汽车CAN 总线系统故障检测浅析

152 AUTO TIMEAUTO AFTERMARKET | 汽车后市场汽车CAN总线系统故障检测浅析曹向红天津交通职业学院 天津市 300110摘 要： 本文通过研究CAN总线在汽车中的应用类型，并分析其特点，针对典型故障案例进行剖析，总结归纳常见的汽车CAN总线故障类型以及各汽车电控单元之间的数据传输，采用数据流与波形分析、故障自诊断等手段找到故障的解决办法，提出一套适用于CAN总线系统故障的处理与检测有效方案。供汽车维修工作人员进行参考，提高工作效率，能够准确的进行故障排除。关键词：CAN总线　波形分析　故障排除1　CAN总线在汽车中的应用汽车上电子控制单元越来越多，为减少汽车线束，同时降低整车成本，CAN总线技术应用越来越广泛。汽车CAN总线大致有两种连接方式，一是高速CAN总线，速率可达到500kb/s。另一种是用于车身系统的低速CAN总线，速率为100kb/s。目前，CAN总线技术已被国内外汽车企业广泛应用。结合信号重复率等情况，CAN数据总线系统共有五种类型：第一类驱动CAN数据总线。数据传输速率是500kb/s，属于典型的高速CAN总线，利用驱动系统内控制单元中的应用来建立网络。第二类是舒适CAN数据总线。数据传输速率是100kb/s，属于低速CAN总线，利用舒适系统控制单元中应用来建立网络。第三类是信息娱乐CAN数据总线。传输速率是100kb/s，属于典型的低速CAN总线，利用导航系统中应用来建立网络。第四类是组合仪表CAN总线。它也是低速CAN总线之一，传输速率是100kb/s。第五类是诊断CAN总线。它是高速CAN总线之一，传输速率是500kb/s。2　CAN总线的组成与特点2.1　CAN总线系统的组成对于CAN数据总线来说，它主要有三个方面，一是ECU，即电控单元，二是传输介质双绞线，三是终端电阻。1.电控单元CAN总线连接的电控单元，就是我们所说的CAN总线节点，从理论来看，这一总线能够与很多节点相连。对于电控单元来说，它包括很多方面，例如CAN控制器以及收发器等。（1）输入电路：用来接收传感器和控制开关的输入信号，并将其转化为单片机能够识别的数字信号。（2）输出电路：这一电路能够令控制信号向功率信号转化，从而对执行器有效驱动，所以输出电路包括放大驱动电路。（3）单片机：当前，汽车电控单元内单Analysis on Fault Detection of Automobile CAN Bus SystemCao XianghongAbstract： This paper studies the application types of CAN bus in automobiles, analyzes its characteristics, analyzes typical fault cases, summarizes the common types of automobile CAN bus faults and data transmission between various automobile electronic control units, adopts data fl ow, fi nd the solution to the fault with waveform analysis, fault self-diagnosis and other means, and proposes a set of eff ective solutions for CAN bus system fault processing and detection. The purpose is to provide reference for automobile maintenance staff so as to improve work effi ciency, and accurately do troubleshooting.Key words：CAN bus, waveform analysis, troubleshooting

图1　CAN总线的应用雨量传感器组合仪表空调控制模块变速箱控制模块电子助力转向制动控制单元横摆角传感器转向角传感器胎压监测系统CAN子网安全气囊DVD车身控制器智能扭矩管理系统无钥匙启动/进入系统发动机控制模块CAN HCAN LCAN总线左前防夹右前防夹左后防夹右后防夹倒车雷达LIN总线 AUTO TIME 153 AUTO AFTERMARKET | 汽车后市场片机以增强型单片机为主，主要就是结合高温、振动等情况而开发的。（4）CAN控制器：单独的CAN控制器是以单片机为依托，主要是独立数字集成电路芯片。2.CAN数据传输线在汽车中，使用的CAN数据线以双绞线为主，它有两类，一类是CAN高电平数据线，也就是CAN-High，一类是低电平数据线，也就是CAN-Low线。这一结构可以对总线进行共同读写。数据传输以差分电压为主，这样就算在1条数据线断开的情况下，CAN数据总线也可以运行。3.CAN终端电阻对于CAN来说，它的两端与120欧电阻器相连，也就是与双绞线两侧相连，对于终端电阻来说，能够对传输线终端不受到反射的影响，从而返回方式以回波为主，不会对数据传输产生不良影响。2.2　CAN总线的特点CAN总线是一种将CAN物理层与数据链路层功能有效集合的串行数据通信协议，能够处理数据帧，它包括很多方面，例如数据块编码等。CAN总线具体特点如下：1.可以多主方式工作。2.采用双线差分信号。3.广播传输报文。4.全部节点均能够获取报文。5.在协议中，无节点数据的约束，在总线中，能够动态改变节点数量。6.对于信息来说，它的内容以标识符标识为主，在网络内，这一标识符只有一个。7.根据需要可以进行相关性过滤。8.想要使系统数据一致性得以保证，就要有两大功能，一是差错检测机制，二是差错处理机制，例如接口抗电磁干扰能力等。9.位编码形式以MRZ位填充为主。3　CAN总线系统故障案例分析3.1　案例1：大众CC 2.0TSI 至尊型打不着车1.故障现象起动车辆时起动机没有反应，发动机无法起动，偶尔起动后随即熄灭；组合仪表上多个故障灯点亮；组合仪表档位没有显示。2.故障诊断过程分析故障现象： 制动器电子系统、电子助力转向系统 、电子驻车系统等多个故障灯点亮，选档杆单元E313指示灯闪烁。使用诊断仪VAS5052A 扫描车辆，VIN码无法识别！图2　诊断仪扫描车辆电脑（1）不显示VIN码，车辆发动机电脑无通讯，动力CAN总线上的控制单元都无法通讯，其他系统可正常读取J533故障码数据流。图3　读取网关故障码与数据流

（2）根据故障码提示和数据流的显示为动力总线故障，大众cc轿车动力CAN总线网络图4所示，可能故障原因为：①CAN总线故障；②控制单元故障。分析故障码：01771 大灯控制单元无通信，故障可能为大灯控制单元内部损坏导致动力总线失效，拔下大灯控制单元插头，故

障依旧。图4　大众cc轿车动力CAN总线网络图（3）使用 VAS5051测试工具DSO测试动力总线状态，动力总线 CAN-L 不正常。（4）根据故障波形分析：CAN-L对地短路或虚接情况，检测总线电阻，数据正常。当拔下发动机电脑的插头时，数据恢复正常。（5）故障原因分析：J623发动机模块内部故障，导致整个动力总线瘫痪。（6）故障处理方法：更换发动机电脑。（7）专用工具/设备：VAS5051、5052a、1526。3.案例分析本案例是因为发动机电脑内部CAN总线终端电阻故障，导致动力总线瘫痪，经测量发动机电脑终端电阻：T94/68 、T94/67，得出故障电阻为0.078千欧，正常终端电阻为0.067千欧。4　常见的CAN总线故障检修方法4.1　CAN总线线束类故障与检修方法CAN总线系统较为常见的故障有：1.CAN-H和CAN-L的断路、虚接（1）在CAN-H断路情况下，制动踏板指示灯不工作，胎压警报指示灯工作，仪表盘能够将不同系统问题体现出来。（2）在CAN-H虚接情况下，故障情况和前者基本相同。仪表盘能够将系统问题体现出来，方向盘还可以提供助力，此时开启发动机，起动机不运行，发动机不能运行。（3）在CAN-L断路情况下，故障和第一种情况十分相近。（4）在CAN-L虚接情况下，故障情况和第一种情况相近。制动踏板指示灯不运行，胎压警报指示灯运行、EPC灯不工作。2.CAN-H与CAN-L装混（互短）在CAN-H和CAN-L装混的情况下，制动踏板指示灯不运行，胎压警报指示灯运行、EPC灯不工作；方向盘存在助力，P档指示灯闪烁，仪表盘能够将系统问题体现出来。3.CAN-H与CAN-L对正极短路、虚接 154 AUTO TIMEAUTO AFTERMARKET | 汽车后市场（1）当CAN-H对正极短路：故障现象不明显，驱动CAN进入单线运行模式。（2）在CAN-H对正极虚接情况下，制动踏板指示灯不运行，胎压警报指示灯运行、EPC灯不工作；方向盘存在助力，P档指示灯闪烁，仪表盘能够将系统问题体现出来。（3）在CAN-L对正极短路情况下，制动踏板指示灯不运行，胎压警报指示灯运行、EPC灯不工作；方向盘存在助力，P档指示灯闪烁，仪表盘能够将系统问题体现出来，发动机不能运行。（4）在CAN-L对正极虚接情况下，故障情况和上述情况相同。4.CAN-H与CAN-L对地短路、虚接（1）在CAN-H对地短路情况下，制动踏板指示灯不运行，胎压警报指示灯运行、EPC灯不工作；方向盘存在助力，P档指示灯闪烁，仪表盘能够将系统问题体现出来，这时开启发动机，起动机不运行，发动机不能运行。（2）在CAN-H对地虚接情况下，制动踏板指示灯不运行，胎压警报指示灯运行、EPC灯不工作；此时启动发动机，起动机不工作，发动机无法正常启动。（3）当CAN-L对地短路：没有明显的故障现象。（4）当CAN-L对地虚接：没有明显的故障现象，驱动总线进入单线运行状态。4.2　CAN总线控制单元故障与检修方法1.对CAN线的终端电阻的检测（1）首先将安装蓄电池的正、负级接线柱上面的导线拆卸。（2）静置5分钟左右，等到蓄电池内的所有电容器都放完电。（3）用万用表连接被测量导线，2个表笔分别放在CAN-H与CAN-L上，检测终端电阻。（4）拔下发动机控制单元插束，对终端电阻进行测试，其总阻值没有发生改变。将首个测试的线束插头再重新安装，之后将下一步有着终端电阻的控制单元的线束插头拔下来，进行测试。因为2个终端电阻是被并联在一起的，所以单个终端电阻的阻值应该是120欧姆，2个终端电阻的阻值是60欧姆。2.对CAN总线节点的检测逐步对每一个ECU进行检测，检查是否出现漏电或是短路的情况，可以使用替换的办法。（1）针对节点硬件故障：可以尝试将疑似出现问题的电子控制单元从总线中断开，倘若断开，总线系统能够运行，那么代表着是这一断开电子控制单元问题。（2）针对节点软件故障：一般是更换全新的ECU，并将全新的ECU重新编码，通过专用的诊断仪器，依据仪器上的屏幕的菜单按操作重新编码。3.对CAN总线电源系统的检测（1）检测搭铁：对发动机和车身接地进行检测，看其是不是可以搭铁。（2）检测电源供电：对电源电压进行排查，看其是不是为正常值，同时对和车载系统相关的导线以及接头是否出现问题。4.CAN系统的自诊断（1）读取故障代码：结合维修手册，把诊断仪与故障诊断器相连，获取故障码。（2）结合故障代码来维修，结合故障代码体现的内容，对相应位置进行排查。倘若对CAN故障代码和其它代码进行共同检测，那么以CAN系统故障为主，优先检测。参考文献：[1]马明芳. 车载网络系统故障诊断与排除[M].北京:机械工业出版社，2015：10.[2]Athanassios B，Fragiskos B. Fuzzy Fault Tree Analysis as a Mechanism for Technical Support to Small／Medium Electroplaters on a Quasi 0nline／Real—time Basis[A]．IEEE，c，T 2003[C].Maribor，2003：36-41.[3]侯勇. 利用波形分析法诊断 CAN 总线系统故障[J].北京工业职业技术学院学报.2016(01)：19-22.[4]韩震，初洪超. LIN总线技术解析与应用 [J].汽车实用技术，2018(21)：142-144.[5]凌晨．汽车电子控制技术[M].天津：天津科学技术出版社，2014．[6]屈敏，赵建华. 车载CAN总线故障波形诊断法的研究与应用[J].农业装备与车辆工程，2011（2）.[7]唐黎标. 汽车发动机电控系统故障分析和检修[J].轻型汽车技术，2016，03：69-70.[8]王钰. 基于数据流分析的汽车电控发动机故障诊断方法研究[D].东北林业大学，2014. [9]贾爱芹， 闫志国. CAN 总线在汽车上的应用探讨[J].南方农机，2018，49(13)：194-199.[10]丁行海，刘贵森. 浅析汽车电路教学之线路虚接故障[J].汽车维修，2020（2）：34-36.[11]李俊玲. 汽车 LIN 总线控制系统故障诊断探究[J].中国高新技术企业，2016（08）：72-73.[12]沈宇辰，唐静娴. 汽车电控发动机系统故障诊断与维修技术探讨[J].科技资讯，2015，（10）：43-44. [13]Qi Wu，Rob Law. Complex system fault diagnosis based on a fuzzy robust wavelet support vector classifier and an adaptive Gaussian particle swarm optimization[J]．Information Sciences，2010（12）：4525—4545．[14]Zhou Xing-li-Xian. On Board Self-Diagnostic Strategies Research for Electronic Control Dieseloi l Injection System．Automatics[J].SAEPaper， 2007，（01）：37-40．[15]王登强，马福胜李冰. 汽车舒适 CAN 总线系统故障诊断与研究[J]．职大学报，2018（2）：84－87．[16]弋国鹏，魏建平，郑世界.汽车舒适控制系统及检修[M]．北京: 机械工业出版社，2017．[17]朱福成. 汽车CAN总线系统故障诊断技术浅析[J]．吉林化工学院学报，2018，35（1）： 76-80.[18]于赫，秦贵和. 车载CAN总线网络安全问题及异常检测方法[J].2016，46（4）.[19]邓遵义，宁祎. CAN总线在汽车控制系统中的应用研究 [J].机电产品开发与创新，2010，23（4）：137-139.[20]汪伟. 汽车总线技术的发展[J].时代汽车，2020（15）：14-16.[21]顾国瑞. 汽车检测诊断技术的应用与发展[J].云南交通科技，2000（1）：1-4.[22]李建文，王跃. LIN 总线在汽车车灯系统上的应用[J].农业装备与车辆工程，2013，51（06）：21-24. 作者简介曹向红： （1977—），女，汉族，天津人，本科，副教授。研究方向：汽车运用工程。