汽車CAN總線錯(cuò)誤幀故障分析

【摘 要】汽車CAN總線作為汽車電子電器行業(yè)應(yīng)用廣泛的通信技術(shù)，隨著整車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的不斷發(fā)展，總線上的節(jié)點(diǎn)不斷增多，汽車總線故障也愈發(fā)復(fù)雜。這對(duì)汽車診斷工程師診斷專業(yè)能力提出了很高要求。因此，掌握處理總線故障的思路對(duì)于解決總線故障問(wèn)題至關(guān)重要。文章以某車型樣車OBD故障燈故障作為案例進(jìn)行分析，介紹總線故障的診斷思路。首先，根據(jù)數(shù)據(jù)分析故障類型，接著通過(guò)排除法鎖定故障模塊，最終確認(rèn)問(wèn)題的根本原因。期望為其他診斷工程師解決總線故障提供一些借鑒經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】CAN總線;總線故障;OBD;故障類型

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）11-0045-02

Analysis and Research on Error Frame Fault of Automobile CAN Bus

【Abstract】Automotive CAN bus is a widely used communication technology in automotive electronic and electrical industry. With the continuous development of vehicle intelligence and network connection，the number of nodes on the bus is increasing，and the fault of automotive bus is becoming more and more complicated. This puts forward high requirements on the diagnostic professional ability of automotive diagnostic engineers. Therefore，it is very important to know how to deal with bus fault. This paper analyzes the fault of OBD lamp of a model car as a case，and introduces the diagnosis idea of bus fault. First，analyze the fault type according to the data，and then lock the fault module through the elimination method to finally identify the root cause of the problem. It is expected to provide some experience for other diagnostic engineers to solve bus faults.

【Key words】CAN bus;bus failure;OBD;fault type

新能源汽車產(chǎn)業(yè)將引領(lǐng)動(dòng)力電動(dòng)化、能源低碳化、系統(tǒng)智能化三大革命。新能源汽車的智能化發(fā)展離不開車載網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷迭代更新[1-2]。汽車總線作為一種在汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用的通信技術(shù)，提升了汽車電子的整體穩(wěn)定性。然而，在汽車電子應(yīng)用過(guò)程中，CAN總線很容易出現(xiàn)總線故障，并且隨著車用電氣設(shè)備越來(lái)越多，汽車總線技術(shù)的發(fā)展也使得故障變得越來(lái)越復(fù)雜。總線故障診斷分析對(duì)專業(yè)技術(shù)要求較高[3-4]。汽車總線常見的故障主要有通信錯(cuò)誤、總線短路、錯(cuò)誤幀、總線干擾、總線錯(cuò)誤等。很多CAN總線故障無(wú)法通過(guò)肉眼感知，需要通過(guò)CAN設(shè)備采集數(shù)據(jù)分析故障，若診斷工程師不具備較好的專業(yè)素養(yǎng)以及CAN工具的應(yīng)用能力，當(dāng)出現(xiàn)通信故障時(shí)很容易束手無(wú)策，問(wèn)題無(wú)法及時(shí)得到解決直接影響項(xiàng)目的研發(fā)進(jìn)度。因此，掌握CAN總線故障分析排查能力對(duì)于分析和解決CAN總線故障具有重要意義[5-7]。

1 理論技術(shù)介紹

汽車CAN總線故障的分析對(duì)工程師的要求比較高，除了要熟悉總線專業(yè)知識(shí)外，還要對(duì)整車的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞浅Ａ私猓硗?，分析排查?wèn)題時(shí)要求會(huì)使用CAN工具分析數(shù)據(jù)，同時(shí)要求會(huì)使用診斷工具讀取故障碼對(duì)故障進(jìn)行初步的診斷，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步分析可能原因，找準(zhǔn)問(wèn)題方向后，接著利用專業(yè)知識(shí)進(jìn)一步鎖定故障的具體原因和故障部位?？偩€故障排查流程如圖1所示。下文對(duì)總線Bus-Off故障排查流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1）使用CAN工具采集總線數(shù)據(jù)讀取整車CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，觀察總線數(shù)據(jù)是否有異常的情況。比如說(shuō)觀察總線是否有錯(cuò)誤幀，或者總線發(fā)送數(shù)據(jù)是否符合DBC設(shè)計(jì)要求。

2）采集總線數(shù)據(jù)后，判斷故障屬于鏈路故障還是節(jié)點(diǎn)故障。使用萬(wàn)用表量取總線電壓是否符合總線設(shè)計(jì)要求，比如測(cè)量總線CANH總線電壓異?；蛘呖偩€對(duì)地短路等情況。若符合設(shè)計(jì)要求，則屬于線路故障，按照鏈路故障流程進(jìn)行分析。如果不屬于線路故障，則繼續(xù)進(jìn)行排查。

3）通過(guò)拔總線模塊的熔斷絲或者拔掉模塊的接插件方式鎖定故障的問(wèn)題模塊。當(dāng)拔掉某個(gè)模塊接插件（熔斷絲）后總線未恢復(fù)正常，繼續(xù)往下拔掉其他模塊的接插件（熔斷絲），當(dāng)拔掉模塊后總線恢復(fù)正常，則初步懷疑該模塊總線節(jié)點(diǎn)存在故障。

4）通過(guò)拔總線模塊的熔斷絲或者拔掉模塊的接插件方式鎖定故障的問(wèn)題模塊。當(dāng)拔掉某個(gè)模塊接插件（熔斷絲）后總線未恢復(fù)正常，繼續(xù)往下拔掉其他模塊的接插件（熔斷絲），當(dāng)拔掉模塊后總線恢復(fù)正常，則初步判斷該模塊總線節(jié)點(diǎn)存在故障。

5）初步確定故障模塊后，對(duì)故障模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)測(cè)試，分析模塊出現(xiàn)故障的原因。針對(duì)問(wèn)題根本原因，采取更換硬件或者修改軟件的措施，并將問(wèn)題整改完畢。

某車型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示，該拓?fù)鋱D為兩網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，儀表IC模塊和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器EMS通過(guò)CAN總線信號(hào)交互，儀表接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制器發(fā)送的總線信號(hào)并驅(qū)動(dòng)OBD故障燈點(diǎn)亮。

2 問(wèn)題現(xiàn)象

在某車型的開發(fā)過(guò)程M1裝車階段，某一臺(tái)樣車出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)OBD故障燈亮的情況。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)模塊報(bào)出燃油液位信號(hào)掉線故障碼（油位傳感器信號(hào)丟失/失效/校驗(yàn)錯(cuò)誤），其他節(jié)點(diǎn)則報(bào)出儀表通信節(jié)點(diǎn)丟失當(dāng)前故障碼。

3 問(wèn)題分析

首先，采集CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)總線存在大量錯(cuò)誤幀，包括格式錯(cuò)誤和填充錯(cuò)誤。接著采集一段儀表模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)在源網(wǎng)段和目標(biāo)網(wǎng)段均存在計(jì)數(shù)異常的情況。BCAN上的儀表報(bào)文的Rolling Counter計(jì)數(shù)異常，出現(xiàn)丟幀情況。通過(guò)網(wǎng)關(guān)路由轉(zhuǎn)發(fā)到PCAN上，EMS接收儀表發(fā)送的報(bào)文，從而導(dǎo)致EMS偶發(fā)性報(bào)油位傳感器信號(hào)丟失/失效/校驗(yàn)錯(cuò)誤故障碼（U0676）。如圖4所示，分析總線上其他節(jié)點(diǎn)（T-BOX、BCM、IC）的數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)存在丟幀的情況?？偩€錯(cuò)誤幀對(duì)BACN的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送有顯著影響。

其次，檢查總線電壓無(wú)異常情況，確定線路上無(wú)故障，基本排除了鏈路故障的原因。進(jìn)一步按照上一節(jié)介紹的總線Bus-Off故障排查流程，對(duì)錯(cuò)誤幀所在網(wǎng)段的總線模塊進(jìn)行逐個(gè)拔熔斷絲的操作，以鎖定具體的故障模塊。依次拔儀表、車身控制器、車機(jī)模塊、胎壓模塊、信息娛樂模塊的熔斷絲。當(dāng)拔掉胎壓模塊時(shí)，錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)消失。

然后，通過(guò)對(duì)故障件胎壓模塊進(jìn)行單節(jié)點(diǎn)測(cè)試，并經(jīng)過(guò)軟件版本號(hào)和硬件版本號(hào)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)故障件屬于借用件，故障件的CAN波特率為125kBaud，而總線定義網(wǎng)段的波特率為500kBaud。經(jīng)確認(rèn)，TPMS的波特率125kBaud和整車網(wǎng)絡(luò)500kBaud不匹配，造成整個(gè)CAN總線通信異常錯(cuò)誤幀的問(wèn)題。

4 問(wèn)題解決方案

針對(duì)上述開發(fā)過(guò)程中因錯(cuò)誤幀引起的OBD故障燈的問(wèn)題，修改胎壓模塊的底層軟件，配置軟件底層定義的波特率，修改為500kBaud，并同步進(jìn)行單節(jié)點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試無(wú)問(wèn)題后，安裝在車上并進(jìn)行單節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，測(cè)試模塊的單節(jié)點(diǎn)通信功能是否符合設(shè)計(jì)要求。采集數(shù)據(jù)分析總線無(wú)錯(cuò)誤幀問(wèn)題，總線數(shù)據(jù)無(wú)丟幀的情況。測(cè)試結(jié)果如圖5所示。 5 結(jié)論

本文以某車型OBD故障燈故障為例，詳細(xì)介紹了此類總線故障的排查分析思路。在此基礎(chǔ)上，對(duì)故障進(jìn)行了深入分析，初步識(shí)別出故障屬于總線錯(cuò)誤幀故障問(wèn)題。通過(guò)有效的分析方法，快速識(shí)別到問(wèn)題出現(xiàn)的源頭。此外，針對(duì)OBD故障燈問(wèn)題給出改進(jìn)方案，在修改軟件后進(jìn)行通信測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，整改后的軟件未出現(xiàn)錯(cuò)誤幀情況，OBD故障燈完全解決，為汽車CAN網(wǎng)絡(luò)診斷開發(fā)及應(yīng)用的相關(guān)人員提供了借鑒。

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