淺析汽車CAN-BUS的故障診斷

孫保海

摘 要：CAN總線（CAN-Bus）以其可靠性、實(shí)時(shí)性及靈活性的特點(diǎn)，在汽車ECU（Electrical Control Unit）通信中占據(jù)越來(lái)越重要的角色。Can-Bus實(shí)現(xiàn)車內(nèi)互聯(lián)系統(tǒng)由傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)向總線式系統(tǒng)的進(jìn)化，在很大程度上降低了車內(nèi)電子系統(tǒng)布線的復(fù)雜度。然而在降低布線復(fù)雜度的同時(shí)，也給檢測(cè)帶來(lái)了一定的困難。總線上傳遞信號(hào)，而檢測(cè)信號(hào)的儀器首選示波器。但汽車用示波器價(jià)格昂貴、使用的理論基礎(chǔ)比較高。對(duì)此，文章針對(duì)CAN總線的檢測(cè)提出使用萬(wàn)用表的方式進(jìn)行檢測(cè)，為CAN-Bus的檢測(cè)提供快速、方便的檢測(cè)方法。關(guān)鍵詞：CAN-Bus;檢測(cè);電平信號(hào);故障診斷中圖分類號(hào)：U472.42 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）08-147-03

Abstract： Can bus， with its characteristics of reliability， real-time and flexibility， plays an increasingly important role in the communication of automobile ECU （electrical control unit）. Can bus realizes the evolution of interior interconnection system from traditional point-to-point interconnection to bus system， which greatly reduces the complexity of interior electronic system wiring. However， while reducing the complexity of wiring， it also brings some difficulties to the detection. The signal is transmitted on the bus， and the oscilloscope is the preferred instrument for detecting the signal. But the auto oscilloscope is expensive and has a high theoretical basis. To this end， this paper puts forward the method of using multimeter to detect can bus， which provides a fast and convenient detection method for CAN bus detection.Keywords： CAN-Bus;?Testing;?Level signal;?Fault diagnosisCLC NO.： U472.42 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）08-147-03

前言

CAN-Bus（Controller?Area Network-Bus）協(xié)議最早是由德國(guó)BOSCH公司提出，用于汽車內(nèi)ECU之間的可靠通信。如今在汽車電子控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，成為歐洲汽車制造業(yè)的主體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，代表著汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的主流發(fā)展趨勢(shì)。

CAN-Bus是一種多主機(jī)方式的串行通訊總線，可以實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)共享，其消息的發(fā)布是廣播式的，在同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)偵測(cè)到的數(shù)據(jù)是一致的。在一輛整車上，CAN總線上可以掛載發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、安全氣囊、巡航控制、電池管理等所有電控單元作為節(jié)點(diǎn)，從而保證了整個(gè)車輛所有電控單元信息的傳輸和共享。

CAN-Bus作為汽車的“神經(jīng)系統(tǒng)”，對(duì)于汽車的安全正常運(yùn)行至關(guān)重要。如果CAN-Bus系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者數(shù)據(jù)傳輸異常時(shí)，車輛就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的奇怪故障現(xiàn)象，如儀表盤顯示故障、車輛啟動(dòng)后無(wú)法熄火、發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)、ABS報(bào)警等。

1 控制單元之間的通信

在汽車上，所有的控制單元之間的CAN通信都通過(guò)兩根數(shù)據(jù)線進(jìn)行。CAN能夠使用的物理介質(zhì)有多種，例如雙絞線、光釬、同軸電纜等，而汽車上大部分都是采用的雙絞線。使用雙絞線進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，采用的是差分電壓傳送，兩條信號(hào)線稱為“CAN-H”和“CAN-L”（如圖1）。

在靜態(tài)時(shí)，CAN-H和CAN-L上的共模輸入電壓為2.5V，即差分電壓為0V（最大不超過(guò)0.5V）。此狀態(tài)也稱為“隱性”狀態(tài)，邏輯電平為“1”。

在信號(hào)傳輸過(guò)程中，CAN-H的輸入電壓為3.5V，CAN-L的輸入電壓為1.5V，差分電壓為2V（最小不小于0.9V）。此狀態(tài)稱為“顯性”狀態(tài)，邏輯電平為“0”。

2 常見(jiàn)故障解析

CAN-Bus的常見(jiàn)故障出現(xiàn)在鏈路故障和節(jié)點(diǎn)故障，而鏈路故障又占了大多數(shù)。通過(guò)上面內(nèi)容中其對(duì)通信協(xié)議的分析可知，其在信號(hào)傳輸過(guò)程中，CAN-H和CAN-L都會(huì)有電壓存在。因此，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，為方便、快速的檢測(cè)，可以單獨(dú)測(cè)量其對(duì)地電壓（用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，測(cè)量數(shù)值為其平均電壓）。

車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)（OBD-II）能在汽車運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)及車輛的其它功能模塊的工作狀況（如圖2），因此可以從詞接口檢測(cè)CAN總線。在OBD-II的接口定義中（如圖3），6#引腳連接CAN-H導(dǎo)線，14#引腳連接CAN-L導(dǎo)線，6#和14#引腳構(gòu)成動(dòng)力CAN總線。部分車型還定義了3#和11#引腳為舒適CAN總線（本例圖中車型無(wú)3#和11#引腳定義）。

在車輛正常工作時(shí)，當(dāng)CAN總線被喚醒后，CAN-H對(duì)地電壓為2.6V左右，實(shí)車測(cè)量電壓為2.55V（如圖4），CAN-L對(duì)地電壓為2.4V左右，實(shí)車測(cè)量電壓為2.37V（如圖5）。CAN-H和CAN-L對(duì)地電壓隨著車型和車況的不同，其數(shù)值會(huì)有所變化，但二者的和一定是在5V左右。

2.1?CAN-H與CAN-L短路故障

出現(xiàn)短路的故障時(shí)，CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將整個(gè)關(guān)閉，此時(shí)所有電控單元將無(wú)法進(jìn)行通信，車輛無(wú)法啟動(dòng)，儀表盤上的故障燈都會(huì)點(diǎn)亮。使用萬(wàn)用表測(cè)量OBD-II接口的6#和14#引腳的對(duì)地電壓，二者的電壓值皆維持在2.5V左右，并且不會(huì)產(chǎn)生任何變化。

CAN-H與CAN-L的短路，分為節(jié)點(diǎn)短路和鏈路短路。可以采用逐個(gè)斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行判斷。將節(jié)點(diǎn)逐個(gè)斷開(kāi)，若電壓恢復(fù)正常，則為節(jié)點(diǎn)短路;若斷開(kāi)所有節(jié)點(diǎn)后，測(cè)量電壓依舊沒(méi)有變化，則判斷為鏈路短路。

2.2 CAN-H對(duì)電源短路故障

CAN-H對(duì)12V短路，CAN-H的對(duì)地電壓為12V，如果使用萬(wàn)用表測(cè)量CAN-L的電壓，其值大約為10V左右，此時(shí)可以斷定是出現(xiàn)此類故障。

要判斷CAN-H對(duì)電源短路是節(jié)點(diǎn)還是鏈路原因造成，也可以采用斷開(kāi)節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行判斷。如果判斷為節(jié)點(diǎn)故障，則控制模塊內(nèi)的CAN收發(fā)器故障，需要對(duì)該控制模塊進(jìn)行更換。

2.3?CAN-L對(duì)地短路故障

CAN-L如果出現(xiàn)對(duì)地短路的故障，部分車型的CAN容錯(cuò)機(jī)制的特性比較好，車輛基本能夠正常運(yùn)行，但在診斷過(guò)程中是存在故障代碼的。

此時(shí)CAN-L的對(duì)地電壓為0V，CAN-H的隱性電壓也為0V，但其顯性電壓基本不變，即CAN-H的對(duì)地電壓（平均電壓）大約為1V。

2.4?CAN-H或CAN-L斷路故障

CAN-H或CAN-L斷路，則會(huì)導(dǎo)致斷路的節(jié)點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行通信，但其他未斷路模塊不影響正常工作，這也是采用CAN總線的好處。

此時(shí)可以采用電阻測(cè)量的方式來(lái)檢測(cè)斷點(diǎn)。測(cè)量CAN-H和CAN-L之間的電阻，如果是120Ω，則有一個(gè)終端電阻斷路（如儀表等）;如果是60Ω，則是中間的某個(gè)節(jié)點(diǎn)斷路，需要使用替換法進(jìn)行檢查判斷。

3 總結(jié)

本文列舉了CAN-Bus系統(tǒng)的常見(jiàn)故障的快速判斷方法，

還有一些類似故障如CAN-H對(duì)地短路、CAN-L對(duì)電源短路等故障，可以參考上面列舉的方法進(jìn)行排除。

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