汽車CAN 總線故障診斷方法與案例分析

佘 勇，徐鴻宇，陶玉恒

（貴州電子信息職業技術學院汽車工程系，貴州 凱里 556000）

隨著汽車工業的快速發展，汽車電子技術也逐步向電動化及智能網絡化方向發展[1]。汽車電氣設備也越來越多，汽車電氣系統及車內電氣布線越來越復雜，不管是從布線成本還是從汽車輕量化來說，傳統的汽車通信方式已無法滿足汽車通信網絡的發展。汽車CAN總線技術是CAN總線將汽車上各個計算機控制單元通過串行口進行聯接，從而高效地實現汽車上各相關單元之間的信息通信[2]。然而，對于汽車CAN 網絡系統維修相關的研究還比較少，并且每一款車的CAN 總線故障的診斷思路都不盡相同，這需要維修人員非常清晰地理解該系統的結構控制原理。基于此，本文分析了汽車總線故障診斷方法，并將其應用于實際的診斷過程中。

1 汽車通信總線的結構及信號特征

1.1 CAN通信的特點

CAN 總線是一種串行通信的多主式局域網總線，具備低成本、實時傳輸、抗干擾性能強等特點，傳輸距離可達10km，且數據傳輸率最高可以達到1mb/s，完全可以滿足汽車空間內各單元之間的通信[3]。另外，CAN總線系統控制器可以根據設定好的程序對數據信息的重要性程度進行優先級仲裁，這樣所有控制單元就會按照事先給定的指令有條不紊地傳遞信息而不發生沖突[4]。

1.2 CAN通信總線的結構及信號特征

CAN 總線由雙絞線組成，一條信號線被標識為CAN-H，另一條信號線被標識為CAN-L。由于汽車上的用電設備往往比較多，就會導致CAN 總線的通信受到干擾，而兩條CAN 總線以雙絞線的形式組合在一起，這樣可以在一定程度上避免這種干擾帶來的影響[5]。在此數據總線的末端，CAN-H 與CAN-L 兩條線路之間有兩個阻值為120Ω的并聯電阻，其總阻值為60Ω，該電阻被稱為終端電阻。

CAN 總線的標準信號波形可通過示波器進行測量，CAN-H和CAN-L的波形朝相反方向變化，圖1所示為邁騰B8L車型的舒適CAN信號波形。當CAN總線的兩條線路處于靜止狀態時，CAN-H和CAN-L信號線未被激活，在此狀態下兩條信號線的電壓均為2.5V，此時兩線之間的電壓壓差約為0V。當CAN 信號線被激活時，CAN-H 信號線路電壓被拉至約3.5V，CAN-L 線路電壓被拉低至約1.5V，此時兩線之間的壓差在2V左右[6]。

圖1 邁騰B8L 車型的舒適CAN 信號波形

2 總線故障診斷方法

汽車CAN總線為汽車的通訊網絡，一旦某個CAN網絡系統出現了故障，CAN 網絡通信將會癱瘓，該系統無法工作，同時也會引起其他系統的CAN 網絡無法正常工作。下面分析邁騰B8L 舒適系統CAN 總線斷路、短路和虛接三大類故障類型診斷方法。

2.1 斷路故障的診斷分析

總線斷路故障主要有CAN-H 斷路和CAN-L 斷路。對于這類故障，通過檢測波形判斷其故障類型，以CAN-H 斷路故障進行分析。設置好CAN-H 斷路故障后，按下一鍵啟動開關E378 的同時打開應急開關，利用示波器在進入及啟動許可控制單元J965 端雙通道檢測兩條通信線的波形，得到如圖2 所示的波形。觀察波形可以發現該圖左側CAN-H 的波形出現了逆向切換現象，通過分析發現這是因為CAN-H通信線斷路后，總線信號發射端控制模塊發出的CAN-H波形不能正常傳遞至接收端，而是反射到CAN-L線路，又由于總線系統存在電阻，就導致了CAN-H 波形反射到CAN-L 后的波形幅值被拉低。對于CAN-L 斷路的故障也可用同樣的思路進行分析。

圖2 CAN-H 斷路波形

2.2 短路故障的診斷分析

總線斷路故障主要有：CAN-H 對正極（+B）、對地短路，CAN-L 對正極、對地短路，CAN-H 與CAN-L 雙絞線之間相互短路等。對于前面兩類故障，可以利用萬用表或者示波器進行檢測，如果用示波器檢測總線對+B 短路故障，發現其波形為一條電壓與正極電壓相同的直線；如果故障是對地短路，則波形為一條0V 直線。對于后一類故障，需要利用示波器檢測其波形進行判別。設置好CAN-H與CAN-L 雙絞線之間相互短路的故障后，按下一鍵啟動開關E378 的同時打開應急開關，利用示波器在進入及啟動許可控制單元J965 端利用示波器雙通道檢測兩條通信線的波形，得到如圖3所示的波形。經過分析，這是因為當兩條線路相互短接在一起之后，CAN-H與CAN-L的顯性電平均在2.5V左右波動，說明兩條線路相互短路。

圖3 CAN-H 與CAN-L 相互短路波形

2.3 虛接故障的診斷分析

電路的虛接，在汽車實際維修中，主要表現為電路中導體的接觸不良、不牢固、線路松動等接觸面積具有不確定性的故障[7]。CAN 總線的虛接故障主要有對正極虛接、對負極虛接、線路虛接等故障類型。對于虛接類故障，主要看虛接電阻阻值的大小，當虛接電阻的阻值達到一定值時才會導致某種故障。一般線路虛接故障在實際維修中較為常見。在實際維修中，可以把線路虛接等效成在線路中接入具有某個阻值的電阻。對于此類故障的維修，還是需要通過示波器檢測其波形并分析診斷。設置好CAN-L線路虛接一個500Ω 電阻的故障后，按下一鍵啟動開關E378 的同時打開應急開關，利用示波器在車載電網控制單元J519 端雙通道檢測兩條通信線的波形，得到如圖4所示的波形。經過分析，這是因為CAN-L虛接500Ω的電阻后，電阻會消耗掉一部分電流，從而影響了電路中電壓的分配。

圖4 CAN-L 線路虛接500Ω 波形

3 案例分析

以下針對邁騰B8L車型CAN總線故障案例進行分析。

1）故障現象。無鑰匙功能失效，操作鑰匙其指示燈閃爍，但儀表上的警報燈及車外所有轉向燈均不閃爍，后視鏡無法展開；操作鑰匙遙控器也不能解鎖車門，前后轉向燈閃爍，左右后視鏡上的轉向燈不能正常閃爍，后視鏡也不能展開。使用機械鑰匙解鎖進入車內儀表未提示車門狀態，一鍵啟動開關E378 背景燈不亮，按下E378，儀表提示“未識別到遙控鑰匙”。

2）故障分析。結合邁騰B8L 電路圖進行分析，由于E378 背景燈不亮，說明通訊路線鑰匙—車載電網控制單元J519—進入及啟動許可控制單元J965—E378背景燈存在故障；操作遙控器，前后轉向燈閃爍但無法解鎖車門，說明鑰匙到J519 的通信正常，而J519 到車門控制單元存在通信異常，另外由于無鑰匙進入時鑰匙指示燈閃爍，可以說明車門觸摸傳感器、進入及啟動許可控制單元J965、天線等工作正常，初步判斷為舒適系統網絡通信故障。

3）故障診斷。通過解碼儀讀取汽車網關J533 的故障代碼為：U014000：車身計算機1/車載電網控制單元/電子設備控制單元-無通信。按下一鍵啟動開關E378 的同時打開應急開關，利用示波器檢測車載電網控制單元J519 的CAN 網絡通信端子T73a/16（CAN-H）及T73a/17(CAN-L)，得到如圖5 所示波形。從圖中可以看出，該圖的左側部分CAN-L 波形被拉長并且出現了逆向切換的現象，這是典型CAN-L 斷路波形，斷電后通過萬用表測量該線的線路電路發現為無窮大，說明故障為CAN-L通信線斷路，故障排除。

圖5 診斷實測波形圖

4 結論

隨著汽車電子領域的迅猛發展，CAN 總線技術也被廣泛地應用于汽車領域，對于汽車CAN 總線系統的維修技術也越顯重要。在對汽車CAN 總線系統的維修時，首先需要了解CAN 總線的網絡結構特點、信號傳輸原理、標準波形特點及相關故障波形的特點，然后根據電路圖及維修手冊利用相應的儀器及工具進行檢測維修。本文以邁騰B8L 車型為例，對該型車的CAN 總線網絡系統故障診斷進行了分析和總結，通過相關維修案例表明可以對實際維修過程提供思路和參考。