汽車CAN總線錯誤幀故障分析

【摘 要】汽車CAN總線作為汽車電子電器行業應用廣泛的通信技術，隨著整車智能化、網聯化的不斷發展，總線上的節點不斷增多，汽車總線故障也愈發復雜。這對汽車診斷工程師診斷專業能力提出了很高要求。因此，掌握處理總線故障的思路對于解決總線故障問題至關重要。文章以某車型樣車OBD故障燈故障作為案例進行分析，介紹總線故障的診斷思路。首先，根據數據分析故障類型，接著通過排除法鎖定故障模塊，最終確認問題的根本原因。期望為其他診斷工程師解決總線故障提供一些借鑒經驗。

【關鍵詞】CAN總線;總線故障;OBD;故障類型

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）11-0045-02

Analysis and Research on Error Frame Fault of Automobile CAN Bus

【Abstract】Automotive CAN bus is a widely used communication technology in automotive electronic and electrical industry. With the continuous development of vehicle intelligence and network connection，the number of nodes on the bus is increasing，and the fault of automotive bus is becoming more and more complicated. This puts forward high requirements on the diagnostic professional ability of automotive diagnostic engineers. Therefore，it is very important to know how to deal with bus fault. This paper analyzes the fault of OBD lamp of a model car as a case，and introduces the diagnosis idea of bus fault. First，analyze the fault type according to the data，and then lock the fault module through the elimination method to finally identify the root cause of the problem. It is expected to provide some experience for other diagnostic engineers to solve bus faults.

【Key words】CAN bus;bus failure;OBD;fault type

新能源汽車產業將引領動力電動化、能源低碳化、系統智能化三大革命。新能源汽車的智能化發展離不開車載網絡通信技術不斷迭代更新[1-2]。汽車總線作為一種在汽車工業中廣泛應用的通信技術，提升了汽車電子的整體穩定性。然而，在汽車電子應用過程中，CAN總線很容易出現總線故障，并且隨著車用電氣設備越來越多，汽車總線技術的發展也使得故障變得越來越復雜。總線故障診斷分析對專業技術要求較高[3-4]。汽車總線常見的故障主要有通信錯誤、總線短路、錯誤幀、總線干擾、總線錯誤等。很多CAN總線故障無法通過肉眼感知，需要通過CAN設備采集數據分析故障，若診斷工程師不具備較好的專業素養以及CAN工具的應用能力，當出現通信故障時很容易束手無策，問題無法及時得到解決直接影響項目的研發進度。因此，掌握CAN總線故障分析排查能力對于分析和解決CAN總線故障具有重要意義[5-7]。

1 理論技術介紹

汽車CAN總線故障的分析對工程師的要求比較高，除了要熟悉總線專業知識外，還要對整車的網絡拓撲非常了解，另外，分析排查問題時要求會使用CAN工具分析數據，同時要求會使用診斷工具讀取故障碼對故障進行初步的診斷，根據經驗初步分析可能原因，找準問題方向后，接著利用專業知識進一步鎖定故障的具體原因和故障部位。總線故障排查流程如圖1所示。下文對總線Bus-Off故障排查流程進行詳細闡述。

1）使用CAN工具采集總線數據讀取整車CAN數據進行分析，觀察總線數據是否有異常的情況。比如說觀察總線是否有錯誤幀，或者總線發送數據是否符合DBC設計要求。

2）采集總線數據后，判斷故障屬于鏈路故障還是節點故障。使用萬用表量取總線電壓是否符合總線設計要求，比如測量總線CANH總線電壓異常或者總線對地短路等情況。若符合設計要求，則屬于線路故障，按照鏈路故障流程進行分析。如果不屬于線路故障，則繼續進行排查。

3）通過拔總線模塊的熔斷絲或者拔掉模塊的接插件方式鎖定故障的問題模塊。當拔掉某個模塊接插件（熔斷絲）后總線未恢復正常，繼續往下拔掉其他模塊的接插件（熔斷絲），當拔掉模塊后總線恢復正常，則初步懷疑該模塊總線節點存在故障。

4）通過拔總線模塊的熔斷絲或者拔掉模塊的接插件方式鎖定故障的問題模塊。當拔掉某個模塊接插件（熔斷絲）后總線未恢復正常，繼續往下拔掉其他模塊的接插件（熔斷絲），當拔掉模塊后總線恢復正常，則初步判斷該模塊總線節點存在故障。

5）初步確定故障模塊后，對故障模塊進行網絡單節點測試，分析模塊出現故障的原因。針對問題根本原因，采取更換硬件或者修改軟件的措施，并將問題整改完畢。

某車型網絡拓撲圖如圖2所示，該拓撲圖為兩網段的網絡拓撲圖，儀表IC模塊和發動機控制器EMS通過CAN總線信號交互，儀表接收來自發動機控制器發送的總線信號并驅動OBD故障燈點亮。

2 問題現象

在某車型的開發過程M1裝車階段，某一臺樣車出現了發動機OBD故障燈亮的情況。同時，發動機模塊報出燃油液位信號掉線故障碼（油位傳感器信號丟失/失效/校驗錯誤），其他節點則報出儀表通信節點丟失當前故障碼。

3 問題分析

首先，采集CAN數據進行分析后發現總線存在大量錯誤幀，包括格式錯誤和填充錯誤。接著采集一段儀表模塊的數據進行分析，如圖3所示，發現儀表數據在源網段和目標網段均存在計數異常的情況。BCAN上的儀表報文的Rolling Counter計數異常，出現丟幀情況。通過網關路由轉發到PCAN上，EMS接收儀表發送的報文，從而導致EMS偶發性報油位傳感器信號丟失/失效/校驗錯誤故障碼（U0676）。如圖4所示，分析總線上其他節點（T-BOX、BCM、IC）的數據也發現存在丟幀的情況。總線錯誤幀對BACN的節點數據的發送有顯著影響。

其次，檢查總線電壓無異常情況，確定線路上無故障，基本排除了鏈路故障的原因。進一步按照上一節介紹的總線Bus-Off故障排查流程，對錯誤幀所在網段的總線模塊進行逐個拔熔斷絲的操作，以鎖定具體的故障模塊。依次拔儀表、車身控制器、車機模塊、胎壓模塊、信息娛樂模塊的熔斷絲。當拔掉胎壓模塊時，錯誤幀數據消失。

然后，通過對故障件胎壓模塊進行單節點測試，并經過軟件版本號和硬件版本號比對，發現故障件屬于借用件，故障件的CAN波特率為125kBaud，而總線定義網段的波特率為500kBaud。經確認，TPMS的波特率125kBaud和整車網絡500kBaud不匹配，造成整個CAN總線通信異常錯誤幀的問題。

4 問題解決方案

針對上述開發過程中因錯誤幀引起的OBD故障燈的問題，修改胎壓模塊的底層軟件，配置軟件底層定義的波特率，修改為500kBaud，并同步進行單節點測試，測試無問題后，安裝在車上并進行單節點網絡測試，測試模塊的單節點通信功能是否符合設計要求。采集數據分析總線無錯誤幀問題，總線數據無丟幀的情況。測試結果如圖5所示。 5 結論

本文以某車型OBD故障燈故障為例，詳細介紹了此類總線故障的排查分析思路。在此基礎上，對故障進行了深入分析，初步識別出故障屬于總線錯誤幀故障問題。通過有效的分析方法，快速識別到問題出現的源頭。此外，針對OBD故障燈問題給出改進方案，在修改軟件后進行通信測試。測試結果表明，整改后的軟件未出現錯誤幀情況，OBD故障燈完全解決，為汽車CAN網絡診斷開發及應用的相關人員提供了借鑒。

參考文獻：

[1] 單黎婷，胡立芳，陸敏，等. 新能源汽車高壓線束高壓互鎖原理和應用淺析[J]. 汽車電器，2019（2）：8-10.

[2] 肖珍，王詩豪，吳磊. 基于CAN總線的乘用車電子電器故障分析方法[J]. 汽車電器，2018（2）：55-57.

[3] 孫明兵. 電動汽車CAN網絡測試與診斷技術研究[D]. 武漢：武漢理工大學，2016.

[4] 李苗苗，楊偉東，蔡永祥，等. 整車電氣性能測試系統的研究[J]. 汽車技術，2018（2）：36-39.

[5] 廖建造，王磊，毛藝. 基于CAPL的CAN總線故障注入自動化測試系統設計[J]. 上海汽車，2023（4）：21-26，37.

[6] 李啟凱，曾少華. 汽車驅動CAN總線系統原理及故障診斷分析[J]. 南方農機，2023，54（16）：167-170.

[7] 楊鵬春. 電動車高壓上電故障診斷與監測[J]. 汽車電器，2023（6）：36-39.