大众POLO轿车CAN网络系统控制原理与故障诊断

2024年1月17日发(作者：宝马z4敞篷跑车怎么开敞篷)

田宝春

【摘要】阐述了车载CAN总线的特点及组成,分析了大众POLO轿车CAN网络系统的控制过程,并以具体的案例阐述CAN网络出现故障时诊断方法.

【期刊名称】《装备制造技术》

【年(卷),期】2010(000)002

【总页数】5页(P84-88)

【关键词】POLO轿车;CAN网络;原理;故障诊断

【作者】田宝春

【作者单位】浙江交通技师学院汽车技术系,浙江,金华,321015

【正文语种】中文

【中图分类】U463.6

自20世纪50年代汽车技术与电子技术开始结合以来，电子技术在汽车上的应用范围也越来越广。特别随着大规模、超大规模集成电路的运用，为汽车提供了速度快捷、功能强大、性能可靠、成本低廉的汽车电子控制系统。但随着电子技术的普遍应用，车辆控制单元，相应的传感器和执行器的数目不断增加，使车上的线路也越来越复杂。按照这样的发展趋势，车上的有限空间根本不能满足汽车发展的需求。

为了应对增多的控制单元与线路，现代汽车广泛采用串行数据总线传输方式（CAN总线）传递信息（如图1），即将所有信息沿两条线路传输。这种传输方

式中，线路数与控制单元以及所传递的信息量的数量是无关的。因此当控制单元间需要交换大量信息时，CAN总线的优越性就体现了出来。

图1 串行数据总线传输方式

1 CAN总线系统的特点及组成

1983年由博世（Bosch）公司开发CAN数据总线应用于汽车制造业，为汽车的控制器之间的数据交换提供了一种特殊的局域网。到上个世纪90年代，CAN以成为汽车行业内采用得最广泛的通信协议，并已成为世界串行通信协议的一种标准，为数据高速公路确定统一的“交通”规则。

CAN是Controller Area Network的缩写，称为控制单元的局域网。CAN系统的控制单元的连接方式采用铜缆串行方式，由于控制器采用串行合用方式，因此不同控制器之间的信息传送方式称为广播式传输。

1.1 CAN总线的优点

（1）总线功能有较高的可靠性和功能安全性，能减少因插头连接和导线所引起的故障。

（2）减少导线数量，因导线减少而降低装配成本，并减轻线束净质量。

（3）因采用较小的控制单元和插头，而使空间节约下来，并使安装和修改更加容易。

（4）控制器之间的数据传输较快。

（5）控制模块之间能共享传感器输入的信号。

（6）实现多个模块参与复杂的汽车系统操作。

（7）使用网络能提高诊断能力。

（8）能满足很高的安全性要求。

（9）系统诊断能力更强。

（10）节点多，价格便宜。

（11）抗干扰能力强。

（12）安全的数据通信协议。

1.2 CAN系统组成

CAN数据总线由控制单元、收发器、数据传输终端和数据传输线等构成（如图2所示）。

图2 CAN系统组成图

（1）CAN控制单元。基本车载网络系统由多个控制单元组成，一个控制器最基本的功能是作为一个运算器，它得到传感器或驾驶员操作按钮的信号，使用相应的程序进行运算，并可向与其连接的执行器发出控制命令，同时可将有关信号发送给其他控制器。所以，在网络中控制器不是独立工作的，而是作为一个整体，互通信号、无摩擦地协调工作。

（2）CAN收发器。CAN收发器安装在控制器内部，同时兼具接收和发送的功能，将控制器传来的数据转化为电信号送入数据传输线，同时也接收数据传输线中数据并转化送给CAN控制器。收发器通过TX线（发送导线）或RX线（接受导线）与数据传输总线相连。

（3）数据传输终端。数据传输终端是一个终端电阻，防止数据在导线终端被反射产生反射波，反射波会破坏数据。在驱动系统中，它接在CAN高线和CAN低线之间。标准CAN-BUS的原始形式中，在总线的两端接有两个终端电阻（如图3所示）。大众车型将负载电阻分布在各个控制单元内，其中在发动机控制单元中装有“中央终端电阻”，其他控制单元中安装个电阻，而电阻的阻值通常为66 Ω和2.6 kΩ。

图3 CAN系统终端电阻布置

（4）CAN数据传输线。为了减少干扰，CAN总线的传输线多采用双绞线，即可以防止电磁干扰对传输数据的影响，也可以防止本身对外界的干扰。其绞距为20

mm，截面积为0.35 mm2或0.5 mm2，这两条线传输的数据相同，分别被称为CAN高线（CAN-H）和CAN低线（CAN-L），控制器输出的信号同时向两根通信线发送，高低电平互为镜像

2 CAN总线结构

POLO轿车的CAN总线系统，由CAN驱动系统数据总线和CAN舒适系统数据总线组成，两者的区别在于传输速率和数据内容不同。

2.1 驱动系统CAN总线

图4 PO LO轿车驱动系统CAN总线系统组成图

驱动系统CAN总线以500 kb/s的传输速率工作，以便在对安全较重要的动力传动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J519（带有用于数据总线的诊断接口J533）、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J537及诊断插头组成（如图4所示）。

2.2 舒适系统CAN总线

舒适系统CAN总线以100 kb/s的传输速率工作，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）、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、诊断插头及控制单元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组成（如图5所示）。

图5 PO LO轿车CAN舒适系统数据总线组成图

2.3 数据总线的诊断接口J533（网关）

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，主要有两个

任务：

（1）在驱动系统CAN总线与舒适系统CAN总线间进行数据交换。由于两个总线系统传输速率不同，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。网关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。

（2）数据总线的诊断接口J533是将驱动系统CAN总线和舒适系统CAN总线上的诊断数据转换到车身导线上，反之亦然。这样就能将车辆、测量和信息系统VAS 5051的数据用于自诊断。发动机控制单元、自动变速箱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驱动装置数据总线上转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。

3 CAN总线控制

2002款POLO轿车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。各个控制单元在车速的位置如图6所示。

图6 PO LO轿车车载网络系统各控制单元在车上的位置

车载网络系统控制单元J519在车载网络系统中起到重要作用。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。

车载网络系统控制单元具有下列功能：负荷管理、车内灯控制、燃油泵进油控制、车窗清洗和雨刮控制（间歇运行和雨量传感控制）、外后视镜和后窗加热、后座椅靠背监控、转向信号灯和报警灯控制、喇叭控制、车速控制装置（转换CAN驱动装置数据总线上的信号）、遥控解除后备厢联锁、设备和开关照明、活动天窗和电动车窗升降机的功能保持；装配自动变速器车辆还具有选档杆锁定装置磁铁控制、启动锁止、倒车灯控制功能。

3.1 负荷管理

在行驶中，大量舒适性装备和电热器的使用（如座椅加热装置、后窗加热装置、外后视镜加热装置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。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责管理系统定期监控蓄电池电压。如果识别到车载网络系统中电压不足，车载网络系统控制单元将会采取措施，以保持行驶能力及车辆重新启动能力。如果电压降到12.2 V以下，车载网络系统控制单元将控制用电器暂时停止工作，控制流程如下：

提高空调压缩机功率接通外后视镜加热装置接通座椅加热装置接通后窗加热装置降低怠速转速

如果重新达到标准电压，车载网络系统控制单元会恢复元件工作，控制流程为：

提高怠速转速关闭后窗加热装置关闭座椅加热装置关闭外后视镜加热装置降低空调压缩机功率

3.2 车内灯控制

如果前部和后部车内灯开关都位于车门触点位置，在车辆停止而车门未关闭状态下，车载网络控制单元J519控制车内灯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，在车辆锁住或打开点火开关后，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，在点火开关闭约30 min后，车载网络控制单元自动关闭由手动打开的灯（车内灯、前后阅读灯、后备厢照明灯、杂物箱照明灯和化妆镜灯），该功能同样有利于保持蓄电池电量。如果车内灯开关不在车门触点位置，则撞车时车内灯不会接通（车内灯电路如图7所示)。

图7 车内灯控制电路

3.3 燃油泵供给控制

2002款POLO轿车中的汽油发动机有一个新的燃油泵供给控制装置。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。这个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。

打开驾驶员侧车门后，车门触点开关F2（或中控门锁F220的关闭单元）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。

车载网络系统控制单元中设置定时开关，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。打开点火开关或启动发动机后，燃油泵G6通过燃油泵继电器J17由发动机控制单元控制（燃油泵控制电路如图8所示）。

图8 燃油泵控制电路

3.4 雨刮器控制

（1）后窗雨刮器控制。在车速的间歇运行模式或下雨运行/档，在挂入倒车档后，后窗雨刮器自动刮水一次，其电路控制如图9所示。

图9 后窗刮水器控制电路

图10 前风窗刮水器锁止控制电路

（2）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（取决于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，则将信号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动作，直至发动机盖再次关闭（电路控制如图10所示）。

3.5 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接通。接通约20 min后，加热装置将自动关闭（电路控制如图11所示）。

3.6 后排椅靠背监控

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。后座椅靠背监控电路控制如图12所示。

图11 外后视镜和后窗加热控制电路

图12 后座椅靠背监控电路

3.7 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（手动接通或由于撞车）、防盗报警时闪烁、打开/关闭中控门锁时闪烁（电路如图13所示）。

图13 转向信号灯和报警灯控制电路

4 电动车窗不工作故障分析

4.1 故障现象

上海大众波罗（POLO）一台轿车在某装饰部加装一套防盗器和中控门锁后，出现电动车窗无法工作现象。

4.2 故障检测与排除

首先连接VAG 1552故障诊断仪，输入09地址码（车载网络管理系统控制单元），利用02功能（查询故障存储器）读取故障代码，得到两个偶发性故障代码：一个是电源电压太低；一个是CAN网络线断路。利用05功能（清除故障存储器）清除故障代码后，再利用02功能读取故障代码，此时没有故障代码存在。利用06功能（结束输出），再输入19（数据总线控制单元），利用02功能读取故障码，读得的故障代码是01330，含义是：Convenience Syscontral Unit-T393 Power

Supply To Small（舒适系统中央控制单元J393电源供给太小）。利用05功能清除故障代码后，再利用02功能读取故障代码，没有故障代码存在。按压车窗开关，没有反应。

再输入09地址码读取电脑版本为：

发现电脑编码不对，该车的电脑编码应该是17566，而读得的结果是09216。利用VAG1552故障诊断仪进入07（编码），输入17566。退出在进入19读版本，发现数据总线编码为00014，是正确的。

退出输入46地址码读取电脑版本为：

发现该编码也不对，该电脑编码应该是00067，而读得的结果为01024。利用VAG1552故障诊断仪进入07，输入00067。

退出系统，按压电动车窗开关，电动车窗工作正常。

4.3 故障分析

该车故障的真正原因是电脑编码错误，分析造成电脑编码错误的原因时，发现是在装饰部安装防盗器和中央门锁时，他们用试灯测量电脑管脚，可能是装防盗器时查找某个信号或电源时，误把试灯街头插入诊断导线K线或L线，错误地给电脑一个编码信号，从而导致这次故障。

现在汽车已经进入高科技时代，因此出现故障不要盲目的用试灯测量。因为很多汽车现在都是网络传输，如POLO轿车在德国装备了15块电脑，上海大众（POLO）轿车装备了14块电脑，全部电脑都是网络传输，数据共享，因此在故障检修时一定要小心。

5 结束语

CAN总线技术的运用，极大的提高了汽车的动力性、经济性、安全性和舒适性。也更好的解决了汽车的污染和节能等问题。未来，CAN总线技术在汽车上必然得到更广泛的使用。而车载网络系统出现故障，将导致汽车电控单元不能相互通信，从而引发故障，只有对车载网络技术熟练的掌握，才能适应当代汽车控制系统的维修。

参考文献：