汽車CAN高速網故障特征波形分析

魏顯坤，黨嬌，鄧長勇

（1.重慶工商職業學院，重慶401520，2.重慶廣播電視大學，重慶401520）

故障診斷與縱維修

汽車CAN高速網故障特征波形分析

魏顯坤1，2，黨嬌1，2，鄧長勇1，2

（1.重慶工商職業學院，重慶401520，2.重慶廣播電視大學，重慶401520）

介紹了CAN高速網的波形特征，系統總結了CAN-H斷路、CAN-H與電源正極短路、CAN-H與電源負極短路、CAN-L斷路、CAN-L與電源正極短路、CAN-L與電源負極短路、CAN-H與CAN-L短路7種故障的波形，為CAN線的學習者及汽車檢測與維修技術提供了參考。

CAN高速網；故障特征；波形分析；德國雙元制

波形分析是德國汽車檢測與維修技術學徒及師傅雙元制培訓中重點學習的內容，信號波形是分析故障原因的重要的依據。目前國內的故障排除主要參考解碼儀上的故障碼，根據經驗進行試探排除，很少對故障波形進行分析。對故障波形進行分析，對疑難故障可以達到事半功倍的效果。本文根據在德國汽車檢測與維修雙元制培訓學習筆記整理而來。

1 CAN高速網波形特征

CAN是Controller Area Network的縮寫，即控制器局域網。CAN總線是各控制器之間用于交換信息的數據總線。與傳統的數據傳輸相比，數據總線系統可減少線束，共用部分傳感器，節約成本。為避免電磁干擾，一般采用雙絞線形式傳輸數據。

按SAE的分類標準，CAN高速網的傳輸速度在125～1 000 kBit/s.CAN高速網應用于汽車驅動系統，連接發動機、變速器、ESP等電控系統。CAN高速網信息傳輸波形如圖1所示，在隱性位，VCAN-H=VCAN-L=2.5 V，VCAN-H-VCAN-L=0 V；在顯性位，VCAN-H=3.5 V，VCAN-L=1.5 V，VCAN-H-VCAN-L=2 V.在任何時刻，VCAN-H+VCAN-L=5 V.信息以差分方式傳輸，抗干擾原理如圖2所示。CAN-H與CAN-L在信息傳輸過程中受到干擾，波形產生毛刺，但信號電壓差值始終不變，即顯性位信號電壓差值為2 V，隱性位信號電壓差值為0 V，因此外界干擾對信號沒有影響。

圖1 CAN高速網信息傳輸標準波形

圖2 高速CAN總線抗干擾原理

2 CAN線波形的組成及含義

CAN總線數據協議是標準化的，信息的長度可以達到128位，由開始域、狀態域、未使用域、控制域、數據域、安全域、確認域、結束域組成。開始域1位，標識信息的開始；狀態域11～29位，一般11位，判斷數據優先權，0越多，數據優先級越高；控制域6位，告訴其他控制器數據長度，從而確定其他控制器是否正確完整地接受信息；數據域8～64位，長度由信息決定；安全域16位，檢驗信息傳輸是否正確；確認域2位，接收控制器的反饋信息，當接收控制器接收到正確信息，將1～1變為0～1，發送控制器就知道信息被正確傳輸；結束域7位，每個數據幀均以7個1結束，接受節點可以檢驗信息傳輸結束，結束域結束后，至少有3位中斷；未使用域也叫填充位，每出現5個0（包括填充位）之后發1，每出現5個1（包括填充位）之后發0，防止控制器疲勞。

3 CAN高速網7種故障特征的波形分析

BOSCH740診斷儀示波器通道CH1測量CANH波形，通道CH2測量CAN-L波形，測量波形如圖3～圖10所示，以下圖形來自740示波器實車檢測，將整車CAN高速網設置7種故障分別測得，7種故障包括了CAN高速網的所有故障類型，可以通過波形判斷故障原因。具體表現如下。

圖3 CAN高速網標準波形

如圖3所示，CAN高速網系統無故障，測得的標準波形。通道CH1、CH2分別測得CAN-H、CAN-L波形均正常。故障波形和標準波形做對比，可以看出故障波形的特征。

如圖4所示，CAN-H與CAN-L短路是異常的原因，波形特征：CAN-H與CAN-L波形基本相當，均在2.5 V左右。

圖4 CAN-H與CAN-L短路故障波形

如圖5所示，CAN-L斷路是異常的原因，部分無信號是波形特征，CAN-H信號波形受影響異常。

如圖6所示，CAN-H斷路是異常的原因，部分無信號是波形特征，CAN-L信號波形受影響異常。

圖6 CAN-H斷路故障波形

如圖7所示，CAN-H搭鐵是異常的原因，CANH信號電壓為0 V是波形特征，CAN-L信號波形受影響異常。

圖7 CAN-H接地故障波形

如圖8所示，CAN-L搭鐵是異常的原因，CAN-L信號電壓為0 V是波形特征，CAN-H信號波形受影響異常。

圖8 CAN-L接地故障波形

如圖9所示，CAN-H與電源正極短路是異常的原因，CAN-H信號電壓為12.9 V是波形特征，CANL因終端電阻（大小為120 Ω）的分壓，大小為11 V，異常。

圖9 CAN-H與電源正極短路故障波形

如圖10所示，CAN-L與電源正極短路是異常的原因，CAN-L信號電壓為12.9 V是波形特征，CANH因終端電阻（大小為120 Ω）的分壓，大小為11 V，異常。

圖10 CAN-L與電源正極短路故障波形

CAN總線波形測量可以用于識別CAN總線的故障，且有特殊的優勢。解碼儀讀取故障是通過診斷接口和網關連接，讀取存儲在總線節點上的故障碼。如果診斷接口與網關之間線路故障，無法實現通信，解碼儀讀取不到故障碼，但CAN線波形檢測依然可以進行，可以確定CAN高線是否正常，有故障則可通過波形確定具體故障及故障位置。

當數據總線處于喚醒激活狀態，消耗的電流較大，所以總線系統有睡眠模式。將車子熄火，拔掉鑰匙，關閉車門和引擎蓋，大約半個小時后，車輛進入休眠模式。CAN高速網在休眠模式下的信號電壓接近于0 V，測量值為：VCAN-H=0.1～0.2 V，VCAN-L=0.1～0.2 V，CAN線波形檢測可以判斷車輛是否處于睡眠模式。如果出現蓄電池放電過多的情況，需要首先檢查數據總線的睡眠和喚醒模式是否正常，測量睡眠模式放電電流是否合理。解碼儀讀取數據流和故障碼，總線必須處于喚醒狀態。

與解碼儀故障碼相比，波形檢測更加直觀，有助于幫助學生理解故障原因。另外，汽車是一個復雜的系統，解碼儀故障碼在故障排除過程中有一定的指導意義，但準確度不夠，有些復雜故障需要多元件檢測綜合分析，波形檢測在復雜故障診斷中具有優勢。

4 結束語

（1）CAN-H斷路、CAN-H與電源正極短路、CAN-H與電源負極短路、CAN-L斷路、CAN-L與電源正極短路、CAN-L與電源負極短路、CAN-H與CAN-L短路7種故障，CAN高速網均不能正常工作。

（2）CAN高速網不同于CAN低速網，CAN低速網在上述7種故障中，依然可以正常的進行數據通信，但會失去抗干擾的能力，有可能會出錯。熟悉故障波形特征，可提高故障排除效率。

（3）在診斷接口與網關之間線路故障無法實現通信及睡眠模式等特殊工況下，解碼儀無法工作，但采用示波器進行波形檢測分析依然可以進行。

（4）本文對CAN線波形的檢測，可以幫助初學者理解數據總線的通信以及數據總線故障的原因。

Cars CAN High-Speed Network Fault Signature Waveform Analysis

WEI Xian-kun1，2，DANG Jiao1，2，DENG Chang-yong1，2
（1．ChongQing Technology and Business Institute，Chongqing 401520，China；2.Chongqing Radio&TV University，Chongqing 401520，China）

This paper introduces the waveform characteristics of CAN high-speed network system，summarizes the CAN-H circuit，CAN-H circuit，CAN-H power supply and the positive and negative electrodes of the power supply circuit，CAN-L circuit，CAN-L circuit，CAN-L power supply and the positive and negative electrodes of the power supply circuit，CAN-H and CAN-L 7 kinds of short circuit fault waveform，provides a reference for learners and vehicle inspection and maintenance technology for CAN line.

CAN high speed network；fault characteristics；waveform analysis；german dual system

U471.14

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0221-03

2017-02-18

重慶市高等教育教學改革研究項目（編號：143166）；重慶工商職業學院教研項目（編號：GZJG1512717）

魏顯坤（1985-），男，湖北十堰人，講師，碩士，研究方向：汽車現代設計理論與方法。