基于CAN總線汽車典型故障檢測方法探究

湯貴庭 魏顯坤

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

1 引言

隨著互聯網和電子技術的進步，以及人們對汽車舒適性、安全性、經濟性、智能性要求的提高，汽車上的各電控單元之間的數據交換也越來越頻繁。通過復雜的網絡結構實現車內通訊，根據汽車實際需求和總線特點，目前車載網絡應用較廣泛的有CAN， LIN，MOST，F1exRay，Bluetooth總線，通過網關實現網絡連接，實現有線網絡通訊。

傳統復雜沉重的電纜已被C A N（Controller area network）所代替，CAN總線成為應用最廣泛的車載通訊網絡。CAN Bus基本數據總線傳輸協議由Bosch和Intel兩家公司在1983-1986年聯合開發的，最開始應用于控制系統和汽車監測技術。由于CAN總線系統具有高性能和高穩定性，逐漸被應用與汽車的發動機、底盤等動力系統的聯網控制方面。CAN總線共享汽車計算機所有信息和資源，達到減少傳感器數量、簡化線束布線、增加控制功能和提高系統可靠性、匹配和協調各控制系統。本文在研究CAN總線的基礎上，針對CAN總線典型故障現象，分析故障原因，并進行故障診斷與排除。

2 CAN總線的概述

不同汽車電子控制系統及控制單元對CAN總線的工作特性和傳輸速率要求不同，本文針對某車型所介紹CAN總線系統分為五個不同的總線系統：系統關系網（CAN I/S）、車身網（CAN CAR）、底盤網（CAN LAS）、信息娛樂網（CAN INVO）、舒適網（CAN CONFORT ）等五個局域網，圖1為CAN I/S的網絡架構。

2.1 CAN總線的組成

CAN總線主要是由CAN通信控制器、CAN收發器、數據傳輸線、終端電阻、網關等組成。CAN通信控制器是接收控制單元CPU的信號，傳輸給收發器，并進行數據處理傳輸給CPU。

CAN收發器將控制器傳來的數據信號轉變為電信號，通過數據傳輸線傳輸并發送。接受總線傳輸來的數據并轉化為內部控制器能接收的數據。數據傳輸線采用雙絞線形式，末端安裝電阻。雙絞線采用高低電平，當控制器同時向兩條雙絞線發送數據，高低電平形成鏡像，終端電阻減少了過調效應在數據傳輸中的影響。

圖1 CAN I/S網絡架構

2.2 CAN總線的應用

CAN系統根據信號的交換頻率及輸出的數據量，可以分為高速CAN總線和低速CAN總線，即CAN-H和CAN-L。在高速CAN總線中，最大數據傳輸速率為512Kb/s。在低速CAN總線中國，最大數據傳輸速率為128Kb/s。

系統關系網（CAN I/S）為高速網，連接動力總成電控單元，如發動機及變速器電控單元。CAN I/S是多主控網絡，所有電控單元周期性地向網絡發送主動信息，每個電控單元處理與自己有關的信息，除產生的隨機信息外，網絡信息的傳送是分時段進行的。CAN I/S擁有一個中央處理設備，只要網絡中連接有2個（或更多個）電控單元時就建立通信。發動機電控單元（1320）和BSI（智能電控單元）是唯一擁有終端電阻的電控單元[1]。

底盤網（CAN LAS）為高速網，如果整車配備了ESP，就會有CAN HS LAS（底盤）網。

車身網（CAN CAR）為低速網，包括發動機伺服盒、免鑰匙控制盒、電子防盜裝置、方向盤及方向盤轉化模塊。

信息娛樂網（CAN INFO/DIV）為低速網，包括多功能顯示屏、遠程通訊模塊、智能伺服盒。舒適網（CAN CONFORT）為低速網，包括空調電腦、駕駛員車門面板。

2.3 CAN總線的特點

CAN總線上的控制單元之間是獨立平等的關系，沒有主要和次要之分，也沒有主動和被動之分，可以自由靈活的向其它控制單元發送數據，也可靈活接收其它控制單元發送的數據信息。CAN總線系統上的多個電子控制元件之間是并聯的關系，其中任何一個電子控制單元的故障不會使其他元件收到影響，依然可以數據交換。

采用雙絞線進行信號傳輸，信號傳遞可靠，避免了電磁干擾。信號傳輸距離最遠可以達到10KM，傳輸速率快，能夠滿足連成網絡的各個元件之間的數據交換時實時性。

CAN總線根據優先權判定原則對不同的等級數據信息進行傳遞和接收，滿足汽車不同控制系統的性能要求。當兩個控制單元同時向總線上發送數據信息，根據優先權原則，優先級別低的控制單元由發送信息狀態改變為接收信息狀態，保證優先級別高的控制單元進行數據信息傳遞。

3 汽車CAN總線常見故障

汽車CAN總線發生故障時，故障現象主要表現為以下三種情況：一個或多個控制單元無法通訊；不同網絡單元同時表現多個不同故障；整個網絡或多個控制單元不工作或不能正常工作。常見故障原因有元件對正極短路、對正極斷路、對地斷路、對地短路、對控制單元斷路、彼此短路、信號反傳輸故障等。

當汽車CAN總線出現故障或傳輸數據異常時，會出現不同故障，如啟動后無法熄火，車輛無法啟動，儀表板顯示異常。

研究國內外車載網絡系統的故障診斷技術，采用兩種方式進行故障分析：第一，檢測電阻進行故障分析；第二，檢測電壓進行故障分析；第三，故障診斷儀讀取故障波形進行波形分析。

通過電阻、電壓測量分析故障時，主要檢查CAN-H搭鐵、CAN-H搭正極、CAN-H斷路、CAN-L搭鐵、CAN-L搭正極、CAN-L斷路、CAN-H與CAN-L短路、CAN-H與CAN-L都斷路。

以低速CAN為例進行波形分析，在顯性位，VCAN-L=1V，VCAN-H=4V，VCAN-H-VCAN-L=3V。在隱性位，VCAN-L=5V，VCAN-H=0V，VCANH-VCAN-L=-5V。CAN-H與CAN-L信號電壓之和為5V。信號在傳輸中會產生毛刺雜波，但信號電壓之差不變，差值恒定保證電磁干擾對信息傳遞無影響。圖2為低速CAN標準波形，通過與標準波形的對比，分析故障原因。

圖2 低速CAN標準波形

4 汽車CAN總線檢修案例分析

針對某車出現的車輛無法啟動，有故障現象為例進行CAN總線相關故障分析。

（1）測量、記錄CAN I/S網在不同情況下的網絡電阻、電壓，測量結果如表1所示。

使用BOSCH740發動機故障綜合診斷儀采集CAN線波形信號。示波器兩個通道分別測量CAN高和CAN低信號[2]。圖3為低速CAN總線標準波形，其中通道CH1接CAN-H線，通道CH2接CAN-L線。因篇幅有限，本文只選取其中一個故障波形進行分析。圖4為CAN-H搭鐵的波形。

對比圖3和圖4的波形，可以發現CAN-H信號波形趨近一條直線，CAN-L信號波形基本正常，局部有尖銳的峰值，線路受到干擾。

圖3 低速CAN總線標準波形

圖4 CAN-H搭鐵信號波形

5 結語

針對某型汽車CAN總線的組成、原理、特點進行介紹，分析CAN總線常見的故障現象、故障原因，結合發動機不能啟動且有故障現象進行故障排除，對汽車維修企業進行同類型故障的診斷與排除具有一定的指導意義。

（1）CAN總線主要故障原因有短路和斷路。（2）CAN總線故障診斷與排除方式主要有測量電壓、電阻、波形。

表1 CAN I/S網電阻、電壓測量結果