淺析大眾數(shù)據(jù)總線故障與檢測方法

孫煥新 邊輝

摘 要 隨著汽車數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的廣泛使用，對該系統(tǒng)故障的診斷和檢測顯得尤為重要。本文介紹了大眾CAN和LIN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的常見故障，分析了采用檢測儀、通用測量設(shè)備、示波器以及CAN總線分析儀四類設(shè)備檢測CAN總線故障的方法，為故障排除提供便利。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)總線 CAN總線 故障檢測

中圖分類號：U463.23 文獻標(biāo)識碼：A

Analysis of Public Data Bus Faults and Testing Methods

SUN Huanxin[1]， BIAN Hui[2]

（[1] Beijing Information Technology College， Beijing 100070；

[2] Beijing Industrial Technician College， Beijing 100023）

Abstract With the widespread use of car data bus system for the diagnosis and detection of system failure is particularly important. This article describes the common faults VW CAN and LIN data bus system， analyzes the use of detector， universal measuring device， CAN bus analyzer and oscilloscope four CAN bus failure detection device methods to facilitate troubleshooting.

Key words data bus； CAN bus； faults testing

1 數(shù)據(jù)總線故障

大眾數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)主要由CAN和LIN兩大數(shù)據(jù)總線組成。CAN數(shù)據(jù)總線是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的縮寫，表示控制單元彼此聯(lián)網(wǎng)并交換數(shù)據(jù)。主要為大眾車系動力傳動系統(tǒng)、舒適和信息娛樂系統(tǒng)控制單元之間以及組合儀表和診斷接口之間進行數(shù)據(jù)交換，常見的有動力CAN、舒適CAN、娛樂CAN、組合儀表CAN、診斷CAN（診斷數(shù)據(jù)K線）。LIN數(shù)據(jù)總線則表示局域互聯(lián)網(wǎng)，這種網(wǎng)絡(luò)控制單元布置在一個有限的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)。信息通過1個主控控制單元和最多16個副控控制單元進行交換。傳輸刮水器電動機、車燈和雨量傳感器以及防盜報警裝置組件數(shù)據(jù)。由于采用中央診斷接口或網(wǎng)關(guān)，因此兩大系統(tǒng)可相互交換數(shù)據(jù)。下面分別說明CAN和LIN兩大系統(tǒng)故障。

1.1 CAN數(shù)據(jù)總線故障

大眾CAN中的控制器和收發(fā)器很少出現(xiàn)故障。出現(xiàn)故障時，通過信息缺失或通過總線關(guān)閉控制單元表現(xiàn)出來。車輛機械振動、未正確加裝系統(tǒng)或未按規(guī)定進行車身維修故障時，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的物理層出現(xiàn)故障。例如，可能出現(xiàn)磨穿絕緣層、導(dǎo)線混淆、導(dǎo)線折斷或插頭接觸故障等情況?？刂茊卧R別到數(shù)據(jù)傳輸故障時，就會存儲一個故障碼，CAN數(shù)據(jù)總線就有故障識別。基于“ISO15765協(xié)議”的故障診斷得出了與數(shù)據(jù)總線有關(guān)的主要故障：（1）CAN-L斷路；（2）CAN-H斷路；（3）CAN-L正極短路；（4）CAN-H正極短路；（5）CAN-L負(fù)極短路；（6）CAN-H負(fù)極短路；（7）CAN-L和CAN-H彼此連接；（8）電阻缺失；（9）CAN-L和CAN-H斷路；（10）CAN-L和CAN-H彼此交叉；（11）CAN-L和CAN-H彼此連接且對負(fù)極短路；（12）CAN-L和CAN-H彼此連接且對正極短路。

1.2 LIN數(shù)據(jù)導(dǎo)線故障

對于LIN數(shù)據(jù)總線來說，沒有專用的ISO標(biāo)準(zhǔn)故障列表，因為該系統(tǒng)采用單線技術(shù)，所以只有幾種故障情況：（1）LIN數(shù)據(jù)導(dǎo)線斷路；（2）LIN數(shù)據(jù)導(dǎo)線對正極或?qū)ω?fù)極短路。

2 數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)診斷方法

由于CAN和LIN中可能產(chǎn)生的故障很多，因此沒有普遍適用的檢測工具和方法。因此，要根據(jù)具體情況決定使用哪些測量和檢測工具。主要使用工具和方法為：診斷測試儀、通用測量設(shè)備、示波器、CAN總線分析儀。

2.1 利用診斷測試儀檢測

連接在CAN和LIN數(shù)據(jù)總線上的控制單元通過“車載診斷”識別與總線有關(guān)的故障，例如，導(dǎo)線故障、信息錯誤、超時錯誤和硬件故障等。讀取故障碼后，可以利用這些故障碼信息有針對性地進行故障查詢。大眾車系可利用VAS5052讀取故障碼，檢測數(shù)據(jù)信息。

2.2 利用通用測量設(shè)備檢測

利用通用測量設(shè)備可以確定終端電阻阻值、測量數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的電壓值以及檢查數(shù)據(jù)導(dǎo)線的導(dǎo)通性和是否短路。

2.2.1 測量電阻

測量電阻時，數(shù)據(jù)導(dǎo)線必須無電壓，若檢查系統(tǒng)進入休眠模式且關(guān)閉點火開關(guān)后數(shù)據(jù)導(dǎo)線上仍有電壓則需斷開蓄電池接線。在舒適CAN系統(tǒng)中，無法利用通用測量設(shè)備靜態(tài)測量電阻值，因為電阻不是并聯(lián)連接的。

控制單元的終端電阻是通過斷電等候后，斷開待測控制單元，將歐姆表連接在總線導(dǎo)線的接口上測量的。終端電阻通常安裝在屬于車輛基本裝備的兩個控制單元內(nèi)，測量時總線上不能有其他的測量設(shè)備，供電系統(tǒng)需關(guān)閉。大眾動力CAN系統(tǒng)的上兩個控制單元終端電阻均為120 ，并聯(lián)總電阻為60 。根據(jù)實際測量電阻值分析故障原因：A.小于5 ，說明CAN-L和CAN-H之間短路，需要從總線上斷開控制單元接線并重復(fù)進行測量；B.大于5 小于60 ，說明總線上至少安裝了第三個帶有終端電阻的控制單元、某個控制單元的終端電阻有故障、有電流分流，需要從總線上斷開不帶終端電阻的控制單元、尋找電流分流部位；C.大于70 ，若大于70 小于140 ，則可能只在一個控制單元內(nèi)部有終端電阻，或者是帶終端電阻的控制單元的總線導(dǎo)線中至少有一個導(dǎo)線斷路；若大于140 ，則說明至少兩個控制單元的連接中斷。可以從總線上斷開控制單元的接線、尋找導(dǎo)線斷路部位。D.符合規(guī)定值，說明終端電阻正常且符合規(guī)定。

測量CAN數(shù)據(jù)總線電阻與總線端15、30、31之間的電阻，是在斷電后，將歐姆表依次連接在總線端15、30、31和其中一個數(shù)據(jù)導(dǎo)線上，在雙線系統(tǒng)中，必須檢測兩個導(dǎo)線。A.數(shù)據(jù)導(dǎo)線CAN-L和CAN-H與總線端31之間的測量值：若電阻值大于300 ，說明該系統(tǒng)正常；若小于300 ，則存在短路或電流分流至總線端31。B.數(shù)據(jù)導(dǎo)線與總線15和30之間的測量值：若每次測量時電阻都大于5K ，則說明未連接到總線端15和30且不存在故障；若測量電阻小于5K ，則表示所檢查的接口之間短路。以上這兩個種情況，都可以通過拔下控制單元、檢查控制單元插頭和連接部分進一步限定故障部位。

2.2.2 測量電壓

測量時點火開關(guān)必須處于打開狀態(tài)且沒有任何其他檢測設(shè)備連接在總線上。測量點與電壓值見表1。

表1 總線數(shù)據(jù)間測試點電壓

2.3 利用示波器檢測信號

采用這種測量方法時，可以在點火開關(guān)打開的情況下分析總線導(dǎo)線上的信號流，能夠迅速準(zhǔn)確地識別數(shù)據(jù)導(dǎo)線層面上的故障。信號所傳輸?shù)臉?biāo)識符或字節(jié)不能用于示波分析或評價，示波器只是隨機地觸發(fā)某個信息脈沖，僅限于評價數(shù)據(jù)導(dǎo)線的故障。采用典型波形的比較和分析，示波圖可以很快確定數(shù)據(jù)總線是否正常工作或是有故障。

在大眾車系中，利用示波器進行故障波形分析是診斷與檢測總線系統(tǒng)故障最有的效方法。使用VAS5051或VAS5052、示波器、汽車萬用表就可以完成大眾車系數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)故障分析，再現(xiàn)1.1中所提到的12種CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)故障波形，通過相應(yīng)的故障波形的比較分析，初步診斷故障。

利用示波器檢查休眠和喚醒功能，該診斷需要具備長時間監(jiān)控功能的示波器。檢查該功能時一般是車輛蓄電池處于放電過快的報修期，需將能啟用休眠模式的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)一起列入故障查詢程序內(nèi)。

2.4 利用CAN總線分析儀檢測CAN總線信息

利用CAN總線分析儀可以觀察和分析總線導(dǎo)線上的數(shù)據(jù)通信。該系統(tǒng)基于一臺計算機、軟件和一個接口（CAN硬件加密狗），插在并行接口或USB接口上的硬件加密狗包括了一個CAN控制器和一個收發(fā)器。利用CAN分析系統(tǒng)程序開始故障查詢前，應(yīng)先查詢數(shù)據(jù)總線接口內(nèi)控制單元的故障記錄。CAN分析系統(tǒng)正確連接在CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線上且進行組件配置后，計算機會顯示分析程序，其信息與示波圖所示相同，所顯示的十六進制編碼格式的比特形式編碼有助于分析所采集的信息。目前，CAN總線分析儀主要有：

（1）Kvaser Leaf Light CAN總線分析儀。該分析儀是一個單通道USB接口，用于CAN。它能夠很容易地把幾個接口接入標(biāo)準(zhǔn)PC。 小巧，高性能，低價格，特別適合于小預(yù)算項目。

（2）Kvaser USBcanII高性能USB CAN總線分析儀。該分析儀通過標(biāo)準(zhǔn)的USB端口提供一個雙通道CAN總線接口。該分析儀有三種規(guī)格可供選擇：兩個高速通道；一個高速和一個低速通道；一個高速通道和一個單線CAN。

（3）Kvaser LAPcan II 高性能PCMCIA CAN總線分析儀。該分析儀是個雙通道的CAN總線PCMCIA接口。其核心是雙重Philips SJA1000 CAN控制器、高性能的微處理器和存儲結(jié)構(gòu)以及強化的ESD魯棒性。

（4）Kvaser Memorator CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀。該記錄儀用于采集CAN總線數(shù)據(jù)，并記錄到標(biāo)準(zhǔn)的MMC或SD型閃存卡中（閃存卡的容量高達(dá)2GB）。該記錄儀通過一個標(biāo)準(zhǔn)的USB接口提供一個雙通道的CAN總線接口。其數(shù)據(jù)采樣率高達(dá)每秒16000個信息。

3 總結(jié)

綜合以上四種檢測大眾數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的方法，在使用過程中要多種方法結(jié)合，依據(jù)不同的車型和故障特點，采取不同的檢測方法?？偩€系統(tǒng)常規(guī)故障診斷流程是利用診斷儀進行故障碼的檢測，根據(jù)故障碼的提示，使用萬用表在總線系統(tǒng)中測量與排查故障點。為準(zhǔn)確方便地找到故障點，最好使用示波器讀取故障波形，利用不同故障具有不同波形信號的特征，將實測故障波形與典型波形做比較分析，可在較短的時間內(nèi)查找到故障點，及時進行故障排除，提高故障診斷的可靠性及排查效率。

參考文獻

[1] [德]施托德著汽車機電技術(shù)（三）[M].華晨寶馬汽車有限公司組，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2009.12.

[2] 屈敏，趙建華.車載CAN總線故障波形診斷法的研究與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011（2）：32-34.

[3] 趙江.大眾汽車數(shù)據(jù)總線（（CAN-BUS）技術(shù)淺析[J].才智，2013（29）：283.