网络系统的控制单元 J519、带有用于数据总线的诊断接口 J533（网关） 、空调电子控制系统的控制单元 J255、空 调控制单元 J301、舒适系统的中央控制单元 J393、驾驶员侧车门控制单元 J386、左后车门 控制单元 J388、诊断接头及控制单元 J503（带有无线电和导航用显示单元） ，前座乘客侧车 门控制单元 J387 和右后车门控制单元 J389，如图 6 所示。 图 6 CAN 舒适模式数据总线系统的组成 下面介绍一下数据总线的诊断接口 J533。数据总线的诊断接口 J533 集成在车载网络系 统的控制单元 J519 中，如图 7 所示。 图 7 数据总线的诊断接口 J533 数据总线的诊断接口 J533 有两个任务: （1）CAN 驱动装置数据总线和 CAN 舒适模式数据总线间进行数据交换。 由于两个系统的传输率不同， 要进行直接的通信是不可能的。 要进行系统间的信息交换 需要建立连接， 这个连接通过数据总线的诊断接口 J533 实现。 诊断接口 J533 编译来自总线 系统的数据，并将数据继续传送给相关的其他总线系统，如图 8 所示。 图 8 CAN 驱动装置数据总线和 CAN 舒适模式数据总线间进行数据交换 (2)数据总线的诊断接口 J533 将 CAN 驱动装置数据总线和 CAN 舒适模式数据总线的诊 断数据转换到车身导线上，反之亦然，如图 9 所示。 图 9 数据总线的诊断接口 J533 将 CAN 驱动装置数据总线和 CAN 舒适模式数据总线的诊断 数据转换到车身导线上 发动机控制单元、 自动变速器控制单元和舒适系统的中央控制单元有一根单独的车身导 线。 假如 CAN 驱动装置数据总线系统中有故障， 诊断接口将诊断信息从 CAN 驱动装置数据砖 换到车身导线上的信息内容与 CAN 数据总线上相同的数据用于自诊断。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 上海波罗（POLO）轿车 CAN 数据总线与车载网络系统 上海波罗（POLO）轿车 CAN 数据总线与车载网络系统 2002 款波罗的电气系统的设计和结构都是全新的。它用 CAN 数据总线将各个控制单元连接起来，形成车载网络系统。各个控 制单元在车上的位置如图 1 所示。 图 1 2002 款波罗车载网络系统各个控制单元在车上的位置 图 1 2002 款波罗车载网络系统各个控制单元在车上的位置 车载网络系统重要的附属装置如图 2 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图 2 车载网络系统重要的附属装置 1 车载网络系统控制单元 J519 图 2 车载网络系统重要的附属装置 1 车载网络系统控制单元 J519 车载网络系统控制单元(图 3)在车载网络系统中起重要作用。 它承担以前一直由单独的继电器和控制单元所执行的功能。 图 3 车载网络系统控制单元 图 3 车载网络系统控制单元 车载网络系统控制单元具有下列功能： CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 (1)负荷原理 在行驶中大量舒适性装备和电热器(如座椅加热装置、 后窗加 热装置、 外后视镜加热和电子辅助加热装置)会引起发电机过载， 进而导致蓄电池放电，电路如图 4 所示。这尤其出现在距离极短 的短途行车和冬季行驶时，以及时停时走和装备过多的车辆中。 A蓄电池；C发电机；J发动机控制单元；J131可加热式 驾驶员座椅控制单元；J132可加热式前座乘客座椅控制单元； J255空调电子控制系统控制单元；J301空调器控制单元； J519车载网络系统控制单元；J533数据总线诊断接口；Z1 可加热式后窗；Z4可加热式外后视镜，驾驶员侧；Z5可加 热式外后视镜，前座乘客侧；Z6可加热式驾驶员座椅；Z7可 加热式驾驶员靠背；Z8可加热式前座乘客座椅； Z9可加热式前座乘客靠背 图 4 负荷原理相关电路 图 4 负荷原理相关电路 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 考虑到短时间用电器的电流需求， 车载网络系统控制单元的 负荷管理系统定期监控蓄电池，网络系统控制单元将采取措施， 以保持行驶能力并确保车辆重新起动能力。具体措施如图 5。 图 5 控制措施 图 5 控制措施 (2)车内灯控制 车内灯控制的电路图如图 6 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图 6 车内灯控制的电路图 图 6 车内灯控制的电路图 如果前部和后部车内灯开关都位于车门触点位置， 如图 7、 图 8 所示。通过车载网络系统控制单元 J519 可以确保在车辆停止 而车门未关闭状态下，车内灯 10 min 后自动关闭，这样可以避 免蓄电池不必要的放电。如果解除车辆联锁或拔出点火钥匙，30 s 后车内灯自动接通。在车辆锁止或打开点火开关后车内灯立即 关闭。车内灯在撞车时自动接通。车内灯控制的另一个作用是： 在点火开关关闭约 30 min，自动关闭由手动打开的灯(车内灯、 前后阅读灯、行李箱照明灯、杂物箱照明灯和化妆镜)。该功能 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 同样有利于保持蓄电池电量。 图 7 前部车门触点位置 图 7 前部车门触点位置 图 8 后部车门触点位置 图 8 后部车门触点位置 (3)燃油泵供给控制 2002 款波罗中的汽油发动机有一个新的燃油泵供给控制单 元。它是由燃油泵继电器 J17 和燃油供给继电器 J643 并联来代 替单个集成防撞燃油关闭装置的燃油泵继电器。 这两个继电器位 于车载网络系统控制单元 J519 上的继电器托架上，当驾驶员打 开驾驶员侧车门后，车门触点开关 F2(或集控门锁 F220 的关闭 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 单元)将信号发送到车载网络系统控制单元。接着车载网络系统 控制单元控制燃油供给继电器 J643，并使燃油泵 G6 运行大约 2 s。打开点火开关或起动发动机后，燃油泵 G6 通过燃油泵继电器 J17 由发动机控制单元控制，电路图如图 9 所示。在车载网络系 统控制单元中有一个定时开关，它有两个作用：当驾驶员侧车 门短暂开启时，避免燃油泵持续运行。如果驾驶员侧车门开启 超过 30 min，燃油泵重新受控。 图 9 燃油泵控制电路 (4)接通后窗雨刮器 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 在前挡风玻璃雨刮器置于 1 档或 2 档或间歇档的条件下，当 在进入倒档后，后窗雨刮器将自动刮水一次，电路如图 10 所示。 图 10 后窗雨刮器控制电路 图 10 后窗雨刮器控制电路 (5)前挡风玻璃雨刮器锁止装置 如果挡风玻璃雨刮器已接通间歇档(取决车速的间歇运行模 式或下雨运行模式)，并且同时发动机盖打开，信号将从发动机 盖接触开关 F266 发送至车载网络系统控制单元。控制单元将阻 止雨刮器运动，直到发动机盖再次关闭，电路如图 11 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图 11 前挡风玻璃雨刮器锁止装置电路 图 11 前挡风玻璃雨刮器锁止装置电路 (6)外后视镜和后窗加热装置 为了保持蓄电池电量，外后视镜和后窗加热装置只有在发动 机运行时才能接通，接通约 20 min 后，加热装置将自动关闭， 电路如图 12 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图 12 外后视镜和后窗加热装置电路 (7)后座椅靠背监控 后排座椅的中间位置带有三点式安全带的车辆具有后座椅靠 背监控功能。如果后排座椅中间位置靠背部分安装不正确，在打 开点火开关后，仪表板中的一个指示灯亮起约 20 s，电路如图 13 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图 13 后座椅靠背监控电路 图 13 后座椅靠背监控电路 (8)转向信号灯和报警灯控制 车载网络系统控制单元 J519 控制转向灯闪烁、闪烁报警、防 盗报警装置、集控门锁以及挂车转向灯交烁，电路如图 14 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图 14 转向信号灯和报警灯控制电路 图 14 转向信号灯和报警灯控制电路 (9)编码 车辆的装备范围和国家规格决定了车载网络系统单元的编 码。编码由厂方进行，如果在售后服务或维修时装备被更改，例 如安装可加热式座椅或更换新的控制单元，必须重新编杩。需编 码的装备如表 1。 表 1 需编码的装备 需编码的装 备 表 1 需编码的装备 需编码的装 备 后行李箱遥控解 锁装置 可加热式外后 视镜 4 车门车型 燃油泵供给 雨量传感器 可加热式前挡车内灯控制装 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 控制系统 风玻璃 置 带舒适开关 的后窗雨刮 器 大灯清洗装置 可加热式座椅 主动电子负荷 管理激活 挂车模式 2 主保险丝支架主保险丝支架 主保险丝支架位于蓄电池盖上，结构如图 15 所示。保险丝 的数目总是视车辆的装备而定。 主保险丝最多容纳 6 根带状保险 丝和 10 根插接式保险丝。通过一根导线实现与蓄电池（正极） 的连接，紧靠蓄电池后安装有保险丝，可防止各电路过载。 图图 15 主保险丝支架结构主保险丝支架结构 3 电位分配器电位分配器 电位分配器位于驾驶员侧仪表板饰件之后，结构如图 16 所 示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图图 16 电位分配器结构电位分配器结构 通过电位分配器， 接线柱 30 V 电压从蓄电池上的主保险丝支 架分配到各用电器。 4 保险丝支架保险丝支架 保险丝支架位于仪表板左侧的盖板后，结构如图 17 所 示。电路保险装置中有两种保险丝：一是最大熔断电流为 15 A 的微型保险丝；二是熔断电流大于 15 A 的小型保险丝。这样的 组合有以下的优点：同一结构空间中可以布置更多的保险丝。 可以对更多的电路安装保险丝。保险丝在电路图中缩写为 “SB” 。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图图 17 保险丝支架结构保险丝支架结构 5 继电器托架继电器托架 继电器托架位于驾驶仪表板饰件之后，结构如图 18 所示。 与微型中央电气系统和辅助继电器托架的结构方式不同的是， 波 罗继电器托架与支承继电器的结构连为一体。 图图 18 继电器托架结构继电器托架结构 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 1未使用；2Mortonic 供电继电器；3预热塞继电器；4燃 油泵继电器（柴油发动机） ；5登车报警灯继电器；6大灯清 洗装置继电器；7起动锁止继电器；8小加热功率继电器；9 大加热功率继电器；10Simos 控制单元供电继电器；11X 触点过载保护继电器；12进油回路继电器；13燃油泵继电器 （汽油发动机） ；14电动辅助加热装置的保险丝支架；15柴 油发动机直接喷射装置继电器 6 藕接装置藕接装置 藕接装置用于连接车门中的电气部件与车载网络系统。其功 能：容易触及。分隔导线与车门。故障查询时容易查询。 （1）A 柱藕接装置 它位于 A 柱的上部车门铰链附近，结构如图 19 所示。藕接 装置中有与下列车门内电气部件的插头连接：喇叭、外后视镜、 车门关闭单元、报警灯。 图图 19 A 柱藕接装置结构柱藕接装置结构 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 （2）B 柱藕接装置 它位于 B 柱后车门的上部车门铰链附近，结构如图 20 所示。 藕接装置中有与下列车门内电气部件的插头连接：喇叭、车门关 闭单元。 图图 20 B 柱藕接装置结构柱藕接装置结构 7 紧凑型组合插头紧凑型组合插头 紧凑型组合插头，连接发动机室中的一部分车载网络系统和 车内一部分车载网络系统。它们通过模块内各插头进行连接，与 装备或车型系列无关。车载网络系统插头可以自由脱开，使检测 和安装工作更简便。紧凑型组合插头位于前围左侧，刮水器连杆 后。从发动机室和车内都可以触及，结构如图 21 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 图图 21 紧凑型组合插头结构紧凑型组合插头结构 紧凑型组合插头分为不同模块。各个模块采用不同颜色和机 械编码的插头进行连接，结构如图 22 所示。 CAN-BUS 汽车多路信息传输系统及其检修技术李东江 模块 用途 模块用途 A ABS、ESP H 未占用 B 变速箱、发动机、车身导 线、离合器踏板开关 I PTC 暖风装置、加速踏 板位置传感器、 制动踏板 开关 C 发动机供电装置 K 发动机、仪表板 D 灯、 车速调节装置、 CAN 驱动装置数据总线 L 空调器、 水箱风扇控制装 置 E 防盗报警装置 M ABS、ESP F 蓄电池+30 N 柴油发动机预热装置 G 仪表板 P 灯、 车窗清洗装置和刮水 器 图图 22 各个模块采用不同颜色和机械编码的插头结构各个模块采用不同颜色和机械编码的插头结构