CAN總線系統(tǒng)的故障診斷方法

◆文/吉林 景疆輝 趙云堂

目前，總線(LIN總線、CAN總線、FlexRay總線和MOST總線等)在汽車上的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，越來(lái)越多的開(kāi)關(guān)及傳感器信號(hào)通過(guò)總線進(jìn)行傳輸。這使汽車電子線路變得簡(jiǎn)單，但對(duì)不熟悉總線的汽車故障診斷人員來(lái)說(shuō)排除總線時(shí)就會(huì)遇到困難。本文以CAN總線為例，對(duì)其故障診斷方法進(jìn)行了介紹，希望對(duì)相關(guān)人員有所幫助。

一、CAN總線簡(jiǎn)介

CAN(Controller Area Network)是指控制單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。CAN數(shù)據(jù)總線是一種雙線式數(shù)據(jù)總線，相關(guān)控制單元都并聯(lián)在CAN數(shù)據(jù)總線上，這兩條線分別叫CAN-High線(CAN高位數(shù)據(jù)線)和CAN-Low線(CAN低位數(shù)據(jù)線)，并且扭絞在一起，所以也稱為雙絞線，如圖1所示。

圖1 雙絞線

通過(guò)這種數(shù)據(jù)傳遞形式，不管控制單元信息容量的大小，所有的信息都可以通過(guò)這兩條數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳遞。因此，如果控制單元間進(jìn)行大量的信息交換，CAN數(shù)據(jù)總線也能完全勝任。

對(duì)于大眾(Volkswagen)車型，CAN導(dǎo)線的基色是橘黃色。通常，不同類型的CAN總線，CAN-Low線的顏色均為橘黃棕，而CAN-High線的顏色會(huì)有所不同。例如，驅(qū)動(dòng)CAN顏色為橘黃黑；舒適CAN顏色為橘黃綠；底盤(pán)CAN顏色為橘黃藍(lán)；擴(kuò)展CAN顏色為橘黃灰；診斷CAN顏色為橘黃紅；信息娛樂(lè)CAN顏色為橘黃紫。

二、CAN總線的信號(hào)波形和終端電阻

下面以高爾夫嘉旅1.2T車型的驅(qū)動(dòng)CAN總線為例，介紹一下信號(hào)波形和終端電阻。

1.信號(hào)波形

CAN數(shù)據(jù)總線在工作時(shí)，CAN線的電壓在顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。隱性狀態(tài)時(shí)的電壓稱為靜電平，它是作用在CAN兩條導(dǎo)線上的預(yù)先設(shè)定值，驅(qū)動(dòng)CAN的預(yù)定值大約為2.5V。在顯性狀態(tài)時(shí)，CAN-High線上的電壓值會(huì)升高1V，而CAN-Low線上的電壓值會(huì)降低1V。于是在驅(qū)動(dòng)CAN數(shù)據(jù)總線上，CAN-High線的電壓為3.5V(2.5V+1V=3.5V)，而CAN-Low線的電壓為1.5V(2.5V-1V=1.5V)。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)為“on”時(shí)測(cè)得的高爾夫嘉旅車驅(qū)動(dòng)CAN的信號(hào)波形如圖2所示。此時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量CANHigh線的電壓為2.7V，測(cè)量CAN-Low線的電壓為2.3V。

圖2 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)為“on”時(shí)驅(qū)動(dòng)CAN的信號(hào)波形

在給車輛斷電后，信號(hào)波形如圖3所示。此時(shí)測(cè)量CANHigh線和CAN-Low線的電壓均為0。

圖3 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉后驅(qū)動(dòng)CAN的信號(hào)波形

2.終端電阻

接下來(lái)介紹數(shù)據(jù)傳輸終端。在CAN總線系統(tǒng)中，有兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸終端(電阻器，所以也稱為終端電阻)，作用是防止數(shù)據(jù)在傳輸線終端被反射回來(lái)并產(chǎn)生反射波，這將影響數(shù)據(jù)的正常傳輸。例如，驅(qū)動(dòng)CAN的兩個(gè)終端電阻分別位于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元和網(wǎng)關(guān)中，底盤(pán)CAN的兩個(gè)終端電阻分別位于制動(dòng)系統(tǒng)控制單元和網(wǎng)關(guān)中，舒適CAN的兩個(gè)終端電阻分別位于BCM(車身控制模塊)和網(wǎng)關(guān)中。終端電阻R的分布如圖4所示。

圖4 終端電阻R的分布圖

對(duì)于驅(qū)動(dòng)CAN、底盤(pán)CAN和舒適CAN，每個(gè)終端電阻的值為120Ω。這兩個(gè)終端電阻并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)60Ω的等效電阻，關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)后可以在兩條CAN線之間測(cè)量這個(gè)等效電阻。

同樣以高爾夫嘉旅的驅(qū)動(dòng)CAN為例，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的插頭上找到CAN-High線和CAN-Low線，如圖5所示。

圖5 連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的CAN線

在車輛斷電后，將萬(wàn)用表跨接到CAN-High線和CAN-Low線上，測(cè)量的電阻值為62.3Ω(與60Ω存在一定誤差，在可接受范圍內(nèi))。拔下發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的插頭，在插頭端測(cè)量CANHigh線與CAN-Low線的電阻為122.3Ω(此電阻即網(wǎng)關(guān)內(nèi)的終端電阻值)。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)的終端電阻，為125Ω。

用以上測(cè)量方法可以判斷終端電阻的好壞及CAN線是否存在斷路、短路等。例如，在CAN線不斷開(kāi)的情況下測(cè)得電阻值為60Ω左右，則說(shuō)明終端電阻正常；如果測(cè)得的電阻為120Ω左右，則說(shuō)明總線存在斷路；如果測(cè)得的電阻為零，則說(shuō)明兩條總線存在彼此短路的情形。

以上重點(diǎn)介紹了CAN總線的信號(hào)波形、電壓和終端電阻，然而實(shí)際上，在CAN總線的故障診斷中，下面兩種也是需要我們重點(diǎn)檢查的。第一是檢查CAN-High線和CAN-Low線的電壓值。車輛上15號(hào)電后，CAN-High線的電壓值為2.7V左右，CANLow線的電壓值為2.3V左右；車輛斷電后，CAN-High線和CAN-Low線的電壓值都為0。通過(guò)測(cè)量電壓值就可判斷CAN線是否存在對(duì)正極短路或者對(duì)地短路的情形。第二十檢查終端電阻。測(cè)量終端電阻值既可以判別終端電阻本身的好壞，也可以反映出CAN線是否存在斷路或短路。

三、故障案例

1.故障現(xiàn)象

一輛高爾夫嘉旅，配置EA211 1.2T發(fā)動(dòng)機(jī)，行駛里程8 200km，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。

2.故障診斷與排除

打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)后，儀表上多個(gè)警告燈點(diǎn)亮，包括OBD警告燈、ESP警告燈和安全氣囊警告燈。此時(shí)嘗試啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)機(jī)沒(méi)有任何反應(yīng)。用ODIS進(jìn)行故障診斷，發(fā)現(xiàn)各個(gè)控制單元里儲(chǔ)存有很多故障信息，如圖6所示。

圖6 控制單元中存儲(chǔ)有很多故障信息

通常，這些故障信息都與通訊相關(guān)。例如，0008-空調(diào)/暖風(fēng)電子裝置存儲(chǔ)的故障信息為U112100($7010F/459023)數(shù)據(jù)總線丟失信息；0019-數(shù)據(jù)總線診斷接口存儲(chǔ)的故障信息為U000900($10101/65793)驅(qū)動(dòng)系數(shù)據(jù)總線單線運(yùn)行模式/U010000($20276/131702)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元無(wú)通信；0042-駕駛員側(cè)車門(mén)電子設(shè)備存儲(chǔ)的故障信息為U112100($70033/458803)數(shù)據(jù)總線丟失信息；0076-泊車輔助系統(tǒng)存儲(chǔ)的故障信息為U112300($D01732/13637426)數(shù)據(jù)總線接收到的故障值。

根據(jù)故障信息，判斷為CAN驅(qū)動(dòng)總線出現(xiàn)問(wèn)題。尤其是根據(jù)“U000900($10101/65793)驅(qū)動(dòng)系數(shù)據(jù)總線單線運(yùn)行模式”與“U010000($20276/131702)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元無(wú)通信”，初步判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元連接的兩條CAN線有一條出現(xiàn)了斷路。

然后，測(cè)量終端電阻。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的插頭處找到CAN驅(qū)動(dòng)總線的CAN-High線和CAN-Low線，關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表測(cè)量?jī)蓷l線之間的電阻(注意不拔下插頭，用破線方式測(cè)量)，為122.3Ω，不正常，正常值應(yīng)為60Ω左右。這就確定了在驅(qū)動(dòng)CAN的某處存在斷路。

接下來(lái)拔下發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的插頭，在插頭端測(cè)量CAN兩條線之間的電阻為123.1Ω，正常。測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)的終端電阻為122.3Ω，也正常。將插頭插回發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，再次測(cè)量CAN兩條線之間的電阻，仍為122.3Ω。至此就可以基本判斷出是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元與插頭的CAN線針腳接觸不良。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元插頭處的CAN-High線的插孔端子變形、松曠。

處理插頭，之后插回發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，測(cè)量?jī)蓷lCAN線之間的電阻為62Ω，正常。嘗試用ODIS清除故障碼，發(fā)現(xiàn)之前與CAN通信有關(guān)的故障碼都可以清除。發(fā)動(dòng)機(jī)能正常啟動(dòng)，故障排除。

3.維修小結(jié)

該故障的原因是CAN驅(qū)動(dòng)總線的CAN-High線斷路，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)CAN處于單線運(yùn)行模式，因此發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。而何處斷路是通過(guò)測(cè)量終端電阻的方法確定的。另外還需注意，以U字母開(kāi)頭的故障碼，都屬于網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)方面的故障。