汽車CAN總線系統(tǒng)故障檢測淺析

曹向紅

天津交通職業(yè)學(xué)院 天津市 300110

1 CAN總線在汽車中的應(yīng)用

汽車上電子控制單元越來越多，為減少汽車線束，同時(shí)降低整車成本，CAN總線技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。汽車CAN總線大致有兩種連接方式，一是高速CAN總線，速率可達(dá)到500kb/s。另一種是用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為100kb/s。

目前，CAN總線技術(shù)已被國內(nèi)外汽車企業(yè)廣泛應(yīng)用。結(jié)合信號(hào)重復(fù)率等情況，CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)共有五種類型：

第一類驅(qū)動(dòng)CAN數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)傳輸速率是500kb/s，屬于典型的高速CAN總線，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)控制單元中的應(yīng)用來建立網(wǎng)絡(luò)。

第二類是舒適CAN數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)傳輸速率是100kb/s，屬于低速CAN總線，利用舒適系統(tǒng)控制單元中應(yīng)用來建立網(wǎng)絡(luò)。

第三類是信息娛樂CAN數(shù)據(jù)總線。傳輸速率是100kb/s，屬于典型的低速CAN總線，利用導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用來建立網(wǎng)絡(luò)。

第四類是組合儀表CAN總線。它也是低速CAN總線之一，傳輸速率是100kb/s。

第五類是診斷CAN總線。它是高速CAN總線之一，傳輸速率是500kb/s。

2 CAN總線的組成與特點(diǎn)

2.1 CAN總線系統(tǒng)的組成

對于CAN數(shù)據(jù)總線來說，它主要有三個(gè)方面，一是ECU，即電控單元，二是傳輸介質(zhì)雙絞線，三是終端電阻。

1.電控單元

CAN總線連接的電控單元，就是我們所說的CAN總線節(jié)點(diǎn)，從理論來看，這一總線能夠與很多節(jié)點(diǎn)相連。對于電控單元來說，它包括很多方面，例如CAN控制器以及收發(fā)器等。

（1）輸入電路：用來接收傳感器和控制開關(guān)的輸入信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。

（2）輸出電路：這一電路能夠令控制信號(hào)向功率信號(hào)轉(zhuǎn)化，從而對執(zhí)行器有效驅(qū)動(dòng)，所以輸出電路包括放大驅(qū)動(dòng)電路。

（3）單片機(jī)：當(dāng)前，汽車電控單元內(nèi)單片機(jī)以增強(qiáng)型單片機(jī)為主，主要就是結(jié)合高溫、振動(dòng)等情況而開發(fā)的。

圖1 CAN總線的應(yīng)用

（4）CAN控制器：單獨(dú)的CAN控制器是以單片機(jī)為依托，主要是獨(dú)立數(shù)字集成電路芯片。

2.CAN數(shù)據(jù)傳輸線

在汽車中，使用的CAN數(shù)據(jù)線以雙絞線為主，它有兩類，一類是CAN高電平數(shù)據(jù)線，也就是CAN-High，一類是低電平數(shù)據(jù)線，也就是CAN-Low線。這一結(jié)構(gòu)可以對總線進(jìn)行共同讀寫。數(shù)據(jù)傳輸以差分電壓為主，這樣就算在1條數(shù)據(jù)線斷開的情況下，CAN數(shù)據(jù)總線也可以運(yùn)行。

3.CAN終端電阻

對于CAN來說，它的兩端與120歐電阻器相連，也就是與雙絞線兩側(cè)相連，對于終端電阻來說，能夠?qū)鬏斁€終端不受到反射的影響，從而返回方式以回波為主，不會(huì)對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生不良影響。

2.2 CAN總線的特點(diǎn)

CAN總線是一種將CAN物理層與數(shù)據(jù)鏈路層功能有效集合的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，能夠處理數(shù)據(jù)幀，它包括很多方面，例如數(shù)據(jù)塊編碼等。CAN總線具體特點(diǎn)如下：

1.可以多主方式工作。

2.采用雙線差分信號(hào)。

3.廣播傳輸報(bào)文。

4.全部節(jié)點(diǎn)均能夠獲取報(bào)文。

5.在協(xié)議中，無節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的約束，在總線中，能夠動(dòng)態(tài)改變節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

6.對于信息來說，它的內(nèi)容以標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)為主，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，這一標(biāo)識(shí)符只有一個(gè)。

7.根據(jù)需要可以進(jìn)行相關(guān)性過濾。

8.想要使系統(tǒng)數(shù)據(jù)一致性得以保證，就要有兩大功能，一是差錯(cuò)檢測機(jī)制，二是差錯(cuò)處理機(jī)制，例如接口抗電磁干擾能力等。

9.位編碼形式以MRZ位填充為主。

3 CAN總線系統(tǒng)故障案例分析

3.1 案例1：大眾CC 2.0TSI 至尊型打不著車

1.故障現(xiàn)象

起動(dòng)車輛時(shí)起動(dòng)機(jī)沒有反應(yīng)，發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)，偶爾起動(dòng)后隨即熄滅；組合儀表上多個(gè)故障燈點(diǎn)亮；組合儀表檔位沒有顯示。

2.故障診斷過程

分析故障現(xiàn)象： 制動(dòng)器電子系統(tǒng)、電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 、電子駐車系統(tǒng)等多個(gè)故障燈點(diǎn)亮，選檔桿單元E313指示燈閃爍。

使用診斷儀VAS5052A 掃描車輛，VIN碼無法識(shí)別！

圖2 診斷儀掃描車輛電腦

（1）不顯示VIN碼，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)電腦無通訊，動(dòng)力CAN總線上的控制單元都無法通訊，其他系統(tǒng)可正常讀取J533故障碼數(shù)據(jù)流。

圖3 讀取網(wǎng)關(guān)故障碼與數(shù)據(jù)流

（2）根據(jù)故障碼提示和數(shù)據(jù)流的顯示為動(dòng)力總線故障，大眾cc轎車動(dòng)力CAN總線網(wǎng)絡(luò)圖4所示，可能故障原因?yàn)椋?/p>

圖4 大眾cc轎車動(dòng)力CAN總線網(wǎng)絡(luò)圖

①CAN總線故障；

②控制單元故障。

分析故障碼：01771 大燈控制單元無通信，故障可能為大燈控制單元內(nèi)部損壞導(dǎo)致動(dòng)力總線失效，拔下大燈控制單元插頭，故障依舊。

（3）使用 VAS5051測試工具DSO測試動(dòng)力總線狀態(tài)，動(dòng)力總線 CAN-L 不正常。

（4）根據(jù)故障波形分析：CAN-L對地短路或虛接情況，檢測總線電阻，數(shù)據(jù)正常。當(dāng)拔下發(fā)動(dòng)機(jī)電腦的插頭時(shí)，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

（5）故障原因分析：J623發(fā)動(dòng)機(jī)模塊內(nèi)部故障，導(dǎo)致整個(gè)動(dòng)力總線癱瘓。

（6）故障處理方法：更換發(fā)動(dòng)機(jī)電腦。

（7） 專 用 工 具 /設(shè) 備：VAS5051、5052a、1526。

3.案例分析

本案例是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)電腦內(nèi)部CAN總線終端電阻故障，導(dǎo)致動(dòng)力總線癱瘓，經(jīng)測量發(fā)動(dòng)機(jī)電腦終端電阻：T94/68 、T94/67，得出故障電阻為0.078千歐，正常終端電阻為0.067千歐。

4 常見的CAN總線故障檢修方法

4.1 CAN總線線束類故障與檢修方法

CAN總線系統(tǒng)較為常見的故障有：

1.CAN-H和CAN-L的斷路、虛接

（1）在CAN-H斷路情況下，制動(dòng)踏板指示燈不工作，胎壓警報(bào)指示燈工作，儀表盤能夠?qū)⒉煌到y(tǒng)問題體現(xiàn)出來。

（2）在CAN-H虛接情況下，故障情況和前者基本相同。儀表盤能夠?qū)⑾到y(tǒng)問題體現(xiàn)出來，方向盤還可以提供助力，此時(shí)開啟發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)不運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)不能運(yùn)行。

（3）在CAN-L斷路情況下，故障和第一種情況十分相近。

（4）在CAN-L虛接情況下，故障情況和第一種情況相近。制動(dòng)踏板指示燈不運(yùn)行，胎壓警報(bào)指示燈運(yùn)行、EPC燈不工作。

2.CAN-H與CAN-L裝混（互短）

在CAN-H和CAN-L裝混的情況下，制動(dòng)踏板指示燈不運(yùn)行，胎壓警報(bào)指示燈運(yùn)行、EPC燈不工作；方向盤存在助力，P檔指示燈閃爍，儀表盤能夠?qū)⑾到y(tǒng)問題體現(xiàn)出來。

3.CAN-H與CAN-L對正極短路、虛接

（1）當(dāng)CAN-H對正極短路：故障現(xiàn)象不明顯，驅(qū)動(dòng)CAN進(jìn)入單線運(yùn)行模式。

（2）在CAN-H對正極虛接情況下，制動(dòng)踏板指示燈不運(yùn)行，胎壓警報(bào)指示燈運(yùn)行、EPC燈不工作；方向盤存在助力，P檔指示燈閃爍，儀表盤能夠?qū)⑾到y(tǒng)問題體現(xiàn)出來。

（3）在CAN-L對正極短路情況下，制動(dòng)踏板指示燈不運(yùn)行，胎壓警報(bào)指示燈運(yùn)行、EPC燈不工作；方向盤存在助力，P檔指示燈閃爍，儀表盤能夠?qū)⑾到y(tǒng)問題體現(xiàn)出來，發(fā)動(dòng)機(jī)不能運(yùn)行。

（4）在CAN-L對正極虛接情況下，故障情況和上述情況相同。

4.CAN-H與CAN-L對地短路、虛接

（1）在CAN-H對地短路情況下，制動(dòng)踏板指示燈不運(yùn)行，胎壓警報(bào)指示燈運(yùn)行、EPC燈不工作；方向盤存在助力，P檔指示燈閃爍，儀表盤能夠?qū)⑾到y(tǒng)問題體現(xiàn)出來，這時(shí)開啟發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)不運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)不能運(yùn)行。

（2）在CAN-H對地虛接情況下，制動(dòng)踏板指示燈不運(yùn)行，胎壓警報(bào)指示燈運(yùn)行、EPC燈不工作；此時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常啟動(dòng)。

（3）當(dāng)CAN-L對地短路：沒有明顯的故障現(xiàn)象。

（4）當(dāng)CAN-L對地虛接：沒有明顯的故障現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)總線進(jìn)入單線運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 CAN總線控制單元故障與檢修方法

1.對CAN線的終端電阻的檢測

（1）首先將安裝蓄電池的正、負(fù)級(jí)接線柱上面的導(dǎo)線拆卸。

（2）靜置5分鐘左右，等到蓄電池內(nèi)的所有電容器都放完電。

（3）用萬用表連接被測量導(dǎo)線，2個(gè)表筆分別放在CAN-H與CAN-L上，檢測終端電阻。

（4）拔下發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元插束，對終端電阻進(jìn)行測試，其總阻值沒有發(fā)生改變。將首個(gè)測試的線束插頭再重新安裝，之后將下一步有著終端電阻的控制單元的線束插頭拔下來，進(jìn)行測試。因?yàn)?個(gè)終端電阻是被并聯(lián)在一起的，所以單個(gè)終端電阻的阻值應(yīng)該是120歐姆，2個(gè)終端電阻的阻值是60歐姆。

2.對CAN總線節(jié)點(diǎn)的檢測

逐步對每一個(gè)ECU進(jìn)行檢測，檢查是否出現(xiàn)漏電或是短路的情況，可以使用替換的辦法。

（1）針對節(jié)點(diǎn)硬件故障：可以嘗試將疑似出現(xiàn)問題的電子控制單元從總線中斷開，倘若斷開，總線系統(tǒng)能夠運(yùn)行，那么代表著是這一斷開電子控制單元問題。

（2）針對節(jié)點(diǎn)軟件故障：一般是更換全新的ECU，并將全新的ECU重新編碼，通過專用的診斷儀器，依據(jù)儀器上的屏幕的菜單按操作重新編碼。

3.對CAN總線電源系統(tǒng)的檢測

（1）檢測搭鐵：對發(fā)動(dòng)機(jī)和車身接地進(jìn)行檢測，看其是不是可以搭鐵。

（2）檢測電源供電：對電源電壓進(jìn)行排查，看其是不是為正常值，同時(shí)對和車載系統(tǒng)相關(guān)的導(dǎo)線以及接頭是否出現(xiàn)問題。

4.CAN系統(tǒng)的自診斷

（1）讀取故障代碼：結(jié)合維修手冊，把診斷儀與故障診斷器相連，獲取故障碼。

（2）結(jié)合故障代碼來維修，結(jié)合故障代碼體現(xiàn)的內(nèi)容，對相應(yīng)位置進(jìn)行排查。倘若對CAN故障代碼和其它代碼進(jìn)行共同檢測，那么以CAN系統(tǒng)故障為主，優(yōu)先檢測。