最新汽车总线波形分析与经典案例-大众CAN网络简介

（一）CAN基本介绍

大众集团的CAN网络。首次使用是大众公司的1997年型帕萨特车上的舒适总线，速率为62.5kbit/s（千位/秒），如图1-1所示。

2001年，大众集团内100kbit/s的CAN舒适总线已成为某些车的标准配置，如帕萨特，如图1-2所示。

如今，2014款途观，参与CAN总线通信的模块已达30个左右，并引入E-CAN（扩展CAN总线），如图1-3所示。

全新MQB平台，全车CAN总线均使用高速CAN（500kbit/s）。除增配备E-CAN和底盘CAN（A-CAN）外，还新增MOST光纤总线娱乐系统，LIN总线设备的数量也进一步增加，如图1-4所示。

CAN是Controller Area Network（控制器局域网络）的缩写，对于车上的整个系统来说，CAN总线有如下优点：

CAN总线起到所谓数据交换高速公路的作用，控制单元间的数据交换都在同一平台上进行；

传递速度快，传递数据量大；

CAN总线是一个开放系统，它可以与各种传输媒质进行适配，光纤导线；

降低车身自重；

排放、安全、舒适和控制、软件更新方面的需要。

普通连接：导线较多，电磁干扰大，插接件多且容易出现故障，传感器信号难以重复使用，控制单元复杂时无法随意增加接口数量，系统改动只能通过硬件实现，如图1-5所示。

CAN-BUS系统：极大简化了车辆布线，信号可以重复使用，传感器和信号导线减少，减轻了重量，总线设备持续检查所发送的信息，系统错误率低，如图1-6所示。

图1-1

图1-2

图1-3

图1-4

图1-5

图1-6

（二）CAN-BUS通信原理

1.CAN-BUS系统网络（PQ平台）

基本系统由多个控制单元组成。通过发射接收器，它们以并联的方式与总线连接。因此，所有的模块都处于相同的工作状态。换句话说，所有的控制单元都会同时被处理，如图1-7所示。

2.MQB平台车辆拓扑结构（2015年凌渡）（如图1-8所示）

3.车辆拓扑结构

网络结构也称拓扑结构，基本形式有总线形、树形、星形和环形等，如图1-9～图1-12所示。

4.CAN-BUS系统构件

（1）CAN-BUS系统构件如图1-13和图1-14所示。

（2）PQ平台总线终端电阻值，如表1-1所示。

（3）MQB平台总线终端电阻值，如图1-15所示。

（4）总线导线颜色如图1-16所示。

（5）CAN-BUS系统信息交换方式。

图1-7

图1-8

图1-9

图1-10

图1-11

图1-12

图1-13

图1-14

表1-1

图1-15

图1-16

系统中，一个控制单元发送信息，任何控制单元都可以接收这个被传送的信息，这个原理也被叫作广播信息方式。广播过程保证与总线连接的控制单元都具有相同的信息状态。控制单元要传递的数据首先根据协议被转换成具有特定CAN形式的信息。该形式的信息主要由以下部分构成，如图1-17所示。

（6）通信优先级判定。

所有控制单元都同时开始向CAN总线发射信息，为避免数据碰撞，在12位的状态域中预先定义数据的优先权。发射隐性电位“1”的控制单元，若检测到一个显性电压“0”，那么该控制单元停止发射转为接收，如图1-18所示。

（7）数据传递过程。

图1-18

①提供数据。相应控制单元向CAN控制器提供须发送的数据。

②发射数据。CAN收发器接收CAN控制器传来的数据并转化为电信号传递。

③接收数据。CAN-BUS网络中所有其他控制单元，作为潜在的接收器。

④检查数据。收到信号的控制单元，评估该信号是否与其功能有关。

⑤使用数据。如果接收到的数据是相关的，控制单元接受并处理，否则忽略，如图1-19所示。(www.xing528.com)

（8）数据安全措施。

外界环境的电磁干扰源发出电磁波，总线线缆会产生感应电压，对总线上传递的数据可能造成干扰和破坏。为保护数据，总线系统线路采取了必要的屏蔽手段，如图1-20所示。

两条数据线相互缠绕，防止电磁波干扰和向外辐射，规定绞距20mm，如图1-21所示。

两条数据线传递相同信号，但数值互为镜像（对称）。即便有干扰，两个信号的电位差也不变，如图1-22所示。

图1-19

图1-20

图1-21

图1-22

在维修故障车辆时，如需对CAN线缆进行修复，请使用专用工具VAS1978/VAS1978B。修理时不能有大于50mm的线段不绞合。修理点之间的距离至少要相隔100mm，以避免干扰，如图1-23所示。

图1-23

（9）诊断插头连接。

除发动机、自动变速器具有K诊断线外，其余控制单元均使用CAN总线诊断（2007年之后，取消K诊断线）。

总线存在两种不同的数据传输协议：

TP2.0；

UDS（诊断设备14版本支持）。

新的传输协议需要新的诊断软件版本与之相匹配。

J533网关诊断数据块：

驱动——125/126/127。

舒适——130/131/132。

信息娱乐——140/141，如图1-24所示。

不同区域CAN-BUS总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关（Gateway）来完成。另外，网关还具有改变信息优先级的功能。比如：车辆受正面撞击时，气囊控制单元会发出打开气囊的信号，这个信号的优先级在驱动系统是非常高，但转到舒适系统后，网关调低了它的优先级，因为它在舒适系统功能只是打开门和灯，如图1-25所示。

（10）网关电路图（新帕萨特），如图1-26所示。

（三）高速CAN

高速CAN信号和逻辑信号（如图1-27所示）。

CAN-High的高电平为：3.5V。

CAN-High的低电平为：2.5V。

CAN-Low 的高电平为：2.5V。

CAN-Low 的低电平为：1.5V。

图1-24

图1-25

PQ平台中驱动总线；MAB平台中所有总线。

PQ平台中诊断总线；MAB平台中所有总线。

PQ平台中仪表总线；MAB平台中所有总线。

（四）低速CAN

低速CAN信号和逻辑信号（如图1-28所示）。

CAN-High的高电平为：3.6V。

CAN-High的低电平为：0V。

CAN-Low 的高电平为：5V。

图1-26

图1-27

图1-28

CAN-Low 的低电平为：1.4V。

PQ平台中舒适总线；MAB平台中所有总线。

1.睡眠模式／唤醒

为了减少系统电源的功率消耗，可以将CAN器件设为睡眠模式以便停止内部活动及断开与总线驱动的连接。CAN器件可由总线激活或系统内部状态而被唤醒，如图1-29所示。

2.低速的睡眠和激活模式

如图1-30所示。

（五）LIN代表Local Interconnect Network（局部互联网络）

图1-29

图1-30

图1-31

“局部互联”指的是所有控制单元被安装在一个有限的结构空间（例如车顶）内，它也被称为“局部子系统”。一辆汽车中各个LIN总线系统之间的数据交换是通过CAN数据总线进行的，而且每一次只交换一个控制单元的数据。LIN总线系统是一根单线总线。导线有基本颜色（紫色）和识别颜色。导线截面积为0.35mm2。不需要进行屏蔽。系统允许一个LIN主控制单元和最多16个LIN从属控制单元之间进行数据交换。LIN总线的数据传送速率是1～20kbit/s。最多相当于舒适总线的1/5。睡眠状态LIN线电压为12V，传递速率为1～20kbit/s，公差范围较大，抗干扰能力强，不需屏蔽保护，如图1-31所示。

常见LIN总线连接：

J519—J400刮水电机控制单元；

J519—J397雨量光线传感器；

J386左前门控制单元—J388左后门控制单元；

J387右前门控制单元—J389右后门控制单元；

J527转向柱控制单元—E221多功能方向盘。