汽車 CAN—BUS總線故障及波形分析

逯海燕

摘 要：目前，隨著電子科技及先進(jìn)技術(shù)的逐步提高，汽車已不只是交通工具，同時(shí)承擔(dān)著更多的功能?，F(xiàn)代科技已將信息娛樂、個(gè)人通信電子裝置、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、無線連接等功能整合到汽車內(nèi)部，為乘客提供了前所未有的舒適和便利，這一切都有賴于汽車網(wǎng)絡(luò)信息通信技術(shù)。本文介紹了汽車 CAN-Bus總線的基本情況，對(duì)典

型車輛常見的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障做了詳細(xì)的分析。關(guān)鍵詞：CAN-Bus系統(tǒng)；車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；故障

1 前言 [1-2]

當(dāng)前汽車技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代，即計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、綜合控制技術(shù)、智能傳感器技術(shù)等先進(jìn)汽車電子技術(shù)?，F(xiàn)代汽車的電子結(jié)構(gòu)是通過幾種通信系統(tǒng)將微控制器、傳感器和執(zhí)行器連接起來的，汽車電控單元已不再是線束連接，而是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接起來的。因此，網(wǎng)絡(luò)信息通信技術(shù)的引入是汽車電子技術(shù)發(fā)展的里程碑。

現(xiàn)代汽車中電子設(shè)備比比皆是，涉及汽車的主要部件，基本上可分為三類：動(dòng)力電子系統(tǒng)、底盤電子系統(tǒng)、車上電子系統(tǒng)。而車用信息通信系統(tǒng)，即Telematics也將會(huì)成為汽車電子系統(tǒng)的重要組成部分。

2 CAN總線基本知識(shí) [3-4]

CAN（Controller Area Network）是控制單元（ECU）通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種通信方式，即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

2.1 CAN總線在汽車上應(yīng)用的原因

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車使用的電子控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)越來越多，如安全氣囊（SRS）、發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)、自動(dòng)巡航系統(tǒng)（ACC）舒適系統(tǒng)和信息娛樂系統(tǒng)等。各個(gè)系統(tǒng)、系統(tǒng)和組合儀表、系統(tǒng)和診斷接口之間均需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如此巨大的數(shù)據(jù)交換量，如仍采用導(dǎo)線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接傳輸方式將會(huì)面臨各種困難。因此，用網(wǎng)絡(luò)信息通信傳輸系統(tǒng)取而代之就成為必然的選擇。主要表現(xiàn)為：

（1）人們對(duì)車輛安全性和舒適性要求的逐步提高，以及各國(guó)對(duì)排放的限制和對(duì)環(huán)保的重視；

（2）現(xiàn)代車輛上都安裝了越來越多的電器部件（控制單元/傳感器/執(zhí)行元件）；

（3）電控單元 /電子元部件間需要進(jìn)行適時(shí)高速大量的信息交換，同時(shí)要保證數(shù)據(jù)傳輸時(shí)較高的安全性及可靠性；

（4）此外，數(shù)據(jù)總線技術(shù)在車上的應(yīng)用，減少連接插頭尺寸即減小控制單元尺寸，增大安裝空間；可以降低車輛自重：減少線束數(shù)量從而減輕了重量，降低成本及故障診斷時(shí)的復(fù)雜程度。

因此，CAN總線傳輸系統(tǒng)將是今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。圖1-1為CAN總線結(jié)構(gòu)示意圖。

2.2 CAN總線的特點(diǎn)

（1）控制單元之間的信息交換共享都是在同一平臺(tái)（協(xié)議）上進(jìn)行。

（2）CAN總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸相當(dāng)于高速公路的作用；

（3）CAN總線系統(tǒng)可同時(shí)通過多個(gè)控制單元進(jìn)行系統(tǒng)診斷；

（4）CAN總線系統(tǒng)方便加裝選裝裝置；

（5）CAN總線系統(tǒng)方便用控制單元對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制；

（6）CAN總線是一個(gè)開放的系統(tǒng)，它可以和各種傳輸媒質(zhì)進(jìn)行適配，如銅線和光纖導(dǎo)線。

3 CAN總線故障分析 [5-6]

3.1 故障類型

汽車CAN總線系統(tǒng)常見的故障主要有以下幾種情況：

3.1.1 電源系統(tǒng)引起的故障

汽車CAN總線數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)的核心是含有通信IC集成電路的電控ECU，其工作電壓在10.5～15.0 V的范圍內(nèi)。如果電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，某些電控單元停止工作，從而使整個(gè) CAN總線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)無法通訊。

3.1.2 節(jié)點(diǎn)故障

節(jié)點(diǎn)故障就是電控模塊的故障，一般有硬件故障和軟件故障兩種。

硬件故障是由于集成電路故障造成CAN總線信息傳輸系統(tǒng)無法正常工作。

軟件故障是軟件程序或傳輸協(xié)議有缺陷或沖突，從而使 CAN總線信息傳輸系統(tǒng)通訊出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無法維修。

對(duì)于采用低版本信息傳輸協(xié)議或點(diǎn)到點(diǎn)信息傳輸協(xié)議的 CAN總線信息傳輸系統(tǒng)，如果有節(jié)點(diǎn)故障，將使整個(gè)CAN無法工作。

3.1.3 鏈路故障

當(dāng)CAN總線信息傳輸系統(tǒng)的鏈路（或通訊線路）出現(xiàn)故障時(shí)，如：通訊線路的短路、斷路以及線路物理性質(zhì)引起的通訊信號(hào)衰減或失真，都會(huì)引起多個(gè)電控單元無法工作或電控系統(tǒng)錯(cuò)誤等故障。

判斷是否為鏈路故障，一般采用專用診斷儀或示波器讀取通訊數(shù)據(jù)信號(hào)并與標(biāo)準(zhǔn)通訊數(shù)據(jù)信號(hào)相對(duì)比。

3.2 故障部位

CAN總線常見的故障部位主要有：

（1）車用電源系統(tǒng)中的故障；

（2）CAN-H或CAN-L短路或斷路；

（3）控制單元的供電故障；

（4）插接器接觸不良（端子臟污、銹蝕、損壞）；

（5）控制單元故障。

3.3 故障診斷步驟

CAN總線故障診斷的步驟主要有：

1.檢測(cè)汽車電源系統(tǒng)是否存在故障，如交流發(fā)電機(jī)的輸出波形是否正常。

2.了解車輛CAN總線信息傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)：

（1）信息傳輸方式：CAN總線、LAN總線等；

（2）傳輸介質(zhì)：同軸電纜、雙絞線、光纖等；

（3）網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的類型：CAN-Bus協(xié)議、A-BUS協(xié)議、VAN協(xié)議、PALMENT協(xié)議、CCD協(xié)議、HBCC、DLCS協(xié)議等。

3.了解車輛

CAN總線信息傳輸系統(tǒng)的各種功能，如有無喚醒功能、休眠功能等。

4.檢查節(jié)點(diǎn)，只能采用替換法進(jìn)行檢測(cè)。

5.檢查車輛

CAN總線信息傳輸系統(tǒng)的鏈路是否存在故障，采用替換法或采用跨線法進(jìn)行檢測(cè)。

4 車輛典型 CAN總線故障分析

4.1

一輛奧迪 A6L轎車的后尾燈、頂燈不亮，電子駐車制動(dòng)發(fā)出警告，駐車輔助失效，前、后右側(cè)玻璃無法升降，如何進(jìn)行故障診斷？

該車生產(chǎn)日期為2006年，行駛里程為 6000km，出現(xiàn)的故障現(xiàn)象是：后尾燈、頂燈不亮，電子駐車制動(dòng)報(bào)警，駐車輔助失效，前、后右側(cè)玻璃無法升降。診斷步驟如下：

（1）連接VAS5052讀取故障碼，舒適控制單元J393、電動(dòng)駐車和手制動(dòng)器控制器 J540、泊車輔助控制器J446均顯示無法達(dá)到，網(wǎng)關(guān)有J393無法通信故障。

（2）分析可能為CAN總線通信出現(xiàn)問題，先檢查各個(gè)相關(guān)控制單元的供電、搭鐵。首先檢查J393的15號(hào)線、31號(hào)線均正常，檢查30號(hào)線發(fā)現(xiàn)僅有 3.4V電壓，應(yīng)為蓄電池電壓，不正常。

A-蓄電池； J234-安全氣囊控制器； J644-電源管理系統(tǒng)控制器；N253-蓄電池?cái)嗦菲鳎?S131-熔斷熔絲1；S132熔斷熔絲2；S133-熔斷熔絲3；SF6-熔絲架F上的熔絲6；

-發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)右側(cè)接地點(diǎn)；

-發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的接地點(diǎn)；

B272-正極連接（30），在主導(dǎo)線束中； B300-正極連接4（30），在主導(dǎo)線束中； B301-正極連接 5（ 30），在主導(dǎo)線束中；B397-（舒適/便捷功能高速CAN總線），在主導(dǎo)線束中；

B406-連接1（舒適/便捷功能低速CAN總線），在主導(dǎo)線束中。

（3）查ELSA電路圖（見圖3-1），發(fā)現(xiàn)供電是由蓄電池正極 -S132熔絲 -B300 （正極連接 4，在主導(dǎo)線束中）-ST1-J393。 ST1是右后尾箱飾板內(nèi)黑色熔絲架，ST1上的熔絲均由B300供電，ST1上有舒適控制單元J393、電動(dòng)駐車和手制動(dòng)器控制器J540、泊車輔助控制器 J446、右后車門控制器J389、前排乘客側(cè)車門控制器J387。

（4）檢查ST1上的所有熔絲電壓，均為

3.

4V。由此分析為ST1前方供電或連接問題。檢查發(fā)現(xiàn)蓄電池正極到B300連接松動(dòng)，有虛接現(xiàn)象，重新緊固螺釘，故障排除。

4.2

一輛奧迪 Q7組合儀表黑屏，無法啟動(dòng)，如何進(jìn)行故障診斷？

接地點(diǎn)該車生產(chǎn)日期為2010年，行駛里程為 3500km，出現(xiàn)的故障現(xiàn)象是：把鑰匙插入點(diǎn)火鎖內(nèi)，轉(zhuǎn)向柱能解鎖，但儀表燈不亮，組合儀表黑屏；起動(dòng)時(shí)防盜報(bào)警，無法起動(dòng)；右前車門、后蓋無法打開。診斷步驟如下：

（1）連接VAS5052診斷儀檢測(cè)，由于沒有15號(hào)線供電，所有控制單元無法進(jìn)入；進(jìn)入引導(dǎo)性故障查尋，整個(gè)驅(qū)動(dòng) CAN系統(tǒng)顯示故障，整個(gè)舒適CAN系統(tǒng)均無法到達(dá)。

（2）根據(jù)故障現(xiàn)象分析可能為進(jìn)入及起動(dòng)許可控制器J518或數(shù)據(jù)總線診斷接口 J533故障，更換后故障依舊。

（3）由于故障涉及驅(qū)動(dòng)CAN和舒適CAN系統(tǒng)，分析可能為舒適 CAN總線網(wǎng)絡(luò)故障，其故障信息引起驅(qū)動(dòng) CAN系統(tǒng)故障。聯(lián)系到車門和后蓋無法打開的故障現(xiàn)象有可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng) CAN防盜系統(tǒng)故障，重點(diǎn)檢查車門、后蓋控制器及其相關(guān)線路。

（4）拆下后頂燈，發(fā)現(xiàn)后蓋電動(dòng)機(jī)線束被壓在電動(dòng)機(jī)下面，造成后蓋控制器J605兩根舒適CAN線短路。

（5）如圖3-2、圖3-3所示，分析電路圖得知，這兩條舒適 CAN線短路將造成整個(gè)舒適CAN系統(tǒng)癱瘓，進(jìn)而影響驅(qū)動(dòng)CAN系統(tǒng)無法收到車門、后蓋等信息，導(dǎo)致防盜系統(tǒng)報(bào)警，車輛無法起動(dòng)。

（6）拆下后蓋電動(dòng)機(jī)取出短路的兩條舒適CAN數(shù)據(jù)線，將線束包扎處理，故障消失。

5 結(jié)論與展望

車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的重要組成部分，是現(xiàn)代車輛信息傳輸與控制的基礎(chǔ)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，一些車輛的電控裝置越來越多，技術(shù)越來越先進(jìn)，電控程度越來越復(fù)雜，使得車輛上的電控單元也越來越多，傳感器數(shù)量逐步增加，更加加速了汽車總線系統(tǒng)的運(yùn)用和發(fā)展。由于總線系統(tǒng)采用的是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此在信息傳輸方面與傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)有著很大的差異，在故障診斷方面也大不相同。本文分析總結(jié)了CAN總線技術(shù)存在的故障類型，并通過對(duì)奧迪兩款不同類型車輛CAN總線故障的詳實(shí)分析，表明了汽車網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)在車輛上的運(yùn)用，尤其是故障診斷分析中有著極其重要的地位。

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