奇特的低速CAN 總線通信故障

故障現(xiàn)象一輛2010款大眾途銳車，搭載BHR發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為19萬km，行駛中組合儀表上的多個故障燈（電動轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)故障燈、ABS故障燈、前照燈照明距離調(diào)節(jié)故障燈及空氣懸架系統(tǒng)故障燈等）突然點(diǎn)亮，且組合儀表背景燈熄滅，組合儀表右下角的蓄電池電量指示燈歸零，同時還伴有空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)不工作、車窗玻璃無法升降等故障現(xiàn)象。故障現(xiàn)象僅能持續(xù)幾秒鐘，然后一切恢復(fù)正常，故障頻率不高，也沒有規(guī)律，有時好幾天才出現(xiàn)1次，有時1天出現(xiàn)好幾次。

故障診斷用故障檢測儀檢測，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)中存儲有多個控制單元無通信的故障代碼（圖1），且這些控制單元都連接在舒適CAN總線上，由此推斷該車舒適CAN總線偶爾無法正常通信。

圖1 網(wǎng)關(guān)中存儲的部分故障代碼（截屏）

該車的舒適CAN總線為低速總線，數(shù)據(jù)傳輸速率為100 kbit/s，采用雙絞線連接，分別傳遞CAN-H信號和CAN-L信號。CAN-H線和CAN-L線之間沒有終端電阻，兩者是彼此獨(dú)立工作的。低速CAN總線支持單線模式，當(dāng)CAN-H線或CAN-L線其中一條導(dǎo)線出現(xiàn)故障時，比如斷路、對搭鐵短路或?qū)φ龢O短路，系統(tǒng)仍然可以工作；當(dāng)CAN-H線和CAN-L線相互短路時，兩條CAN線上的信號電壓是相同的，系統(tǒng)會關(guān)閉CAN-L線，只使用CAN-H線通信。

如圖2所示，在不發(fā)送信號時（隱形狀態(tài)），CAN-H線上的電壓約為0 V，CAN-L線上的電壓約為5 V；當(dāng)發(fā)送信號時（顯性狀態(tài)），CAN-H線上的電壓約為4 V，CAN-L線上的電壓約為1 V。

圖2 正常時舒適CAN總線的信號波形（截屏）

低速CAN總線一般不容易出現(xiàn)無法通信的故障，畢竟CAN-H線和CAN-L線同時損壞的概率很低，還有一種可能是某個控制單元損壞，造成整個舒適CAN總線都無法通信，但具體是哪個控制單元損壞不得而知，首先得想辦法采集故障出現(xiàn)時的數(shù)據(jù)。經(jīng)過反復(fù)試車發(fā)現(xiàn)，在盡可能多地使用車上的電器設(shè)備（比如接通前照燈、霧燈、危險報警燈、音響和空調(diào)，反復(fù)按喇叭，以及反復(fù)升降車窗玻璃）時，故障出現(xiàn)的頻率較高。

用pico示波器測得故障出現(xiàn)時舒適CAN總線的信號波形如圖3所示，分析認(rèn)為，CAN-H線和CAN-L線上在重復(fù)傳遞兩組不同的電壓波形，即CAN-H線在傳遞一組數(shù)據(jù)，與此同時CAN-L線在傳遞另一組完全不同的數(shù)據(jù)。用pico示波器診斷軟件自帶的串行譯碼功能對舒適CAN總線的信號波形進(jìn)行譯碼（圖4），發(fā)現(xiàn)CAN-H線上數(shù)據(jù)（藍(lán)色波形）的ID為404，CAN-L線上數(shù)據(jù)（紅色波形）的ID為408。由于每個ID只能對應(yīng)一個控制單元，因此CAN-H線和CAN-L線上的信息是由2個控制單元分別發(fā)送的。

圖3 故障出現(xiàn)時舒適CAN總線的信號波形（截屏）

圖4 對舒適CAN總線的信號波形進(jìn)行譯碼（截屏）

故障出現(xiàn)時CAN總線上仍能保持規(guī)律的電壓波形，暫時排除線路存在問題的可能。這個故障很奇怪，由于某種原因造成CAN-H線和CAN-L線上發(fā)送的信息不一致，控制單元無法識別CAN總線上傳遞的信息，以致整條舒適CAN總線上的控制單元均暫時失去通信。由于沒遇到過這種故障，只好仔細(xì)地分析波形，結(jié)果意外地發(fā)現(xiàn)舒適CAN總線偶爾處于單線模式（圖5），有時是CAN-H線上的信息缺失，有時是CAN-L線上的信息缺失，另外還注意到，故障發(fā)生前會連續(xù)出現(xiàn)幾次單線發(fā)送信息的情況。

圖5 舒適CAN總線偶爾處于單線模式（截屏）

真的有控制單元處于單線模式嗎？再次用故障檢測儀檢測，發(fā)現(xiàn)前部車身控制單元、后部車身控制單元、組合儀表、網(wǎng)關(guān)及左后車門控制單元等中存儲的故障代碼“單線的舒適/便捷功能數(shù)據(jù)總線組，斷路，靜態(tài)”無法清除。讀取網(wǎng)關(guān)中舒適CAN總線的通信數(shù)據(jù)流（圖6），發(fā)現(xiàn)只有左后車門控制單元處于單線模式，其他控制單元均能正常通信。拆下左后車門內(nèi)襯，測量左后車門控制單元與網(wǎng)關(guān)（該車的網(wǎng)關(guān)集成在組合儀表中）之間的舒適CAN總線是否導(dǎo)通，發(fā)現(xiàn)橙/棕色的CAN-H線斷路了，“飛線”搭接左后車門控制單元與網(wǎng)關(guān)的CAN-H端子，所有故障代碼均變?yōu)榕及l(fā)狀態(tài)，且舒適CAN總線的通信數(shù)據(jù)流也恢復(fù)正常，說明這就是故障原因。順著線路查找斷路點(diǎn)，最終在駕駛?cè)藗?cè)B柱下方發(fā)現(xiàn)問題，此處CAN-H線的接點(diǎn)進(jìn)水腐蝕（圖7），上面的3根線分別連接至網(wǎng)關(guān)、左后車門控制單元及駕駛?cè)藗?cè)座椅控制單元，其中網(wǎng)關(guān)與駕駛?cè)藗?cè)座椅控制單元的線路連接很牢固，而左后車門控制單元的線路只是稍微挨著一點(diǎn)，用手輕輕一拽就掉了，說明故障是由左后車門控制單元的CAN-H線虛接引起的。為驗(yàn)證推斷的準(zhǔn)確性，人為將左后車門控制單元的CAN-H線斷開，用故障檢測儀讀取故障代碼，發(fā)現(xiàn)仍然是之前的那幾個控制單元記錄舒適CAN總線處于單線模式的故障信息，同時還發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)升降左后車窗玻璃時，之前的故障現(xiàn)象就會出現(xiàn)。

圖6 網(wǎng)關(guān)中舒適CAN總線的通信數(shù)據(jù)流（截屏）

圖7 CAN-H線的接點(diǎn)進(jìn)水腐蝕

故障排除修復(fù)駕駛?cè)藗?cè)B柱下方的CAN-H線接點(diǎn)后反復(fù)試車，故障未再出現(xiàn)，交車半個月后回訪客戶，車輛使用一切正常，故障排除。

故障總結(jié)CAN總線使用兩條導(dǎo)線傳遞信息，為了消除干擾，控制單元在接收信息時使用差分信號，即用CAN-H線的電壓減去CAN-L線的電壓，以此確保數(shù)據(jù)能夠可靠傳輸。舒適CAN總線進(jìn)入單線模式后，抗干擾能力和容錯能力下降，在網(wǎng)絡(luò)通信繁忙時容易出現(xiàn)工作不正常的情況。