汽車CAN高速網(wǎng)故障特征波形分析

魏顯坤，黨嬌，鄧長(zhǎng)勇

（1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶401520，2.重慶廣播電視大學(xué)，重慶401520）

故障診斷與縱維修

汽車CAN高速網(wǎng)故障特征波形分析

魏顯坤1，2，黨嬌1，2，鄧長(zhǎng)勇1，2

（1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶401520，2.重慶廣播電視大學(xué)，重慶401520）

介紹了CAN高速網(wǎng)的波形特征，系統(tǒng)總結(jié)了CAN-H斷路、CAN-H與電源正極短路、CAN-H與電源負(fù)極短路、CAN-L斷路、CAN-L與電源正極短路、CAN-L與電源負(fù)極短路、CAN-H與CAN-L短路7種故障的波形，為CAN線的學(xué)習(xí)者及汽車檢測(cè)與維修技術(shù)提供了參考。

CAN高速網(wǎng)；故障特征；波形分析；德國(guó)雙元制

波形分析是德國(guó)汽車檢測(cè)與維修技術(shù)學(xué)徒及師傅雙元制培訓(xùn)中重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，信號(hào)波形是分析故障原因的重要的依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)的故障排除主要參考解碼儀上的故障碼，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試探排除，很少對(duì)故障波形進(jìn)行分析。對(duì)故障波形進(jìn)行分析，對(duì)疑難故障可以達(dá)到事半功倍的效果。本文根據(jù)在德國(guó)汽車檢測(cè)與維修雙元制培訓(xùn)學(xué)習(xí)筆記整理而來。

1 CAN高速網(wǎng)波形特征

CAN是Controller Area Network的縮寫，即控制器局域網(wǎng)。CAN總線是各控制器之間用于交換信息的數(shù)據(jù)總線。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸相比，數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)可減少線束，共用部分傳感器，節(jié)約成本。為避免電磁干擾，一般采用雙絞線形式傳輸數(shù)據(jù)。

按SAE的分類標(biāo)準(zhǔn)，CAN高速網(wǎng)的傳輸速度在125～1 000 kBit/s.CAN高速網(wǎng)應(yīng)用于汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，連接發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、ESP等電控系統(tǒng)。CAN高速網(wǎng)信息傳輸波形如圖1所示，在隱性位，VCAN-H=VCAN-L=2.5 V，VCAN-H-VCAN-L=0 V；在顯性位，VCAN-H=3.5 V，VCAN-L=1.5 V，VCAN-H-VCAN-L=2 V.在任何時(shí)刻，VCAN-H+VCAN-L=5 V.信息以差分方式傳輸，抗干擾原理如圖2所示。CAN-H與CAN-L在信息傳輸過程中受到干擾，波形產(chǎn)生毛刺，但信號(hào)電壓差值始終不變，即顯性位信號(hào)電壓差值為2 V，隱性位信號(hào)電壓差值為0 V，因此外界干擾對(duì)信號(hào)沒有影響。

圖1 CAN高速網(wǎng)信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)波形

圖2 高速CAN總線抗干擾原理

2 CAN線波形的組成及含義

CAN總線數(shù)據(jù)協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)化的，信息的長(zhǎng)度可以達(dá)到128位，由開始域、狀態(tài)域、未使用域、控制域、數(shù)據(jù)域、安全域、確認(rèn)域、結(jié)束域組成。開始域1位，標(biāo)識(shí)信息的開始；狀態(tài)域11～29位，一般11位，判斷數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)，0越多，數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)越高；控制域6位，告訴其他控制器數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，從而確定其他控制器是否正確完整地接受信息；數(shù)據(jù)域8～64位，長(zhǎng)度由信息決定；安全域16位，檢驗(yàn)信息傳輸是否正確；確認(rèn)域2位，接收控制器的反饋信息，當(dāng)接收控制器接收到正確信息，將1～1變?yōu)?～1，發(fā)送控制器就知道信息被正確傳輸；結(jié)束域7位，每個(gè)數(shù)據(jù)幀均以7個(gè)1結(jié)束，接受節(jié)點(diǎn)可以檢驗(yàn)信息傳輸結(jié)束，結(jié)束域結(jié)束后，至少有3位中斷；未使用域也叫填充位，每出現(xiàn)5個(gè)0（包括填充位）之后發(fā)1，每出現(xiàn)5個(gè)1（包括填充位）之后發(fā)0，防止控制器疲勞。

3 CAN高速網(wǎng)7種故障特征的波形分析

BOSCH740診斷儀示波器通道CH1測(cè)量CANH波形，通道CH2測(cè)量CAN-L波形，測(cè)量波形如圖3～圖10所示，以下圖形來自740示波器實(shí)車檢測(cè)，將整車CAN高速網(wǎng)設(shè)置7種故障分別測(cè)得，7種故障包括了CAN高速網(wǎng)的所有故障類型，可以通過波形判斷故障原因。具體表現(xiàn)如下。

圖3 CAN高速網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)波形

如圖3所示，CAN高速網(wǎng)系統(tǒng)無故障，測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)波形。通道CH1、CH2分別測(cè)得CAN-H、CAN-L波形均正常。故障波形和標(biāo)準(zhǔn)波形做對(duì)比，可以看出故障波形的特征。

如圖4所示，CAN-H與CAN-L短路是異常的原因，波形特征：CAN-H與CAN-L波形基本相當(dāng)，均在2.5 V左右。

圖4 CAN-H與CAN-L短路故障波形

如圖5所示，CAN-L斷路是異常的原因，部分無信號(hào)是波形特征，CAN-H信號(hào)波形受影響異常。

如圖6所示，CAN-H斷路是異常的原因，部分無信號(hào)是波形特征，CAN-L信號(hào)波形受影響異常。

圖6 CAN-H斷路故障波形

如圖7所示，CAN-H搭鐵是異常的原因，CANH信號(hào)電壓為0 V是波形特征，CAN-L信號(hào)波形受影響異常。

圖7 CAN-H接地故障波形

如圖8所示，CAN-L搭鐵是異常的原因，CAN-L信號(hào)電壓為0 V是波形特征，CAN-H信號(hào)波形受影響異常。

圖8 CAN-L接地故障波形

如圖9所示，CAN-H與電源正極短路是異常的原因，CAN-H信號(hào)電壓為12.9 V是波形特征，CANL因終端電阻（大小為120 Ω）的分壓，大小為11 V，異常。

圖9 CAN-H與電源正極短路故障波形

如圖10所示，CAN-L與電源正極短路是異常的原因，CAN-L信號(hào)電壓為12.9 V是波形特征，CANH因終端電阻（大小為120 Ω）的分壓，大小為11 V，異常。

圖10 CAN-L與電源正極短路故障波形

CAN總線波形測(cè)量可以用于識(shí)別CAN總線的故障，且有特殊的優(yōu)勢(shì)。解碼儀讀取故障是通過診斷接口和網(wǎng)關(guān)連接，讀取存儲(chǔ)在總線節(jié)點(diǎn)上的故障碼。如果診斷接口與網(wǎng)關(guān)之間線路故障，無法實(shí)現(xiàn)通信，解碼儀讀取不到故障碼，但CAN線波形檢測(cè)依然可以進(jìn)行，可以確定CAN高線是否正常，有故障則可通過波形確定具體故障及故障位置。

當(dāng)數(shù)據(jù)總線處于喚醒激活狀態(tài)，消耗的電流較大，所以總線系統(tǒng)有睡眠模式。將車子熄火，拔掉鑰匙，關(guān)閉車門和引擎蓋，大約半個(gè)小時(shí)后，車輛進(jìn)入休眠模式。CAN高速網(wǎng)在休眠模式下的信號(hào)電壓接近于0 V，測(cè)量值為：VCAN-H=0.1～0.2 V，VCAN-L=0.1～0.2 V，CAN線波形檢測(cè)可以判斷車輛是否處于睡眠模式。如果出現(xiàn)蓄電池放電過多的情況，需要首先檢查數(shù)據(jù)總線的睡眠和喚醒模式是否正常，測(cè)量睡眠模式放電電流是否合理。解碼儀讀取數(shù)據(jù)流和故障碼，總線必須處于喚醒狀態(tài)。

與解碼儀故障碼相比，波形檢測(cè)更加直觀，有助于幫助學(xué)生理解故障原因。另外，汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，解碼儀故障碼在故障排除過程中有一定的指導(dǎo)意義，但準(zhǔn)確度不夠，有些復(fù)雜故障需要多元件檢測(cè)綜合分析，波形檢測(cè)在復(fù)雜故障診斷中具有優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語

（1）CAN-H斷路、CAN-H與電源正極短路、CAN-H與電源負(fù)極短路、CAN-L斷路、CAN-L與電源正極短路、CAN-L與電源負(fù)極短路、CAN-H與CAN-L短路7種故障，CAN高速網(wǎng)均不能正常工作。

（2）CAN高速網(wǎng)不同于CAN低速網(wǎng)，CAN低速網(wǎng)在上述7種故障中，依然可以正常的進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但會(huì)失去抗干擾的能力，有可能會(huì)出錯(cuò)。熟悉故障波形特征，可提高故障排除效率。

（3）在診斷接口與網(wǎng)關(guān)之間線路故障無法實(shí)現(xiàn)通信及睡眠模式等特殊工況下，解碼儀無法工作，但采用示波器進(jìn)行波形檢測(cè)分析依然可以進(jìn)行。

（4）本文對(duì)CAN線波形的檢測(cè)，可以幫助初學(xué)者理解數(shù)據(jù)總線的通信以及數(shù)據(jù)總線故障的原因。

Cars CAN High-Speed Network Fault Signature Waveform Analysis

WEI Xian-kun1，2，DANG Jiao1，2，DENG Chang-yong1，2
（1．ChongQing Technology and Business Institute，Chongqing 401520，China；2.Chongqing Radio&TV University，Chongqing 401520，China）

This paper introduces the waveform characteristics of CAN high-speed network system，summarizes the CAN-H circuit，CAN-H circuit，CAN-H power supply and the positive and negative electrodes of the power supply circuit，CAN-L circuit，CAN-L circuit，CAN-L power supply and the positive and negative electrodes of the power supply circuit，CAN-H and CAN-L 7 kinds of short circuit fault waveform，provides a reference for learners and vehicle inspection and maintenance technology for CAN line.

CAN high speed network；fault characteristics；waveform analysis；german dual system

U471.14

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0221-03

2017-02-18

重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：143166）；重慶工商職業(yè)學(xué)院教研項(xiàng)目（編號(hào)：GZJG1512717）

魏顯坤（1985-），男，湖北十堰人，講師，碩士，研究方向：汽車現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法。