現(xiàn)代汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)故障診斷方法

邵明朝+徐雪萍+顏傳武

摘 要：該文主要論述了現(xiàn)代汽車(chē)CAN總線(xiàn)信息傳輸技術(shù)在汽車(chē)發(fā)展中的應(yīng)用，具體介紹它的組成、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸原理，總結(jié)了CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的類(lèi)型，然后通過(guò)實(shí)際的故障案例分析，進(jìn)一步提出了現(xiàn)代汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)故障診斷的一般方法與步驟。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)檢測(cè)與維修 CAN總線(xiàn)系統(tǒng) 故障診斷與維修

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（c）-0037-03

人們對(duì)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和安全舒適性提出來(lái)更高的要求，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)電子應(yīng)用技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，汽車(chē)上的控制單元以及相關(guān)電子裝置的越來(lái)越多。目前在汽車(chē)行業(yè)中，電控單元ECM與其他汽車(chē)系統(tǒng)的電控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，他們之間普遍采用一種CAN-BUS總線(xiàn)技術(shù)，組成汽車(chē)電子裝置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這是一種可靠性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性又強(qiáng)的做法[1]。

隨著汽車(chē)電子技術(shù)的快速發(fā)展，CAN總線(xiàn)技術(shù)在現(xiàn)代汽車(chē)得到了廣泛應(yīng)用，作為一名汽車(chē)維修人員必須理解現(xiàn)代汽車(chē)CAN總線(xiàn)的組成、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，掌握CAN總線(xiàn)的故障類(lèi)型及分析、檢修方法。

1 汽車(chē)CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)的組成、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸原理

1.1 CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)的組成與結(jié)構(gòu)

CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)由一個(gè)控制器、一個(gè)收發(fā)器、兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端以及兩條數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)組成，如圖1所示。

CAN控制器是主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析與處理，并將數(shù)據(jù)與指令傳給CAN收發(fā)器，CAN收發(fā)器主要負(fù)責(zé)接收汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中其他控制單元向其發(fā)送的信息數(shù)據(jù)，以及將該控制單元發(fā)出的數(shù)據(jù)發(fā)送至CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中[2]。數(shù)據(jù)傳輸終端是一個(gè)電阻器，它的作用是防止數(shù)據(jù)在CAN總線(xiàn)終端被反射，從而干擾其數(shù)據(jù)的傳輸[3]。CAN總線(xiàn)的兩條線(xiàn)是一對(duì)雙絞線(xiàn)分別是CAN-H高線(xiàn)和CAN-L低線(xiàn)，將這兩條線(xiàn)相互纏繞在一起，目的是為了防止外界電磁波的干擾和向外輻射。

1.2 CAN總線(xiàn)的傳輸原理與過(guò)程

CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸原理主要是汽車(chē)控制單元之間的數(shù)據(jù)信息的共享。汽車(chē)的控制單元1向汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)，而其他控制單元接收這些數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)對(duì)汽車(chē)某一部分的控制單元有作用，就會(huì)被接收和處理并做出相應(yīng)指令，其余的控制單元對(duì)這些數(shù)據(jù)不會(huì)理會(huì)，則忽略這些數(shù)據(jù)[4]。因此，CAN網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)中所用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并沒(méi)有指定的接收者，汽車(chē)所有控制單元都會(huì)接收及處理，數(shù)據(jù)的具體傳輸過(guò)程可以分為以下五步[3]。

（1）提供數(shù)據(jù)：各控制單元向CAN網(wǎng)絡(luò)中其他的控制單元發(fā)送信息數(shù)據(jù)。

（2）發(fā)出數(shù)據(jù)：CAN收發(fā)器從CAN控制器處接收數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)出。

（3）接收數(shù)據(jù)：所有與CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的控制單元都成為接收器。

（4）檢查數(shù)據(jù)：控制單元對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，是否是該系統(tǒng)功能所需要的。

（5）認(rèn)可數(shù)據(jù)：如果所接收的數(shù)據(jù)是正確的，該系統(tǒng)需要的，就被接收并處理，反之不予理會(huì)。

2 汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)故障經(jīng)典類(lèi)型及診斷方法

目前大多數(shù)汽車(chē)都采用CAN-BUS總線(xiàn)技術(shù)，如果出現(xiàn)故障，維修人員必須先檢測(cè)汽車(chē)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否存在故障，因?yàn)槿绻?qū)動(dòng)CAN不正常，則汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)的統(tǒng)控制單元將無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，汽車(chē)將無(wú)法正常工作，給維修帶來(lái)很多困難。對(duì)于汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)故障的維修，應(yīng)根據(jù)實(shí)際車(chē)輛CAN總線(xiàn)的具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制理論具體分析。一般來(lái)說(shuō)，引起汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)故障的原因可以分為3種類(lèi)型：一是汽車(chē)供電系統(tǒng)故障；二是汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)控制單元故障；三是汽車(chē)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的線(xiàn)路故障[5]。

2.1 汽車(chē)電源系統(tǒng)故障引起的汽車(chē)多路信息傳輸系統(tǒng)故障

汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)電控單元ECM的正常工作電壓在10.5～15.0 V的之間，如果汽車(chē)的供電系統(tǒng)的電壓低于該區(qū)間，電控單元ECM就會(huì)出現(xiàn)短暫的停止工作，導(dǎo)致整個(gè)汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)短暫的無(wú)法通信，各控制系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)故障，汽車(chē)將無(wú)法正常工作。修復(fù)方法是給汽車(chē)供電系統(tǒng)充電，使電壓保持在10.5 V以上。

2.2 節(jié)點(diǎn)故障

節(jié)點(diǎn)是指在汽車(chē)CAN總線(xiàn)傳輸系統(tǒng)中的各個(gè)電控單元，因此，節(jié)點(diǎn)故障就是汽車(chē)各控制單元的故障，也是CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障，該類(lèi)型的故障一般只影響個(gè)別的系統(tǒng)無(wú)法正常工作，它包括軟件故障和硬件故障，這種故障一般采用更換電控單元并重新自適應(yīng)匹配的方式修復(fù)。

故障案例如下。

一輛一汽大眾速騰轎車(chē)經(jīng)維修后，右后門(mén)車(chē)窗升降不工作，用VAS 6150B專(zhuān)用診斷儀對(duì)舒適系統(tǒng)進(jìn)行診斷時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有的舒適系統(tǒng)均與診斷儀無(wú)法通信。左前門(mén)不能控制其他車(chē)門(mén)，4個(gè)車(chē)門(mén)門(mén)控開(kāi)關(guān)僅能在幾秒鐘內(nèi)對(duì)各自車(chē)門(mén)進(jìn)行控制，斷開(kāi)右后門(mén)控制單元J389后，診斷儀與各系統(tǒng)（除J389外）能正確通信，此車(chē)是更換右后門(mén)控單元后出現(xiàn)問(wèn)題。

查看原來(lái)汽車(chē)的維修記錄，發(fā)現(xiàn)跟換的右后門(mén)控單元零件號(hào)不同，分別采用的是CAN總線(xiàn)和LIN線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，控制單元的針腳好的含義功能不同如表1所示。

如果將LIN的控制單元裝入CAN的舒適系統(tǒng)中：

T18c/11的接腳CAN-H：因?yàn)镴389的LIN應(yīng)得到12 V（相當(dāng)于此針腳斷路狀態(tài)），所以，CAN-H能正常傳遞信號(hào)；T18c/12的接腳CAN-L：LIN發(fā)出的信號(hào)與CAN-L波形沖突，使CAN-L產(chǎn)生錯(cuò)誤的波形。結(jié)果：由于CAN-H傳遞正常的波形與CAN-L產(chǎn)生異常的波形同時(shí)傳輸給各控制單元（包括J533），各控制單元無(wú)法區(qū)別哪根線(xiàn)是正常，哪根線(xiàn)異常，只能全部停止工作。故障排除方法：更換原來(lái)零件號(hào)相同的控制單元。

節(jié)點(diǎn)故障的診斷方法是段節(jié)點(diǎn)法，逐一斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)中的控制單元，同時(shí)觀察CAN總線(xiàn)的波形，如果波形恢復(fù)正常就是該控制單元存在故障。

2.3 線(xiàn)路故障

當(dāng)汽車(chē)CAN總線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的線(xiàn)路出現(xiàn)故障時(shí)，如CAN線(xiàn)路的短路、斷路，都會(huì)引起CAN總線(xiàn)系統(tǒng)多個(gè)電控單元無(wú)法工作。判斷是否為線(xiàn)路故障時(shí)，一般采用汽車(chē)專(zhuān)用示波器來(lái)觀察通信數(shù)據(jù)信號(hào)波形是否與正確標(biāo)準(zhǔn)波形是否相符。

故障案例如下。

一輛大眾高爾夫轎車(chē)，偶爾無(wú)法啟動(dòng)，儀表上的警報(bào)燈全部點(diǎn)亮。用VAS 6150B專(zhuān)用診斷儀對(duì)舒適系統(tǒng)進(jìn)行診斷時(shí)，發(fā)現(xiàn)汽車(chē)許多控制單元都存在故障，讀取各個(gè)控制單元故障碼，發(fā)現(xiàn)都是有關(guān)動(dòng)力總線(xiàn)無(wú)信息的故障碼，所以，懷疑是網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)檢測(cè)J533的供電和接地，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，懷疑網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)故障，更換網(wǎng)關(guān)后汽車(chē)正常。過(guò)來(lái)幾天，該車(chē)的故障再現(xiàn)，因?yàn)樵摴收蠟榕及l(fā)性的，維修人員懷疑是動(dòng)力總線(xiàn)在某個(gè)地方短路，導(dǎo)致汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)法正常工作，通過(guò)示波器發(fā)現(xiàn)汽車(chē)動(dòng)力CAN的波形對(duì)地短路，維修人員逐步檢查動(dòng)力系統(tǒng)的各個(gè)控制單元的線(xiàn)束，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的連接線(xiàn)和雨刮臂有干涉，動(dòng)力CAN-H線(xiàn)的絕緣皮磨損與車(chē)身接觸導(dǎo)致對(duì)地短路。維修處理：修復(fù)破損的線(xiàn)束并且固定好。

排除鏈路故障的方法：首先通過(guò)示波器觀察CAN網(wǎng)絡(luò)的波形，確定傳輸線(xiàn)路的故障原因，是CAN-L與CAN-H短路還是段路，然后在網(wǎng)路的節(jié)點(diǎn)處逐一斷開(kāi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)觀察波形是否恢復(fù)正常，如果恢復(fù)正常則該點(diǎn)到控制單元的線(xiàn)路存在故障，通過(guò)逐一排除的方法，找到故障原因。

3 結(jié)語(yǔ)

該文首先簡(jiǎn)述了汽車(chē)CAN總線(xiàn)傳輸系統(tǒng)的組成和工作原理，將汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障類(lèi)型進(jìn)行了分類(lèi)，并且結(jié)合實(shí)際案例闡述各類(lèi)故障的診斷思路和維修方法，最后總結(jié)出CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般診斷方法如下。

（1）首先通過(guò)故障現(xiàn)象和初步診斷，確認(rèn)故障障范圍。

（2）通過(guò)分析CAN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定檢測(cè)計(jì)劃。

（3）檢查汽車(chē)CAN信息網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的線(xiàn)路是否存在短路和段路的故障，采用逐一替換法進(jìn)行檢測(cè)。

（4）如果是節(jié)點(diǎn)故障，可以采用切斷法進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)逐一切斷某一個(gè)節(jié)點(diǎn)，檢查網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否恢復(fù)正常。

參考文獻(xiàn)

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