動力驅(qū)動CAN總線故障診斷測試與分析

李 臻

（四川交通職業(yè)技術(shù)學院，四川 成都 611130）

動力驅(qū)動CAN總線故障診斷測試與分析

李 臻

（四川交通職業(yè)技術(shù)學院，四川 成都 611130）

本文以一汽-大眾邁騰的驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線為例，闡述了驅(qū)動CAN總線結(jié)構(gòu)與工作原理，分析了驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線檢測手段與方法；通過一汽-大眾專用診斷儀VAS6150以及測試工具VAS6356，進行了驅(qū)動CAN系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線斷路、短路的診斷測試和分析。

一汽-大眾；驅(qū)動CAN總線；故障診斷

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-87-06

前言

隨著用戶對車的安全性和舒適性要求越來越高，以及排放法規(guī)及環(huán)保的要求越來越嚴格，各汽車生產(chǎn)廠商在汽車上安裝越來越多的電器部件，比如傳感器、控制單元與執(zhí)行元件等，各電器、電子部件之間需要進行實時、高速、大量的信息交換。同時為了提高數(shù)據(jù)傳輸時可靠性及安全性，減少插接器和導線數(shù)量，降低所需空間及整車重量，越來越多的數(shù)據(jù)總線開始在汽車上的大量應用。

然而，數(shù)據(jù)總線的應用對汽車維修人員提出了更高的維修技術(shù)要求，是當前汽車機電維修技術(shù)人員面臨的一大難題。CAN總線類型因各廠家和產(chǎn)品而異，在大眾汽車上，一般分為驅(qū)動CAN系統(tǒng)總線、組合儀表CAN和診斷CAN等高速總線（500kb/s）以及舒適和信息娛樂系統(tǒng)CAN等低速總線(100kb/s)，各系統(tǒng)之間通過CAN數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)交換，在大眾邁騰汽車上，還有大眾公司內(nèi)部的自總線。為了能適應汽車CAN總線這一新技術(shù)的發(fā)展，汽車維修人員必須掌握汽車CAN總線網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、故障特點及診斷方法。該文以一汽-大眾邁騰的驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線為例，對大眾汽車驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線進行診斷測試與分析，為汽車維修技術(shù)人員提供一定參考。

1、一汽-大眾驅(qū)動CAN的結(jié)構(gòu)特點

1.1 驅(qū)動CAN總線工作原理

為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)使用兩條導線（雙絞線）分別用于傳遞不同的數(shù)據(jù)，這兩條導線分別成為CAN-High（以下簡稱CAN-H）線和CAN-Low（以下簡稱CAN-L）線。

以驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線為例，在隱性狀態(tài)和顯性狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換時，CAN導線上的電壓會發(fā)生變化。在靜止狀態(tài)時，在CAN-H線和CAN-L上作用有相同的約為2.5V的預先設定電壓，該值稱為靜電平。靜電平也稱為隱性狀態(tài)，在此總線上連接的所有控制單元均可修改它的狀態(tài)。

當CAN總線從隱性轉(zhuǎn)狀態(tài)為顯性狀態(tài)時，總線上的電壓值會變化（對驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線來說，這個值至少為1V），CAN-H線上的電壓值會升高，約為3.5V，而CAN-L線上的電壓值會降低，約為1.5V，如圖1所示。通過示波器測得正常工作狀態(tài)下的驅(qū)動CAN總線的波形如圖2所示。

控制單元是通過收發(fā)器聯(lián)接到CAN驅(qū)動總線上的，在這個收發(fā)器內(nèi)有一個接收器，該接收器是安裝在接收一側(cè)的差動信號放大器。差動信號放大器用于處理來自CAN-High線和CAN-Low線的信號，除此以外還負責將轉(zhuǎn)換后的信號傳至控制單元的CAN接收區(qū)。這個轉(zhuǎn)換后的信號稱為差動信號放大器的輸出電壓。差動信號放大器用CAN-High線上的電壓（UCAN-High）減去CAN-Low線上的電壓（UCAN-Low），就得出了輸出電壓，如圖3所示，用這種方法可以消除靜電平（對于CAN驅(qū)動數(shù)據(jù)總線來說是2.5V）或其它任何重疊的電壓。

1.2 一汽-大眾邁騰驅(qū)動CAN控制單元網(wǎng)絡連接

一汽-大眾邁騰所采用驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線的速率為500 kBit/s，用于將驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線方面的控制單元聯(lián)成網(wǎng)絡。驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線上控制單元有：發(fā)動機控制單元、ABS控制單元、電動轉(zhuǎn)向助力控制單元、自動變速器控制單元、安全氣囊控制單元、電子駐車控制單元等其他控制單元，其控制單元在車上的安裝位置如圖4所示，控制單元之間呈樹形連接，這在CAN標準中是沒有的，這個特點使得控制單元布線更加完美，其中控制單元連接的拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。

1.3 一汽-大眾邁騰驅(qū)動CAN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點

最初的數(shù)據(jù)總線的兩個末端有兩個終端電阻，相比之下，一汽-大眾邁騰使用的是分配式電阻，即發(fā)動機控制單元內(nèi)的“中央末端電阻”和其它控制單元內(nèi)的高歐姆電阻。這樣會產(chǎn)生很大的影響，但由于轎車上的數(shù)據(jù)總線不很長，所以不會有什么負面作用。CAN標準中有關(guān)數(shù)據(jù)總線長度的規(guī)定就不適用于大眾集團的驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線了。

在大眾汽車上，發(fā)動機控制單元內(nèi)部在驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線的CAN-H線和CAN-L線之間形成66Ω的電阻，驅(qū)動CAN總線上其它控制單元均在該總線上的形成2.6KΩ的電阻，如圖6所示。由于不同的車型所連接控制單元的數(shù)量有所差異，連接在驅(qū)動CAN總線上的所有控制單元形成的總電阻約為53～66Ω。在15號供電線（點火開關(guān)）已切斷的條件下，就可以直接用歐姆表測量CAN線之間的電阻值。

2、故障檢測與排除方法

2.1 汽車CAN總線的故障原因

一般說來，有3種原因會導致汽車多路信息傳輸系統(tǒng)故障：一是汽車電源故障；二是汽車節(jié)點故障；三是汽車鏈路故障。

CAN總線故障形式主要有CAN-L-斷路、CAN-H斷路、CAN-L對正極短路、CAN-H對地短路、CAN-L對地短路、CAN-H對正極短路和CAN-H和CAN-L短路共7種故障。于是就有一個ISO故障表， ISO是“International Organisation for Standardization”（國際標準化組織）的縮寫,如表一所示。這張ISO故障表中包括了CAN數(shù)據(jù)總線可能出現(xiàn)的故障，在實際工作中，即使在本不該出現(xiàn)時，這種情況也可能突然出現(xiàn)。

表一 CAN線故障表

其中，對于故障1和2必須用數(shù)字存儲式示波器（DSO）來判斷，故障3-8在驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線上可以用萬用表/歐姆表來準確檢查判斷，而故障8只能出現(xiàn)在驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線上。

2.2 汽車CAN總線的檢修方法

對于安裝有驅(qū)動CAN總線的車輛出現(xiàn)故障時，維修技術(shù)人員首先應檢測驅(qū)動CAN總線是否正常。因為如果驅(qū)動CAN總線有故障，則需要通過驅(qū)動CAN總線傳輸?shù)挠行┬畔o法傳輸，使得接收這些信息的電控模塊將不能接受信息，導致電控模塊無法正常工作，從而為故障診斷帶來困難。對于CAN總線系統(tǒng)故障的維修，應結(jié)合具體結(jié)構(gòu)和具體控制回路分析。

（1）波形測量

利用VAS6356上的示波器便可測量CAN-H和CAN-L的波形，該示波器有DS01和DS02兩個通道，這樣就可以在同一屏幕上同步顯示CAN-H和CAN-L的波形，便能對波形進行很直觀比對并分析系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。測量時，一般將通道DS01的紅色測量端子(正極)接CAN-H線，將通道DS02的紅色測量端子接CAN-L線，二者的黑色測量端子同時搭鐵。驅(qū)動CAN總線僅能有2種工作狀態(tài)，隱性和顯性狀態(tài)，在隱性電位時(邏輯值為1)，兩數(shù)據(jù)線上電壓值很接近，均約為2.5V；在顯性電位時(邏輯值為0)，CAN-H電壓值上升，而CAN-L電壓值下降，但CAN-H與CAN-L的差值約為2.0 V，并有100 mV左右的差異。在實際檢測中根據(jù)示波器測得的波形可以迅速判定總線系統(tǒng)的故障部位。

（2）終端電阻的測量

由于大眾驅(qū)動CAN帶有終端電阻的控制單元是并聯(lián)連接的，所有控制單元形成的總電阻為53～66Ω，在總的阻值被測量后，如果將驅(qū)動CAN總線上的其中一個控制單元插頭拔下，測量的阻值發(fā)生變化，則說明該控制單元接入到驅(qū)動CAN總線上。如果在拔下控制單元插頭后，測量的阻值沒有發(fā)生變化，則說明系統(tǒng)中存在故障，可能是被拔下的控制單元終端電阻損壞或是CAN數(shù)據(jù)線出現(xiàn)斷路。如果在拔下控制單元后顯示的阻值變化無窮大，則可能是連接中的控制單元終端電阻損壞，或是該控制單元的CAN數(shù)據(jù)線出現(xiàn)故障。

（3）通過測量數(shù)據(jù)塊讀取CAN總線通訊狀態(tài)

在將VAS6150接到網(wǎng)關(guān)上后，可以通過VAS6150的主菜單使用功能19（網(wǎng)關(guān)）來查看故障記錄。在網(wǎng)關(guān)菜單中可通過選擇08來查看相關(guān)數(shù)據(jù)塊，隨后必須輸入想要查看的相關(guān)數(shù)據(jù)塊的號碼，如表二所示。如果某控制單元顯示狀態(tài)1，表示正在被執(zhí)行自診斷的控制單元上接收信息；如果顯示0，則表示正在被執(zhí)行自診斷的控制單元沒有從該控制單元上接收信息，在網(wǎng)關(guān)菜單中可通過選擇相應測量數(shù)據(jù)塊，隨后選擇想要查看的測量數(shù)據(jù)塊的號碼。

表二 從網(wǎng)關(guān)讀取控制單元工作狀態(tài)

注意：具體情況可能與上表格所示不同，請注意顯示組的文字說明，必要時選擇其它顯示組。

故障記錄并不能說明數(shù)據(jù)總線有某種故障，控制單元損壞也會產(chǎn)生與數(shù)據(jù)總線故障相似的影響。只有讀出網(wǎng)關(guān)內(nèi)存儲的故障記錄才能為故障查詢提供必要的幫助。對于驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線來說，可以用Ω表來檢查CAN數(shù)據(jù)總線，任何時候均可使用VAS6356上的數(shù)字存儲式示波器（DSO）。

驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線上最常見的故障可以用VAS6356上的萬用表/歐姆表來診斷，當然，有些故障須使用VAS6356上的數(shù)字存儲式示波器（DSO）來判斷。

2.3 驅(qū)動CAN總線故障排除流程

（1）用VAS6150對CAN 驅(qū)動數(shù)據(jù)總線進行故障查詢，如圖7所示。

（2）用VAS6150與歐姆表對驅(qū)動CAN數(shù)據(jù)總線進行故障查尋。

使用VAS6356或萬用表/歐姆表的故障查尋方法，如圖8所示。

3、故障測試與分析

當故障存儲記錄中出現(xiàn)“動力總線故障”時，用VAS6356的DSO進行測量時必要的，可以確定故障點的位置以及引發(fā)故障的原因。在用示波器對CAN總線進行波形測試時，CAN-H 和CAN-L 的初始電壓應均為2.5 V，由于總線傳輸速度很快，CAN-H和CAN-L隱性狀態(tài)下的信號擺幅在0.05 ms/格視圖下被縮短顯示，在多數(shù)據(jù)塊視圖下，僅對CAN-H和CAN-L的對稱性及信號的倒鏡像性進行分析。

3.1 驅(qū)動CAN-L斷路

由于電流無法流向中央終端電阻以通過CAN-H線，如圖10所示，因此兩條導線上的電壓均接近5V。如果還有其他控制單元在工作，那么圖中顯示出的電平就與CAN-L線上的正常電壓一同在變化。從測試波形（如圖9所示）可以看出：CAN-H與CAN-L信號的隱性電平都為2．5 V，顯性狀態(tài)下CAN-H信號的電壓值約為3.5V，為正常波形；CAN-L信號的電壓值約為3 V，為異常波形。由此可以判定CAN-L導線斷路。分析過程：驅(qū)動CAN-L斷路，但CAN-H和CAN-L相互絞在一起，相互感應產(chǎn)生疊加波形，比正常波形要高。

3.2 驅(qū)動CAN-H斷路

由于電流無法流向中央終端電阻以通過CAN-L線，如圖12所示，因此兩條導線上的電壓均接近1V。如果還有其他控制單元在工作，那么圖中顯示出的電平就與CAN-H線上的正常電壓一同在變化。從測試波形(如圖11所示)可以看出，CAN-H與CAN-L信號的隱性電平都為2．5 V，顯性狀態(tài)下CAN-H信號的電壓值約為2．3V，為異常波形；CAN-L信號的電壓值約為1．5 V，為正常波形。由此可以判定驅(qū)動CAN-H斷路，但CAN-H 和CAN-L相互絞在一起，相互感應產(chǎn)生疊加波形，比正常波形要高。所以由于某驅(qū)動控制單元CAN -H斷路，導致驅(qū)動CAN中波型正常波形與不正常波形同時存在。

3.3 驅(qū)動CAN-L對正極短路從測試波形(如圖13所示)可以看出，CAN-H線上的電壓位于12V，CAN-L線的隱性電壓也位于12V。這是由于控制單元收發(fā)器內(nèi)CAN-H和CAN-L的內(nèi)部連接關(guān)系引起的，如圖14所示。

3.4 驅(qū)動CAN-H對地短路

從測試波形(如圖15所示)可以看出，CAN-H線的電壓位于0V，CAN-L線上的電壓也位于0V，但在CAN-L線上還能夠看到一小部分的電壓變化，CAN-H對地短路示意圖如圖16所示。

3.5 驅(qū)動CAN-L對地短路從測試波形(如圖17所示)可以看出CAN-L線的電壓大約為0V，CAN-線的隱性電壓也被降至0V，驅(qū)動CAN-L對地短路示意圖如圖18所示。

3.6 驅(qū)動CAN-H對正極短路從測試波形(如圖19所示)可以看出，CAN-H線上的電壓位于12V，CAN-L線的隱性電壓也位于12V。這是由于控制單元收發(fā)器內(nèi)CAN-H和CAN-L的內(nèi)部連接關(guān)系引起的，如圖20所示。

3.7 驅(qū)動CAN-H與驅(qū)動CAN-L互相短路

Testing and analysis for driving CAN bus fault diagnosis

Li Zhen
(Departmet of Automobile Engineering,Sichuan Vocational and Technical College Communications,Sichuan Chengdu 611130)

The article describes the drive CAN bus structure and working principle, analysises the means and methods to test the driving CAN data bus,taking the magotan of The FAW-VW for example. driving system CAN data bus is tested and analysised open circuit, short circuit diagnostic By FAW-Volkswagen special diagnostic and testing tools VAS6150 and VAS6356.

FAW-VW; Driving CAN Data Bus; Fault Diagnosis

U463.6

A

1671-7988(2015)04-87-06

李臻，講師，就職于四川交通職業(yè)技術(shù)學院汽車工程系，主要從事汽車電器方面教學與研究。