卡車制造端的CAN總線故障分析與排除(1)

高恩壯 于彥權 鄭宇鋒 王鵬理

【摘? 要】隨著卡車電氣化趨勢發展的深入，各類電控系統也隨之增多，而CAN總線作為控制器之間通信的橋梁，其作用日益顯現。卡車制造階段因生產操作、制件品質等因素會造成一系列的CAN總線方面的電氣故障，通常這類故障相對于其他硬線故障更加復雜，值得分析和學習。

【關鍵詞】CAN總線；電氣故障；分析方法

中圖分類號：U463.62? ? 文獻標志碼：B? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）04-0083-03

【Abstract】With the development of truck electrification trend，all kinds of electronic control systems are also increasing. As a communication bridge between controllers，CAN-bus plays an increasingly important role. In the truck manufacturing stage，a series of CAN-bus faults will be caused by production operation，part quality and other factors. Compared with other hard-wire faults，such faults are usually more complex and worthy of analysis and learning.

【Key words】CAN-bus； electrical fault； analytical method

1? 前言

CAN總線方面的電氣故障現象雖復雜多樣，但也存在較強的規律性，本文只選取卡車制造端部分常見的CAN總線故障案例加以探討，同時為精簡內容、縮短篇幅，文中多幅插圖將被復用。

本文涉及整車產線生產中重要的電檢環節，即EOL檢測（整車下線檢測），通過檢測完成各控制器的電控數據刷寫、參數的錄入及傳感器的校準等工作。EOL檢測得以進行的前提則是電檢設備能夠與相應的控制器通信，因各種因素導致控制器無法通信的現象時有發生，故本篇文章正是筆者根據生產實際情況結合自身的實踐經驗和心得領悟完成的。

2? 案例分析與排除

本文涉及多個車型和眾多控制器，組合和配置關系豐富且多變，因此在案例分析之前先作3個默認的設定：①文中車輛采用標準OBD—Ⅱ診斷接口[1]，16個管腳中僅部分管腳被使用，如表1所示；②涉及電檢的各類控制器中，除儀表控制器是經通信/動力CAN和診斷CAN嘗試檢測，其余控制器均經診斷CAN或先通過診斷CAN連接至具有路由功能的電控，再由其轉接至目標電控；③本文中車輛的診斷CAN總線，其CANH、CANL的正常電壓約為2.5V左右，其他總線的CANH、CANL的正常電壓分別約為2.6～2.7V和2.3～2.4V。

2.1? 案例1：節點未工作

某國Ⅵ車型儀表提示發動機故障燈、排放故障燈和駕駛員警告燈，診斷設備讀取發動機控制單元EMS的故障信息為：U029E00下游NOx傳感器通信超時，U029D00上游NOx傳感器通信超時，U02A200尿素品質傳感器通信超時。

由于尿素品質傳感器、上游氮氧傳感器（NOx）、下游氮氧傳感器均為后處理CAN總線上的節點，三者同時通信超時的現象可能是該條總線出現中斷，可通過查看后處理CAN的拓撲結構分析斷路點，如圖1所示。

由拓撲結構可知，如果該總線上存在斷點，斷點的位置也應該在EMS之后（圖1中EMS左側）。另外如果總線上的節點未在工作狀態，則即使CAN總線連接良好也會報上述故障。

查看圖紙發現尿素品質傳感器、上游和下游氮氧傳感器的供電來自同一支路，可能是該供電缺失導致的。用萬用表測量尿素品質傳感器處的供電，其電壓為0，顯然后處理CAN上的這3個節點并未工作。故障原因是駕駛室熔斷器盒內該路供電熔斷絲熔斷，重新更換后，故障排除。

由本案例可知，不僅是供電缺失會導致節點無法工作，搭鐵缺失同樣會產生這種故障。

2.2? 案例2：相同節點

某國Ⅵ車型儀表提示發動機故障燈、排放故障燈和駕駛員警告燈，診斷設備讀取發動機控制單元EMS的故障信息為：U029D00上游NOx傳感器通信超時，U029E00下游NOx傳感器通信超時，后處理CAN拓撲結構與圖1相同。

經過案例1的分析可基本排除上游和下游氮氧傳感器的供電問題，應檢查二者的插接情況。同時二者都是用于檢測氮氧化合物的傳感器，但在接線方面存在差異，根據CAN通信的原則，同一CAN總線上不能出現2個完全相同的節點[2]，上游和下游氮氧傳感器的管腳定義如表2所示。

檢查發現2個傳感器插接器對接良好，將上游NOx插接器拔下后發現其5號管腳內無接線，意味著其與下游NOx接線完全相同，違背CAN通信的原則。按照設計要求重新接線后，故障排除。

2.3? 案例3：線束問題

某國Ⅵ車型儀表提示故障現象與案例1類似，診斷設備讀取發動機控制單元EMS的故障信息同案例1，后處理CAN拓撲結構同圖1一致。結合案例1的經驗，先測量了尿素品質傳感器的供電和搭鐵，其電壓是正常的，但其后處理CAN電壓分別約為1.9V和1.8V，明顯低于正常值。懷疑后處理CAN上存在斷點或者干擾，導致多個節點都處于“丟失”狀態。

根據經驗，線束對接處出現斷點的概率大。由拓撲結構可知后處理線束與底盤線束對接處CAN線有兩組，可重點排查此處。檢查發現，該處的CANL接線發生縮退，導致CAN通信中斷，如圖2所示，修復后故障排除。

由于CAN總線的2個終端節點都安裝有2個阻值為120Ω的終端電阻，與其他節點之間呈并聯關系，如圖3所示，因此正常情況下從該組CAN的任意節點處可測得約60Ω的電阻，斷開一處終端時可測得的阻值約為120Ω。CAN總線中斷時也可以通過測量終端電阻的阻值分析接線中斷的大概位置。值得關注的是，車載OBD診斷接口通常是診斷CAN總線的一個終端，但終端電阻并不安裝于此處，而是安裝在診斷設備中，因此從診斷接口測得的診斷CAN終端電阻約為120Ω。

除了上述的接線端子縮退，實際生產操作中還有插接器漏接、連接不良、插針彎折、線束被磕碰、擠壓甚至拉斷等形式導致的斷路現象。

2.4? 案例4：網絡架構問題

某液化天然氣（LNG）車型儀表上不顯示天然氣氣量數值，如圖4所示。診斷設備連接儀表讀取的故障信息為無故障，連接網關讀取的故障信息為：GCT節點丟失。GCT（Gas Capacity Transmitter）為LNG液位變送器，通過CAN總線向儀表傳輸天然氣氣量信號。該節點丟失時可測量其供電、搭鐵和CAN線電壓是否正常，同時該裝置是舒適CAN上的節點，其拓撲結構如圖5所示。氣量信號的傳輸路徑是：GCT采集的信號先經舒適CAN發送至網關，再由網關通過動力CAN傳遞到儀表。

測量液位變送器GCT各管腳發現，其供電、搭鐵均正常，CANH和CANL電壓接近，約為2.5V左右，和正常電壓有些區別，但不能確定是否異常，還是再通過測量其他節點處的舒適CAN電壓再作判斷。

先測量網關處的舒適CAN電壓，其CANH和CANL分別約為2.67V和2.44V，表明舒適CAN電壓是正常的，而液位變送器GCT端的CAN線電壓卻不是如此。

再測量網關至液位變送器GCT的舒適CAN接線的通斷，發現二者的CANH和CANL均不導通，表明液位變送器GCT實際上并未連接在舒適CAN上。通過前面測量的CANH和CANL電壓均為2.5V的現象來看，該節點似乎被連接在了診斷CAN上。

測量液位變送器GCT至OBD診斷接口處的診斷CAN的通斷，發現二者導通，由此確定該故障是由于液位變送器GCT被錯誤接入了診斷CAN中導致的。

液位變送器GCT接入診斷CAN時，雖然還具備監測LNG液位的功能，但無法被傳送出去，因此不符合診斷和舒適CAN的網絡架構要求。更改接線后，故障排除。

2.5? 案例5：個別控制器無法通信

某車型EOL檢測時涉及8個控制器，僅車隊模塊FM無法通信。對于此類僅有單個控制器無法通信的故障，大概率是該控制器本體的問題，如插接器漏接、插接器線束問題以及控制器本體故障等。同時如果工藝技術人員熟悉車型的CAN總線拓撲結構，排查起來將事半功倍。該車的車隊模塊FM與電檢設備通過診斷CAN通信，其診斷CAN網絡拓撲結構如圖6所示。

網絡拓撲結構表明車隊模塊FM是通過電檢設備直連通信的，即不需要網關等具有路由功能的控制器轉接，因此可檢查車隊模塊FM與線束的連接情況。檢查發現，插接器的外觀和連接均正常，但車隊模塊FM上的指示燈不亮，表明該控制器未工作。用萬用表測量插接器的各孔位電壓發現多處異常，即無24V供電，也無CAN線電壓。最終發現因車隊模塊FM的插接器與車身控制器BCM的2號插接器造型、結構完全相同，而且二者安裝位置鄰近，導致“張冠李戴”。重新插接后，故障排除。

2.6? 案例6：關聯控制器無法通信

某車型EOL檢測時涉及13個控制器，僅有5個控制器檢測成功，該車的4組CAN總線與這5個控制器的對應關系如表3所示。

由此可知前4個控制器的共同之處是其均為診斷CAN上的節點，儀表還支持動力CAN通信，車輛的網絡拓撲結構（不含動力CAN）如圖7所示。

由網絡拓撲可知，底盤CAN上節點（除VCU外）在電檢時不能直連診斷CAN，而是通過整車控制器VCU轉接；而舒適CAN上的節點還需要通過車身控制器BCM的轉接。由檢測結果基本可猜測底盤CAN出現故障的概率較大，因為該組CAN總線的故障導致電檢設備無法與BCM通信，進而也無法連接舒適CAN上的其他節點。

根據經驗應重點檢查車輛保險杠線束的連接情況，該段線束上通常接電子掃描雷達，雖然該車并無此配置，但底盤CAN線束仍然由此處經過，因此需要一插接器與保險杠線束對接，實現CAN線的閉環，如圖7中橢圓框標注所示。

檢查對接處發現，底盤CAN在保險杠線束端與插接器端接線完全錯位，如圖8所示，因此底盤CAN在該處中斷，電檢設備無法與ABS、RCU及BCM通信，同樣也無法連接舒適CAN上的節點。線束修復后，再次電檢，故障排除。

對于這種通過路由轉接進行電檢的方式，其故障模式有著鮮明的特點，通常是無法通過檢測的控制器數量多且大多為處于同類型CAN網絡上的節點。

2.7? 案例7：通信速率問題

某車型的攝像頭、電子掃描雷達無法標定，儀表提示LDW、FCW故障燈，起動發動機后儀表還提示VCU故障燈。診斷設備無法連接攝像頭控制器LDW（與雷達共用一控制器），讀取的VCU故障信息為：BCM節點丟失。

檢查車身控制器BCM發現其線束插接良好，測量其供電和搭鐵也正常。根據該車網絡拓撲結構，如圖7所示，依次測得車身控制器的CAN線電壓分別為1.78V、3.32V、2.33V和 2.67V，前兩個數值與正常值有著明顯差異。由于該車配置有整車控制器VCU，因此車身控制器BCM不能直接連接診斷CAN，對比圖紙可知電壓異常的一組電壓來自于舒適CAN。而攝像頭無法連接，表明舒適CAN已經發生故障。診斷設備連接儀表讀取的故障為：U29F500車道偏離預警系統節點丟失，U014000車身控制模塊節點丟失，U003800舒適CAN全部節點丟失，U150900舒適總線LIMPHOME狀態，也將故障指向了舒適CAN。

從網絡拓撲可知，車身控制器BCM是經整車控制器VCU通過底盤CAN連接診斷設備的，也是通過底盤CAN與整車控制器VCU進行通信的，但從測得的電壓來看車身控制器BCM處的底盤CAN電壓是正常的，分析至此懷疑是車身控制器BCM本體存在故障。

通過核對控制器零件號發現該車安裝了錯誤版本的車身控制器BCM，該控制器和正確版本的控制器在CAN線方面有如下區別，見表4。錯誤版本的BCM是診斷CAN和舒適CAN上的節點，而正確版本則為舒適CAN和底盤CAN上的節點，需要與整車控制器VCU配合使用，且前者控制器的通信速率為500kb/s，這種差異會導致CAN線電壓異常。更換正確的車身控制器BCM后，故障排除。

3? 總結

本文敘述的內容多來自于工作實踐，因此未對CAN總線原理作深入研究，旨在對卡車生產或維修領域提供一些故障案例，能對相關從業人員起到一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1] 凌永成，于京諾. 汽車電子控制技術[M]. 北京：北京大學出版社，2011.

[2] 羅峰，孫澤昌. 汽車CAN總線系統原理、設計與應用[M]. 北京：電子工業出版社，2010.

（編輯? 楊? 景）