汽車CAN總線系統(tǒng)故障診斷

詹永富

（四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

目前汽車具有非常復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)以及大量傳感器和執(zhí)行器，不斷上升的復(fù)雜性導(dǎo)致各個(gè)控制單元之間必須發(fā)生數(shù)據(jù)交換，為此，開發(fā)人員基于計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了汽車CAN 總線系統(tǒng)，通過它能夠在控制單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。文章介紹了汽車CAN 總線系統(tǒng)中常見的故障現(xiàn)象及類型，并以PT-CAN 為例闡述了總線出現(xiàn)各種故障時(shí)的波形和信號特點(diǎn)。

1 總線系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象

原則上總線系統(tǒng)分為主總線系統(tǒng)和子總線系統(tǒng)，主總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，子總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換。總線系統(tǒng)不僅會(huì)遭受短路，而且當(dāng)水汽侵入時(shí)可能在接地、正極和CAN 導(dǎo)線之間出現(xiàn)接觸電阻。CAN 的所有故障通常被存儲(chǔ)在故障代碼存儲(chǔ)器中，故障記錄僅在個(gè)別情況下允許簡單的診斷，一般必須借助示波器進(jìn)行可靠的診斷。

CAN 總線常見的物理故障主要是由CAN 線路產(chǎn)生的，其中包括：1）CAN 數(shù)據(jù)導(dǎo)線斷路；2）CAN 數(shù)據(jù)導(dǎo)線對地短路；3）CAN 數(shù)據(jù)導(dǎo)線對電源電壓UB+短路；4）CAN_H 對CAN_L 短路；5）終端電阻開路。當(dāng)總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，該總線上的模塊通信均會(huì)受到影響。圖1 示出汽車CAN 總線系統(tǒng)控制單元樹狀圖，圖1b 中標(biāo)注黃色的模塊通信均不應(yīng)答。

圖1 汽車CAN 總線系統(tǒng)控制單元樹狀圖

2 PT-CAN總線的故障診斷

因現(xiàn)在新型車輛中主總線最低速率為500 kbit/s，在此，以數(shù)據(jù)傳輸率為500 kbit/s 的主總線系統(tǒng)PT-CAN 為例，介紹總線系統(tǒng)的故障診斷。其它相同速率的總線結(jié)構(gòu)和波形特點(diǎn)類似，唯一區(qū)別是PT-CAN具有第3 根導(dǎo)線，用作喚醒線，有的總線（如K-CAN2～5）則無需喚醒導(dǎo)線。PT-CAN 正常工作時(shí)波形，如圖2所示，總線未啟用時(shí)低位和高位的總線電平為2.5 V，總線啟用后，CAN 低位的電平降低到1.5 V，而CAN 高位的電平升高到3.5 V。

圖2 PT-CAN 正常工作波形圖

檢查故障前先斷開電源，將節(jié)點(diǎn)插頭逐一取下，然后再連接電源測量波形。若取下某節(jié)點(diǎn)后，波形恢復(fù)正常，說明故障點(diǎn)在該節(jié)點(diǎn)之后；反之，說明故障點(diǎn)在該節(jié)點(diǎn)之前。

文章將PT-CAN 總線出現(xiàn)故障時(shí)的各種波形列出（如圖3所示），以便在日常維修工作中用作參考。

圖3 PT-CAN 總線故障波形圖

CAN_H 對地短路，波形如圖3a所示，CAN_H 電壓約為0，CAN_L 電壓小于1 V，均為非正常波形；CAN_H 對電源短路，波形如圖3b所示，CAN_H 電壓為車載電壓，CAN_L 電壓接近車載電壓，均為非正常波形；CAN_L 對地短路，波形如圖3c所示，CAN_L 電壓約為0，CAN_H 電壓小于1 V，均為非正常波形；CAN_L 對電源短路，波形如圖3d所示，CAN_L 電壓為車載電壓，CAN_H 電壓接近車載電壓，均為非正常波形；CAN_H 與CAN_L 互短，波形如圖3e所示，CAN_H與CAN_L 電壓均約為2.5 V，均為非正常波形。

3 結(jié)論

文章通過描述故障現(xiàn)象、總線波形和信號特點(diǎn)，展現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的故障類型。在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，還會(huì)出現(xiàn)總線斷路和接觸電阻（由污垢、清洗劑、鹽、水汽和電纜磨損導(dǎo)致）等故障，此時(shí)均會(huì)出現(xiàn)波形畸變的情況。對于CAN 導(dǎo)線由電阻引起的負(fù)載，隱性電位會(huì)略微向負(fù)載電阻拉動(dòng)的方向移動(dòng)。如果負(fù)載電阻向接地拉動(dòng)，則這些電位向0 V 方向移動(dòng)，當(dāng)電阻向12 V 拉動(dòng)時(shí)，電位向12 V 方向移動(dòng)，顯性信號也同樣受影響。在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，必須非常細(xì)致地判斷由此產(chǎn)生的波形，因?yàn)楣收习Y狀與接觸電阻的大小有關(guān)，也可能差別很大。因此，對實(shí)際故障波形和標(biāo)準(zhǔn)波形進(jìn)行比較，可幫助維修人員迅速確定故障原因和故障位置，同時(shí)也為維修人員提供了一種總線故障診斷的思路和方法。