電動汽車CAN通信故障檢修

戴夢萍 紀永秋

摘要：CAN總線是當今汽車各電控單元間通信的總線標準，在汽車特別是新能源、智能網聯汽車獲得廣泛應用，一旦發生通訊故障，車輛部分功能受限甚至失控。本文通過故障案例介紹了電動汽車CAN通信故障的檢修方法。

Abstract： CAN bus is the bus standard for communication between electronic control units in today's automobiles. It is widely used in automobiles， especially new energy and intelligent networked automobiles. Once a communication failure occurs， some of the functions of the vehicle are limited or even out of control. This article introduces the troubleshooting methods for CAN communication failures of electric vehicles through failure cases.

關鍵詞：電動汽車;CAN;故障;檢修

Key words： electric vehicle;CAN;fault;overhaul

中圖分類號：U472.43?????????? ?????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0154-02

0? 引言

目前，汽車電子控制技術迅猛發展的勢頭未減，其特征是：功能多樣化、技術一體化、系統集成化、車載網絡化。二十世紀八十年代初，德國的博世公司就提出了用CAN（Controller Area Network）控制器局域網來解決汽車內部復雜的硬信號接線。CAN-BUS總線是一種串行數據通訊協議，國際標準化組織公布為IS011898標準。CAN-BUS總線采用的載波偵聽、多主方式工作、采用非破壞性位仲裁總線競爭，當兩個ECM同時向網絡上傳輸信息時，優先級低的節點自動停止發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據，使其在多個模塊（ECM）間通訊上具有很高的效率。在汽車特別是新能源、智能網聯汽車獲得廣泛應用，CAN總線通訊一旦失效，車輛部分功能受限甚至失控。

1? CAN總線通信機理

CAN-BUS主要由CAN控制器和CAN收發器組成，CAN控制器由一塊可編程芯片上的邏輯電路組成，實現CAN通信協議中物理層和數據鏈路層的功能，并設置有與控制單元數據交換的物理接口。控制單元內部存有針對CAN控制器的程序，這些程序設置了其工作方式，控制其工作狀態，有故障監控的數據發送和接收，它是應用層建立的基礎。目前，CAN控制器可分為獨立CAN控制器IC和集成CAN微控制器單片機。獨立CAN控制器使用比較靈活，可與多種類型的單片機、微型計算機的各類標準總線進行接口組合。CAN集成微控制器在許多特定情況下，使電路設計簡化和緊湊，可靠性提高。CAN收發器提供了CAN控制器與物理總線之間的接口，是影響網絡性能的關鍵因素。

2? CAN總線故障機理

造成汽車CAN總線故障的原因有三種：控制單元（ECM）電源故障;CAN總線的數據鏈路故障;CAN總線的控制單元（ECM）故障。

2.1 控制單元（ECM）引起的CAN總線故障? 汽車CAN總線的核心部分是含有通信IC芯片的控制單元（ECM），控制單元（ECM）的正常工作電壓在10.5～15.0V的范圍內。如果汽車電源系統提供的工作電壓低于該值，就會造成一些對工作電壓要求較高的電子控制單元出現短暫的停止工作，從而使整個汽車CAN總線出現短暫的無法通信。

2.2 數據鏈路故障? 當汽車CAN總線的數據鏈路（或通信線路）出現故障時，如：通信線路的短路、斷路以及線路物理性質引起的通信信號衰減或失真，都會引起多個電控單元無法工作或控制單元（ECM）系統錯誤動作都會使CAN總線無法工作。

2.3 控制單元（ECM）故障? 節點是汽車CAN總線中的控制單元（ECM）與總線的連接點，因此節點故障就是控制單元（ECM）的故障。它包括軟件故障即CAN通信協議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使汽車CAN總線通信出現混亂或無法工作，這種故障一般成批出現，且無法維修。

3? 電動汽車CAN通信故障分析

3.1 電池管理控制單元（BMS）不能與整車控制單元（VCU）通信? 原因：電池管理控制單元（BMS）不工作、CAN雙絞線線斷線;故障排除：檢查電池管理控制單元（BMS）的供電是否正常;檢查CANCAN--H高位線、CAN--L低位線是否斷、退針或插接器沒有插牢;調取CAN通信端口數據，解析CAN數據幀查看是否能夠收到電池管理控制單元（BMS）或者整車控制單元（VCU）的數據幀。

3.2 電池管理控制單元（BMS）與整車控制單元（VCU）通信不穩定? 原因：外部CAN總線匹配不良、總線分支過長;故障排除：檢測CAN總線匹配電阻是否正確;匹配位置是否正確，分支是否過長。

3.3 電池管理控制單元（BMS）內部通信不穩定? 原因：CAN雙絞線插頭松動、CANCAN雙絞線布線不規范、電池管理控制單元（BMS）地址有重復;故障排除：檢測CAN雙絞線是否松動;檢測CAN總線匹配電阻是否正確，匹配位置是否正確，分支是否過長;檢查電池管理控制單元（BMS）地址是否重復。

4? 檢測CAN總線故障

①2個控制單元（ECM）組成的雙線式數據總線系統的檢測;檢測時，關閉點火開關，斷開兩個控制單元。檢查數據總線是否斷路、短路或對正極/地短路。如果數據總線無故障，更換較易拆下（或較便宜）的一個控制單元試一下。如果數據總線系統仍不能正常工作，更換另一個控制單元。②3個或更多控制單元（ECM）組成的雙線式數據總線系統的檢測;檢測時先讀出控制單元內的故障代碼，如果控制單元1與控制單元2和控制單元3之間無通信。關閉點火開關，斷開與總線相連的控制單元，檢查數據總線是否斷路。如果總線無故障，更換控制單元1。

5? 線路和控制單元（ECM）的基本檢查

5.1 輸入線路檢查? 首先，要找到CAN高位（CAN.High）和低位（CAN.Low）數據線輸入的針腳（各種車的針腳定義不同）;將輸入的針腳與模塊脫離;檢測線路是否有正常的信號電平和波形。

5.2 輸出線路檢查? 首先，確定輸出的CAN--H高位線、CAN--L低位線是否斷線或搭鐵;將輸出的針腳與模塊脫離;檢測線路是否有信號電平或波形。

5.3 控制單元（ECM）電源檢查? 控制單元（ECM）上多則有4條電源線，在模塊正常工作時，每條電源線都應該有+12V的電壓。

5.4 控制單元（ECM）搭鐵線檢查? 控制單元（ECM）上一般都有2到3條搭鐵線，這些搭鐵線要與全車的搭鐵線連接良好。

5.5 喚醒線檢查? CAN總線系統各個控制單元（ECM）都停止工作時，系統自動進入耗電量非常小的狀態，稱之為“休眠模式”。總線系統重啟進入工作狀態要激活其中的一個模塊，而后“一醒皆醒”，該控制單元（ECM）有1根喚醒線，總線重啟時要有+12V的電壓。

5.6 CAN雙絞線檢查? 有終端電阻的高速CAN可以測阻值檢測CAN的雙絞線，無終端電阻的低速CAN只能檢測工作時的雙絞線上的電平，應有2.5V左右的電壓。

6? 故障案例

案例一：

①故障現象。一輛2019年吉利帝豪EV450純電動轎車，客戶報修儀表READY燈不亮，也不顯示SOC數值，車輛無法行駛，并且動力電池故障報警燈、低壓輔助蓄電池指示燈和電量過低報警燈均點亮的故障。

②故障診斷。連接吉利故障診斷儀，動力電池系統無法進入，整車控制器系統故障碼為U011287與BMS通訊丟失。該車動力電池管理BMS模塊設有兩個低壓線束連接器與車輛線束相連接，即整車通訊12P-A和整車通訊12P-B。整車通訊12P-A連接器主要連接線路為提供電源、CAN總線及診斷座，整車通訊12P-B連接器連接線路為快充連接口。

③故障排除。判斷故障原因后對線束連接器退針的端子修復后故障排除。

案例二：

①故障現象。一輛比亞迪純電動汽車，車輛無法行駛，儀表顯示“請檢查ABS系統”，“請檢查電子駐車系統”， “請檢查車輛網絡”，“請檢查助力轉向系統”等多個故障。

②原因分析。1）控制單元（ECM）故障;2）CAN總線線路故障;3）控制單元（ECM）終端電阻故障;4）車載網絡網關故障。

③維修步驟。1）先將網關接插器重新拔插，低壓蓄電池負極斷電5min后重新加電故障依然存在。2）用診斷儀掃描網關列表，所有控制單元（ECM）都掃描不到，推斷有一個網絡有問題導致整車車載網絡失去通信。3）測量診斷口的各網CAN-H、CAN-L的電壓和終端電阻。整車網10號端子CAN-L 2.4V正常，9號端子CAN-H 2.5V正常，終端電阻60Ω正常;驅動網13號端子CAN-L 2.4V正常，12號端子CAN-H 2.5V正常，終端電阻60Ω正常;車身網11號腳CAN-L 2.4V正常，3號端子CAN-H 2.5V正常，終端電阻60Ω正常;電源線16號端子12V正常，4、5號端子搭鐵正常;ESC網6號腳CAN-H 1.5V異常（偶發性與車身導通），14號端子CAN-L 0V異常（始終與車身導通），終端電阻0Ω異常。查看CAN網絡拓撲圖發現ESP、EPS、EPB、網關都在ESC網，確定是ESC網CAN-L對地短路造成整車車載網絡失去通信。4）分別斷開ESC網所有控制單元（ECM）的插頭，測量診斷口14號端子依舊對地短路，排除ESC網控制單元（ECM）內部短路。5）閱讀分析電路圖獲悉ESC網絡所有ECM之間通信都要經過3號匯聚頭，分別斷開3號匯聚頭的端子，測量8號端子對搭鐵是否導通，當斷開9號端子時，對搭鐵阻值無窮大，電壓2.4V，恢復正常。確定是電子駐車制動EPB控制單元到3號匯聚頭的CAN-L對搭鐵短路造成整個車載網絡停止通信。6）閱讀分析電路圖獲悉電子駐車制動EPB控制單元的3號匯聚頭之間有一個線束連接器。拔掉發現其18號端子后面的線束皮破損接觸到車身，造成CAN雙絞線搭鐵短路，重新包扎絕緣處理后，試車故障排除。

7? 總結

在車輛故障診斷與排除過程中要遵守安全操作規范，特別是要做好新能源汽車的高壓安全與防護;在進行檢修作業時要本著先外后內，先簡單后復雜、能不拆就不拆、能拆小件不拆總成，先讀故障代碼優先的原則。在檢修車載網絡故障系統前，要保證所有與數據總線相連的ECM無功能故障。功能故障雖然不會直接影響數據總線系統的通信，但會因缺失某些信息而影響某一系統的功能。這種功能故障對數據總線系統有間接影響，會影響需要該傳感器信號的ECM的通信。如存在功能故障，先排除功能故障，記下該故障并清除所有ECM的故障代碼。對于車載網絡故障，用汽車電腦故障診斷儀掃描網關列表，找不到一個或數個ECM或者幾個ECM同時與一個ECM失去通訊，可以先查看車載網絡拓撲圖，查看這些ECM是不是同在一個車載網絡里面，而后再分別拔掉該網絡里面可疑的ECM供電保險絲后，測量CAN信號電平，即可基本確定快速的查找出車載網絡故障的問題所在。

參考文獻：

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