汽車CAN總線系統技術及故障診斷

曹海燕，戴旭東

（1.泰州機電高等職業技術學校，江蘇 泰州 225300；2.常州工學院 汽車工程學院，江蘇 常州 213032）

1 CAN總線系統概述

CAN（Controller Area Network）即控制器局域網，是將汽車上所有控制系統中的電子控制單元連接在一起的網絡，以便于實現電控單元之間的信息傳遞。根據系統對于傳輸速率的要求，將CAN總線系統分為三類，即驅動CAN總線系統、舒適CAN總線系統和信息娛樂CAN總線系統。

CAN總線系統由各電子控制單元、數據傳輸導線以及數據傳輸終端組成。如圖1所示，其中數據傳輸線用的是雙絞線，應用系統不同導線的顏色也不同。驅動系統CAN-H為橙黑色，CAN-L為橙棕色；舒適系統CAN-H為橙綠色，CAN-L為橙棕色；信息娛樂系統CAN-H為橙紫色，CAN-L為橙棕色。

圖1 CAN 總線系統結構

CAN總線系統的特點如下：

（1）傳輸速率范圍廣，因此將車上的控制單元可以按照速率來劃分系統，例如舒適CAN的傳輸速率為100 kb/s，汽車上車窗玻璃升降、座椅調節、空調等可以安排在舒適CAN系統下；驅動CAN的傳輸速率為500 kb/s，汽車上的發動機電控系統、ABS系統和SRS系統等可以安排在驅動CAN系統下[1]。

（2）CAN總線選用的鏈路形式為雙絞線，采用較為廉價的物理傳輸媒介。

（3）多個電控單元可以同時發送信息，模塊可以按照優先等級獲取信息。

（4）CAN總線具有檢測錯誤的能力，可靠性比較高。

（5）當傳輸的信息丟失或者出錯時，具備信息重發的功能。

（6）CAN總線符合國際標準，在一輛車上不同廠家的電控單元間可以進行數據的交換。

2 CAN總線信號特征和標準波形

2.1 CAN總線信號電壓的基本特性

CAN 總線沒有信號傳遞時的狀態稱為“隱性狀態”，有信息傳遞時的狀態稱為“顯性狀態”，相應的電壓分別叫做隱性電壓和顯性電壓。對于驅動CAN總線而言，顯性電壓CAN-H=3.5 V，CAN-L=1.5 V；隱性電壓CAN-H=2.5 V，CAN-L=2.5 V。舒適CAN總線，顯性電壓CAN-H=3.6 V，CAN-L=1.4 V；隱性電壓CAN-H=0 V，CAN-L=5（或12 V）。

2.2 CAN總線標準波形

CAN-High與CAN-Low的波形相同，極性相反，且最大電壓值相等。驅動CAN總線系統標準波形CAN-H的高電平為3.5 V，低電平為2.5 V，CAN-L的高電平為2.5 V，低電平為1.5 V。如圖2所示，舒適CAN總線系統標準波形CAN-H的高電平為3.6 V，低電平為0 V，CAN-L的高電平為5 V，低電平為1.4 V。如圖3所示。

圖2 驅動CAN系統標準波形

圖3 舒適CAN系統標準波形

3 汽車CAN 總線系統常見故障分析

當汽車CAN總線系統出現故障，一般可以從以下幾方面進行考慮：一是電源故障，例如電源電壓過高，導致系統無法正常工作；二是電路故障，即鏈路故障，例如鏈路出現的斷路、搭鐵短路、與蓄電池的正極短接、CAN-H與CAN-L互相短接等等；三是節點故障，即電控單元故障，例如電控單元硬件故障或軟件故障[2]。其中，鏈路故障最為常見。接下來主要討論驅動CAN總線系統和舒適CAN總線系統的故障問題。

3.1 驅動CAN總線常見故障分析

（1）故障波形分析。

圖4為驅動系統中控制單元發生故障的情況，波形中驅動CAN -H斷路，但CAN-H 和CAN-L相互絞接在一起，相互感應產生疊加波形，比正常波形要高。可以判斷此時是由于系統中某驅動控制單元CAN-H斷路，導致驅動CAN中波型正常波形與不正常波形同時存在。

圖4 驅動CAN系統控制單元故障波形

圖5為驅動CAN總線系統鏈路故障情況，檢測出的波形CAN-H斷路，但是CAN-H和CAN-L線絞接在一起，互相感應產生疊加的波形，CAN-H波形比正常波形幅值大。驅動控制單元CAN-H斷路，導致了驅動CAN中正常波形與不正常波形同時存在。

圖5 驅動CAN系統鏈路故障波形

（2）故障檢測方法。

1）連接診斷儀器，對于數據總線的故障進行診斷并讀取故障碼。

2）讀取數據值（測量值）查看驅動CAN總線各個控制單元的工作狀態。

3）如果此時無法進入自診斷，檢查控制單元和診斷插座的電源、搭鐵和熔斷器是否正常。

4）檢查驅動CAN總線電壓和波形是否正常。如果不正常，查閱維修手冊，找到驅動CAN總線各個控制單元位置。逐一斷開控制單元的插腳，再次觀察波形。若此時波形正常則說明故障在拆下的控制單元上，如果波形不正常則說明故障在總線線束上。

5）逐一斷開驅動CAN總線連接導線，觀察波形是否正常。如若正常，說明故障在于拆下的導線上，仔細檢查線束，找出故障點。

6）維修或者直接更換控制單元或故障導線，排除系統故障。

3.2 舒適CAN總線常見故障分析

（1）故障波形分析。

圖6為舒適CAN總線系統鏈路故障，波形中CAN-H的電壓達不到標準電壓，比標準電壓低一些，但是CAN-L的波形正常，可以判斷CAN-H對地短路但帶電阻。如果電阻越大，輸出的波形則越趨于正常。反之電阻越小，波形越趨于平緩。

圖6 舒適CAN系統鏈路故障（1）

圖7仍為舒適CAN總線系統鏈路故障，波形中CAN-L的電壓過大，明顯高于標準值，最大值接近于12 V，而CAN-H的波形正常。可以判斷此時CAN-L帶電阻對蓄電池正極短路。

圖7 舒適CAN系統鏈路故障（2）

（2）故障檢測方法。

1）打開博世FSA740檢測儀的電源開關，啟動診斷儀。

2）在車上找到舒適CAN總線的雙絞線，分別將CH1、CH2檢測線連接到CAN-H和CAN-L數據傳輸線上，負極線連接到蓄電池負極上。

3）選擇通用示波器功能，進入示波器檢測界面。

4）打開點火開關，檢測舒適CAN總線的波形是否符合標準，并進行波形分析。若波形不正常，查閱維修手冊，找到舒適CAN總線各個節點控制單元及導線節點的位置，逐一斷開各控制單元的插接器，觀察波形是否恢復正常。若波形正常，說明控制單元損壞，若波形不正常說明CAN傳輸導線故障。

5）逐一斷開舒適CAN總線連接導線，觀察波形是否恢復正常，若正常說明導線故障，仔細查找故障部位并排除。

6）再次進行波形檢測，確定總線故障已經排除。

7）檢測完畢，關閉點火開關，取下測試導線，將其放置到儀器的支架上。

8）推出診斷儀，關閉電源開關，整理儀器設備。

4 結論

本文對汽車CAN總線系統的組成和特點進行了簡要介紹，闡述了CAN總線系統的信號特征，分析了CAN總線系統的標準波形。本文還對汽車CAN總線系統的故障原因進行了分析，舉例對驅動和舒適CAN總線系統的故障波形進行了分析，同時也為汽車維修人員提供了一種CAN總線故障診斷的方法[3]。