淺析汽車CAN-BUS的故障診斷

孫保海

摘 要：CAN總線（CAN-Bus）以其可靠性、實時性及靈活性的特點(diǎn)，在汽車ECU（Electrical Control Unit）通信中占據(jù)越來越重要的角色。Can-Bus實現(xiàn)車內(nèi)互聯(lián)系統(tǒng)由傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)互聯(lián)向總線式系統(tǒng)的進(jìn)化，在很大程度上降低了車內(nèi)電子系統(tǒng)布線的復(fù)雜度。然而在降低布線復(fù)雜度的同時，也給檢測帶來了一定的困難?？偩€上傳遞信號，而檢測信號的儀器首選示波器。但汽車用示波器價格昂貴、使用的理論基礎(chǔ)比較高。對此，文章針對CAN總線的檢測提出使用萬用表的方式進(jìn)行檢測，為CAN-Bus的檢測提供快速、方便的檢測方法。關(guān)鍵詞：CAN-Bus;檢測;電平信號;故障診斷中圖分類號：U472.42 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）08-147-03

Abstract： Can bus， with its characteristics of reliability， real-time and flexibility， plays an increasingly important role in the communication of automobile ECU （electrical control unit）. Can bus realizes the evolution of interior interconnection system from traditional point-to-point interconnection to bus system， which greatly reduces the complexity of interior electronic system wiring. However， while reducing the complexity of wiring， it also brings some difficulties to the detection. The signal is transmitted on the bus， and the oscilloscope is the preferred instrument for detecting the signal. But the auto oscilloscope is expensive and has a high theoretical basis. To this end， this paper puts forward the method of using multimeter to detect can bus， which provides a fast and convenient detection method for CAN bus detection.Keywords： CAN-Bus;?Testing;?Level signal;?Fault diagnosisCLC NO.： U472.42 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）08-147-03

前言

CAN-Bus（Controller?Area Network-Bus）協(xié)議最早是由德國BOSCH公司提出，用于汽車內(nèi)ECU之間的可靠通信。如今在汽車電子控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，成為歐洲汽車制造業(yè)的主體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，代表著汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的主流發(fā)展趨勢。

CAN-Bus是一種多主機(jī)方式的串行通訊總線，可以實現(xiàn)電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)共享，其消息的發(fā)布是廣播式的，在同一時刻網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)偵測到的數(shù)據(jù)是一致的。在一輛整車上，CAN總線上可以掛載發(fā)動機(jī)ECU、安全氣囊、巡航控制、電池管理等所有電控單元作為節(jié)點(diǎn)，從而保證了整個車輛所有電控單元信息的傳輸和共享。

CAN-Bus作為汽車的“神經(jīng)系統(tǒng)”，對于汽車的安全正常運(yùn)行至關(guān)重要。如果CAN-Bus系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者數(shù)據(jù)傳輸異常時，車輛就會出現(xiàn)各種各樣的奇怪故障現(xiàn)象，如儀表盤顯示故障、車輛啟動后無法熄火、發(fā)動機(jī)無法啟動、ABS報警等。

1 控制單元之間的通信

在汽車上，所有的控制單元之間的CAN通信都通過兩根數(shù)據(jù)線進(jìn)行。CAN能夠使用的物理介質(zhì)有多種，例如雙絞線、光釬、同軸電纜等，而汽車上大部分都是采用的雙絞線。使用雙絞線進(jìn)行信號傳輸時，采用的是差分電壓傳送，兩條信號線稱為“CAN-H”和“CAN-L”（如圖1）。

在靜態(tài)時，CAN-H和CAN-L上的共模輸入電壓為2.5V，即差分電壓為0V（最大不超過0.5V）。此狀態(tài)也稱為“隱性”狀態(tài)，邏輯電平為“1”。

在信號傳輸過程中，CAN-H的輸入電壓為3.5V，CAN-L的輸入電壓為1.5V，差分電壓為2V（最小不小于0.9V）。此狀態(tài)稱為“顯性”狀態(tài)，邏輯電平為“0”。

2 常見故障解析

CAN-Bus的常見故障出現(xiàn)在鏈路故障和節(jié)點(diǎn)故障，而鏈路故障又占了大多數(shù)。通過上面內(nèi)容中其對通信協(xié)議的分析可知，其在信號傳輸過程中，CAN-H和CAN-L都會有電壓存在。因此，在實際檢測過程中，為方便、快速的檢測，可以單獨(dú)測量其對地電壓（用萬用表進(jìn)行檢測時，測量數(shù)值為其平均電壓）。

車載自動診斷系統(tǒng)（OBD-II）能在汽車運(yùn)行過程中實時監(jiān)測發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)及車輛的其它功能模塊的工作狀況（如圖2），因此可以從詞接口檢測CAN總線。在OBD-II的接口定義中（如圖3），6#引腳連接CAN-H導(dǎo)線，14#引腳連接CAN-L導(dǎo)線，6#和14#引腳構(gòu)成動力CAN總線。部分車型還定義了3#和11#引腳為舒適CAN總線（本例圖中車型無3#和11#引腳定義）。

在車輛正常工作時，當(dāng)CAN總線被喚醒后，CAN-H對地電壓為2.6V左右，實車測量電壓為2.55V（如圖4），CAN-L對地電壓為2.4V左右，實車測量電壓為2.37V（如圖5）。CAN-H和CAN-L對地電壓隨著車型和車況的不同，其數(shù)值會有所變化，但二者的和一定是在5V左右。

2.1?CAN-H與CAN-L短路故障

出現(xiàn)短路的故障時，CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將整個關(guān)閉，此時所有電控單元將無法進(jìn)行通信，車輛無法啟動，儀表盤上的故障燈都會點(diǎn)亮。使用萬用表測量OBD-II接口的6#和14#引腳的對地電壓，二者的電壓值皆維持在2.5V左右，并且不會產(chǎn)生任何變化。

CAN-H與CAN-L的短路，分為節(jié)點(diǎn)短路和鏈路短路?？梢圆捎弥饌€斷開節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行判斷。將節(jié)點(diǎn)逐個斷開，若電壓恢復(fù)正常，則為節(jié)點(diǎn)短路;若斷開所有節(jié)點(diǎn)后，測量電壓依舊沒有變化，則判斷為鏈路短路。

2.2 CAN-H對電源短路故障

CAN-H對12V短路，CAN-H的對地電壓為12V，如果使用萬用表測量CAN-L的電壓，其值大約為10V左右，此時可以斷定是出現(xiàn)此類故障。

要判斷CAN-H對電源短路是節(jié)點(diǎn)還是鏈路原因造成，也可以采用斷開節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行判斷。如果判斷為節(jié)點(diǎn)故障，則控制模塊內(nèi)的CAN收發(fā)器故障，需要對該控制模塊進(jìn)行更換。

2.3?CAN-L對地短路故障

CAN-L如果出現(xiàn)對地短路的故障，部分車型的CAN容錯機(jī)制的特性比較好，車輛基本能夠正常運(yùn)行，但在診斷過程中是存在故障代碼的。

此時CAN-L的對地電壓為0V，CAN-H的隱性電壓也為0V，但其顯性電壓基本不變，即CAN-H的對地電壓（平均電壓）大約為1V。

2.4?CAN-H或CAN-L斷路故障

CAN-H或CAN-L斷路，則會導(dǎo)致斷路的節(jié)點(diǎn)無法進(jìn)行通信，但其他未斷路模塊不影響正常工作，這也是采用CAN總線的好處。

此時可以采用電阻測量的方式來檢測斷點(diǎn)。測量CAN-H和CAN-L之間的電阻，如果是120Ω，則有一個終端電阻斷路（如儀表等）;如果是60Ω，則是中間的某個節(jié)點(diǎn)斷路，需要使用替換法進(jìn)行檢查判斷。

3 總結(jié)

本文列舉了CAN-Bus系統(tǒng)的常見故障的快速判斷方法，

還有一些類似故障如CAN-H對地短路、CAN-L對電源短路等故障，可以參考上面列舉的方法進(jìn)行排除。

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