卡車(chē)制造端的CAN總線故障分析與排除(1)

高恩壯 于彥權(quán) 鄭宇鋒 王鵬理

【摘? 要】隨著卡車(chē)電氣化趨勢(shì)發(fā)展的深入，各類(lèi)電控系統(tǒng)也隨之增多，而CAN總線作為控制器之間通信的橋梁，其作用日益顯現(xiàn)?？ㄜ?chē)制造階段因生產(chǎn)操作、制件品質(zhì)等因素會(huì)造成一系列的CAN總線方面的電氣故障，通常這類(lèi)故障相對(duì)于其他硬線故障更加復(fù)雜，值得分析和學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】CAN總線；電氣故障；分析方法

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.62? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）04-0083-03

【Abstract】With the development of truck electrification trend，all kinds of electronic control systems are also increasing. As a communication bridge between controllers，CAN-bus plays an increasingly important role. In the truck manufacturing stage，a series of CAN-bus faults will be caused by production operation，part quality and other factors. Compared with other hard-wire faults，such faults are usually more complex and worthy of analysis and learning.

【Key words】CAN-bus； electrical fault； analytical method

1? 前言

CAN總線方面的電氣故障現(xiàn)象雖復(fù)雜多樣，但也存在較強(qiáng)的規(guī)律性，本文只選取卡車(chē)制造端部分常見(jiàn)的CAN總線故障案例加以探討，同時(shí)為精簡(jiǎn)內(nèi)容、縮短篇幅，文中多幅插圖將被復(fù)用。

本文涉及整車(chē)產(chǎn)線生產(chǎn)中重要的電檢環(huán)節(jié)，即EOL檢測(cè)（整車(chē)下線檢測(cè)），通過(guò)檢測(cè)完成各控制器的電控?cái)?shù)據(jù)刷寫(xiě)、參數(shù)的錄入及傳感器的校準(zhǔn)等工作。EOL檢測(cè)得以進(jìn)行的前提則是電檢設(shè)備能夠與相應(yīng)的控制器通信，因各種因素導(dǎo)致控制器無(wú)法通信的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，故本篇文章正是筆者根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和心得領(lǐng)悟完成的。

2? 案例分析與排除

本文涉及多個(gè)車(chē)型和眾多控制器，組合和配置關(guān)系豐富且多變，因此在案例分析之前先作3個(gè)默認(rèn)的設(shè)定：①文中車(chē)輛采用標(biāo)準(zhǔn)OBD—Ⅱ診斷接口[1]，16個(gè)管腳中僅部分管腳被使用，如表1所示；②涉及電檢的各類(lèi)控制器中，除儀表控制器是經(jīng)通信/動(dòng)力CAN和診斷CAN嘗試檢測(cè)，其余控制器均經(jīng)診斷CAN或先通過(guò)診斷CAN連接至具有路由功能的電控，再由其轉(zhuǎn)接至目標(biāo)電控；③本文中車(chē)輛的診斷CAN總線，其CANH、CANL的正常電壓約為2.5V左右，其他總線的CANH、CANL的正常電壓分別約為2.6～2.7V和2.3～2.4V。

2.1? 案例1：節(jié)點(diǎn)未工作

某國(guó)Ⅵ車(chē)型儀表提示發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈、排放故障燈和駕駛員警告燈，診斷設(shè)備讀取發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元EMS的故障信息為：U029E00下游NOx傳感器通信超時(shí)，U029D00上游NOx傳感器通信超時(shí)，U02A200尿素品質(zhì)傳感器通信超時(shí)。

由于尿素品質(zhì)傳感器、上游氮氧傳感器（NOx）、下游氮氧傳感器均為后處理CAN總線上的節(jié)點(diǎn)，三者同時(shí)通信超時(shí)的現(xiàn)象可能是該條總線出現(xiàn)中斷，可通過(guò)查看后處理CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析斷路點(diǎn)，如圖1所示。

由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，如果該總線上存在斷點(diǎn)，斷點(diǎn)的位置也應(yīng)該在EMS之后（圖1中EMS左側(cè)）。另外如果總線上的節(jié)點(diǎn)未在工作狀態(tài)，則即使CAN總線連接良好也會(huì)報(bào)上述故障。

查看圖紙發(fā)現(xiàn)尿素品質(zhì)傳感器、上游和下游氮氧傳感器的供電來(lái)自同一支路，可能是該供電缺失導(dǎo)致的。用萬(wàn)用表測(cè)量尿素品質(zhì)傳感器處的供電，其電壓為0，顯然后處理CAN上的這3個(gè)節(jié)點(diǎn)并未工作。故障原因是駕駛室熔斷器盒內(nèi)該路供電熔斷絲熔斷，重新更換后，故障排除。

由本案例可知，不僅是供電缺失會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)無(wú)法工作，搭鐵缺失同樣會(huì)產(chǎn)生這種故障。

2.2? 案例2：相同節(jié)點(diǎn)

某國(guó)Ⅵ車(chē)型儀表提示發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈、排放故障燈和駕駛員警告燈，診斷設(shè)備讀取發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元EMS的故障信息為：U029D00上游NOx傳感器通信超時(shí)，U029E00下游NOx傳感器通信超時(shí)，后處理CAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與圖1相同。

經(jīng)過(guò)案例1的分析可基本排除上游和下游氮氧傳感器的供電問(wèn)題，應(yīng)檢查二者的插接情況。同時(shí)二者都是用于檢測(cè)氮氧化合物的傳感器，但在接線方面存在差異，根據(jù)CAN通信的原則，同一CAN總線上不能出現(xiàn)2個(gè)完全相同的節(jié)點(diǎn)[2]，上游和下游氮氧傳感器的管腳定義如表2所示。

檢查發(fā)現(xiàn)2個(gè)傳感器插接器對(duì)接良好，將上游NOx插接器拔下后發(fā)現(xiàn)其5號(hào)管腳內(nèi)無(wú)接線，意味著其與下游NOx接線完全相同，違背CAN通信的原則。按照設(shè)計(jì)要求重新接線后，故障排除。

2.3? 案例3：線束問(wèn)題

某國(guó)Ⅵ車(chē)型儀表提示故障現(xiàn)象與案例1類(lèi)似，診斷設(shè)備讀取發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元EMS的故障信息同案例1，后處理CAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同圖1一致。結(jié)合案例1的經(jīng)驗(yàn)，先測(cè)量了尿素品質(zhì)傳感器的供電和搭鐵，其電壓是正常的，但其后處理CAN電壓分別約為1.9V和1.8V，明顯低于正常值。懷疑后處理CAN上存在斷點(diǎn)或者干擾，導(dǎo)致多個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于“丟失”狀態(tài)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，線束對(duì)接處出現(xiàn)斷點(diǎn)的概率大。由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知后處理線束與底盤(pán)線束對(duì)接處CAN線有兩組，可重點(diǎn)排查此處。檢查發(fā)現(xiàn)，該處的CANL接線發(fā)生縮退，導(dǎo)致CAN通信中斷，如圖2所示，修復(fù)后故障排除。

由于CAN總線的2個(gè)終端節(jié)點(diǎn)都安裝有2個(gè)阻值為120Ω的終端電阻，與其他節(jié)點(diǎn)之間呈并聯(lián)關(guān)系，如圖3所示，因此正常情況下從該組CAN的任意節(jié)點(diǎn)處可測(cè)得約60Ω的電阻，斷開(kāi)一處終端時(shí)可測(cè)得的阻值約為120Ω。CAN總線中斷時(shí)也可以通過(guò)測(cè)量終端電阻的阻值分析接線中斷的大概位置。值得關(guān)注的是，車(chē)載OBD診斷接口通常是診斷CAN總線的一個(gè)終端，但終端電阻并不安裝于此處，而是安裝在診斷設(shè)備中，因此從診斷接口測(cè)得的診斷CAN終端電阻約為120Ω。

除了上述的接線端子縮退，實(shí)際生產(chǎn)操作中還有插接器漏接、連接不良、插針彎折、線束被磕碰、擠壓甚至拉斷等形式導(dǎo)致的斷路現(xiàn)象。

2.4? 案例4：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問(wèn)題

某液化天然氣（LNG）車(chē)型儀表上不顯示天然氣氣量數(shù)值，如圖4所示。診斷設(shè)備連接儀表讀取的故障信息為無(wú)故障，連接網(wǎng)關(guān)讀取的故障信息為：GCT節(jié)點(diǎn)丟失。GCT（Gas Capacity Transmitter）為L(zhǎng)NG液位變送器，通過(guò)CAN總線向儀表傳輸天然氣氣量信號(hào)。該節(jié)點(diǎn)丟失時(shí)可測(cè)量其供電、搭鐵和CAN線電壓是否正常，同時(shí)該裝置是舒適CAN上的節(jié)點(diǎn)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。氣量信號(hào)的傳輸路徑是：GCT采集的信號(hào)先經(jīng)舒適CAN發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)通過(guò)動(dòng)力CAN傳遞到儀表。

測(cè)量液位變送器GCT各管腳發(fā)現(xiàn)，其供電、搭鐵均正常，CANH和CANL電壓接近，約為2.5V左右，和正常電壓有些區(qū)別，但不能確定是否異常，還是再通過(guò)測(cè)量其他節(jié)點(diǎn)處的舒適CAN電壓再作判斷。

先測(cè)量網(wǎng)關(guān)處的舒適CAN電壓，其CANH和CANL分別約為2.67V和2.44V，表明舒適CAN電壓是正常的，而液位變送器GCT端的CAN線電壓卻不是如此。

再測(cè)量網(wǎng)關(guān)至液位變送器GCT的舒適CAN接線的通斷，發(fā)現(xiàn)二者的CANH和CANL均不導(dǎo)通，表明液位變送器GCT實(shí)際上并未連接在舒適CAN上。通過(guò)前面測(cè)量的CANH和CANL電壓均為2.5V的現(xiàn)象來(lái)看，該節(jié)點(diǎn)似乎被連接在了診斷CAN上。

測(cè)量液位變送器GCT至OBD診斷接口處的診斷CAN的通斷，發(fā)現(xiàn)二者導(dǎo)通，由此確定該故障是由于液位變送器GCT被錯(cuò)誤接入了診斷CAN中導(dǎo)致的。

液位變送器GCT接入診斷CAN時(shí)，雖然還具備監(jiān)測(cè)LNG液位的功能，但無(wú)法被傳送出去，因此不符合診斷和舒適CAN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求。更改接線后，故障排除。

2.5? 案例5：個(gè)別控制器無(wú)法通信

某車(chē)型EOL檢測(cè)時(shí)涉及8個(gè)控制器，僅車(chē)隊(duì)模塊FM無(wú)法通信。對(duì)于此類(lèi)僅有單個(gè)控制器無(wú)法通信的故障，大概率是該控制器本體的問(wèn)題，如插接器漏接、插接器線束問(wèn)題以及控制器本體故障等。同時(shí)如果工藝技術(shù)人員熟悉車(chē)型的CAN總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，排查起來(lái)將事半功倍。該車(chē)的車(chē)隊(duì)模塊FM與電檢設(shè)備通過(guò)診斷CAN通信，其診斷CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表明車(chē)隊(duì)模塊FM是通過(guò)電檢設(shè)備直連通信的，即不需要網(wǎng)關(guān)等具有路由功能的控制器轉(zhuǎn)接，因此可檢查車(chē)隊(duì)模塊FM與線束的連接情況。檢查發(fā)現(xiàn)，插接器的外觀和連接均正常，但車(chē)隊(duì)模塊FM上的指示燈不亮，表明該控制器未工作。用萬(wàn)用表測(cè)量插接器的各孔位電壓發(fā)現(xiàn)多處異常，即無(wú)24V供電，也無(wú)CAN線電壓。最終發(fā)現(xiàn)因車(chē)隊(duì)模塊FM的插接器與車(chē)身控制器BCM的2號(hào)插接器造型、結(jié)構(gòu)完全相同，而且二者安裝位置鄰近，導(dǎo)致“張冠李戴”。重新插接后，故障排除。

2.6? 案例6：關(guān)聯(lián)控制器無(wú)法通信

某車(chē)型EOL檢測(cè)時(shí)涉及13個(gè)控制器，僅有5個(gè)控制器檢測(cè)成功，該車(chē)的4組CAN總線與這5個(gè)控制器的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

由此可知前4個(gè)控制器的共同之處是其均為診斷CAN上的節(jié)點(diǎn)，儀表還支持動(dòng)力CAN通信，車(chē)輛的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（不含動(dòng)力CAN）如圖7所示。

由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇芍妆P(pán)CAN上節(jié)點(diǎn)（除VCU外）在電檢時(shí)不能直連診斷CAN，而是通過(guò)整車(chē)控制器VCU轉(zhuǎn)接；而舒適CAN上的節(jié)點(diǎn)還需要通過(guò)車(chē)身控制器BCM的轉(zhuǎn)接。由檢測(cè)結(jié)果基本可猜測(cè)底盤(pán)CAN出現(xiàn)故障的概率較大，因?yàn)樵摻MCAN總線的故障導(dǎo)致電檢設(shè)備無(wú)法與BCM通信，進(jìn)而也無(wú)法連接舒適CAN上的其他節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)檢查車(chē)輛保險(xiǎn)杠線束的連接情況，該段線束上通常接電子掃描雷達(dá)，雖然該車(chē)并無(wú)此配置，但底盤(pán)CAN線束仍然由此處經(jīng)過(guò)，因此需要一插接器與保險(xiǎn)杠線束對(duì)接，實(shí)現(xiàn)CAN線的閉環(huán)，如圖7中橢圓框標(biāo)注所示。

檢查對(duì)接處發(fā)現(xiàn)，底盤(pán)CAN在保險(xiǎn)杠線束端與插接器端接線完全錯(cuò)位，如圖8所示，因此底盤(pán)CAN在該處中斷，電檢設(shè)備無(wú)法與ABS、RCU及BCM通信，同樣也無(wú)法連接舒適CAN上的節(jié)點(diǎn)。線束修復(fù)后，再次電檢，故障排除。

對(duì)于這種通過(guò)路由轉(zhuǎn)接進(jìn)行電檢的方式，其故障模式有著鮮明的特點(diǎn)，通常是無(wú)法通過(guò)檢測(cè)的控制器數(shù)量多且大多為處于同類(lèi)型CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)。

2.7? 案例7：通信速率問(wèn)題

某車(chē)型的攝像頭、電子掃描雷達(dá)無(wú)法標(biāo)定，儀表提示LDW、FCW故障燈，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后儀表還提示VCU故障燈。診斷設(shè)備無(wú)法連接攝像頭控制器LDW（與雷達(dá)共用一控制器），讀取的VCU故障信息為：BCM節(jié)點(diǎn)丟失。

檢查車(chē)身控制器BCM發(fā)現(xiàn)其線束插接良好，測(cè)量其供電和搭鐵也正常。根據(jù)該車(chē)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖7所示，依次測(cè)得車(chē)身控制器的CAN線電壓分別為1.78V、3.32V、2.33V和 2.67V，前兩個(gè)數(shù)值與正常值有著明顯差異。由于該車(chē)配置有整車(chē)控制器VCU，因此車(chē)身控制器BCM不能直接連接診斷CAN，對(duì)比圖紙可知電壓異常的一組電壓來(lái)自于舒適CAN。而攝像頭無(wú)法連接，表明舒適CAN已經(jīng)發(fā)生故障。診斷設(shè)備連接儀表讀取的故障為：U29F500車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)丟失，U014000車(chē)身控制模塊節(jié)點(diǎn)丟失，U003800舒適CAN全部節(jié)點(diǎn)丟失，U150900舒適總線LIMPHOME狀態(tài)，也將故障指向了舒適CAN。

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇芍?chē)身控制器BCM是經(jīng)整車(chē)控制器VCU通過(guò)底盤(pán)CAN連接診斷設(shè)備的，也是通過(guò)底盤(pán)CAN與整車(chē)控制器VCU進(jìn)行通信的，但從測(cè)得的電壓來(lái)看車(chē)身控制器BCM處的底盤(pán)CAN電壓是正常的，分析至此懷疑是車(chē)身控制器BCM本體存在故障。

通過(guò)核對(duì)控制器零件號(hào)發(fā)現(xiàn)該車(chē)安裝了錯(cuò)誤版本的車(chē)身控制器BCM，該控制器和正確版本的控制器在CAN線方面有如下區(qū)別，見(jiàn)表4。錯(cuò)誤版本的BCM是診斷CAN和舒適CAN上的節(jié)點(diǎn)，而正確版本則為舒適CAN和底盤(pán)CAN上的節(jié)點(diǎn)，需要與整車(chē)控制器VCU配合使用，且前者控制器的通信速率為500kb/s，這種差異會(huì)導(dǎo)致CAN線電壓異常。更換正確的車(chē)身控制器BCM后，故障排除。

3? 總結(jié)

本文敘述的內(nèi)容多來(lái)自于工作實(shí)踐，因此未對(duì)CAN總線原理作深入研究，旨在對(duì)卡車(chē)生產(chǎn)或維修領(lǐng)域提供一些故障案例，能對(duì)相關(guān)從業(yè)人員起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯? 楊? 景）