浅析高速CAN总线系统故障诊断

电子科技２００７年第１期（总第２０８期）　

基于ＣＡＮ总线的汽车故障诊断系统的研究　

郭益安　，王旭东　汪学军　

（１．大连海事大学信息科学与工程学院，辽宁大连１１６０２６；　２．中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙４１００７５）　

摘要提出基于￥３Ｃ２４１０Ａ嵌入式微处理器的ＣＡＮ总线汽车故障诊断技术，设计了嵌入式手持式掌上故　障诊断设备，系统地论述了汽车故障诊断系统的总体设计方案。同时对汽车故障诊断系统的硬件设计和软件设　计两方面进行了详尽的介绍。　

关键词ＣＡＮ总线；ＣＡＮ控制器；故障诊断系统；￥３Ｃ２４１０Ａ　

中图分类号ＴＰ３ｌ６　

Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　Ｄｉａｇｎｏｓｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＡＮ－—ＢＵＳ　

Ｇｕｏ　Ｙｉ　ａｎ’，Ｗａｎｇ　Ｘｕｄｏｎｇ　，Ｗａｎｇ　Ｘｕｅｊｕｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２６，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００７５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｇｉｖｅｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｂｏｔｈ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａ－　

ｂｒｏａｄ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｎｇｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ＣＡＮ—ＢＵＳ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

￥３Ｃ２４１０Ａ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＭＰＵ，ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ａｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｈａｎｄｓｅｔ　ｐａｌｍｔｏｐ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ａｐｐａｒａｔｕｓ．Ｉｔ　ｓｙｓ—　

Er4i^汽车工_师USE.SERVICE使用•维修詹永富(四川交通职业技术学院)校義離元CAJSI 总目前汽车具有非常复杂的电子控制系统以及大量 传感器和执行器，不断上升的复杂性导致各个控制单 元之间必须发生数据交换，为此，开发人员基于计算机 联网技术开发了汽车CAN总线系统，通过它能够在控 制单元之间进行数据交换。文章介绍了汽车CAN总线 系统中常见的故障现象及类型，并以PT-CAN为例阐 述了总线出现各种故障时的波形和信号特点。1总线系统常见故障现象原则上总线系统分为主总线系统和子总线系统， 主总线系统负责跨系统的数据交换，子总线系统负责 系统内的数据交换。总线系统不仅会遭受短路，而且当 水汽侵人时可能在接地、正极和CAN导线之间出现接 触电阻。CAN的所有故障通常被存储在故障代码存储 器中，故障记录仅在个别情况下允许简单的诊断，一般 必须借助示波器进行可靠的诊断。CAN总线常见的物理故障主要是由CAN线路产 生的，其中包括:1 )CAN数据导线断路;2 )CAN数据导 线对地短路;3)CAN数据导线对电源电压UB+短路； 4)。人1只对CAN_L短路;5)终端电阻开路。当总线系 统出现故障时，该总线上的模块通信均会受到影响。图 1示出汽车CAN总线系统控制单元树状图，图1中标 注黄色的模块通信均不应答。图1汽车CAN总线系统控制单元树状图2 PT-CAN总线的故障诊断因现在新型车辆中主总线最低速率为500 kbit/s， 在此，以数据传输率为550 kbit/s的主总线系统 PT-CAN为例，介绍总线系统的故障诊断。其它相同速 率的总线结构和波形特点类似，唯一区别是PT-CAN 具有第3根导线，用作唤醒线，有的总线（如 K-CAN2〜5)则无需唤醒导线。PT-CAN正常工作时波 形，如图2所示，总线未启用时低位和高位的总线电平 为2.5 V，总线启用后，CAN低位的电平降低到1.5 V， 而CAN高位的电平升高到3.5V。©@©®(§)®©(D ©ra• 嶋 _ 晒 n mmn m图2 PT-CAN正常工作波形图检查故障前先断开电源，将节点插头逐一取下，然 后再连接电源测量波形。若取下某节点后，波形恢复正 常，说明故障点在该节点之后;反之，说明故障点在该 节点之前。文章将PT-CAN总线出现故障时的各种波形列出 (如图3所示），以便在日常维修工作中用作参考。CAN_H对地短路b CAN_H对电源短路-58-c CAN L对地短路©@®®®®©(D ©Bl• ， m ax* MW n hhi md CAN L对电源短路mm m m mm wmm—pbranmme CAN_H 与 CAN_L 互短 图3 PT-CAN总线故障波形图地短路，波形如图3a所示，CAN_H电压 约为〇，CAN_Li压小于IV，均为非正常波形； CAN_H对电源短路，波形如图3b所示，CAN_H电压 为车载电压，CAN_L电压接近车载电压，均为非正常波 形;CAN_L对地短路，波形如图3c所示，CAN_L电压(上接第57页） 部件的开发周期。3结论因国内外目前在48 V电机P2.混动系统布置的 方案上均无量产项目，所以该混动方案处于初期研究 阶段。通过前期动力性与经济性计算，搭载P0+P2.5混 动系统的整车综合工况油耗为5.4〜5.8 L/100 km。48 V电机采用永磁同步电机和双三相的设计，在 效率、可靠性、输出功率等方面均有很大优势。另外，基 于48 V电机的混动系统在安全电压下和对变速箱改 动小的前提下，实现了 P2.功能。综合成本及油耗的 考虑，该系统是未来新能源混动汽车发展的一个重要 方向。约为0，CAN_Hi压小于IV，均为非正常波形； CAN_L对电源短路，波形如图3d所示，CAN_L电压为 车载电压，CAN_H电压接近车载电压，均为非正常波 形;CAN_H与CAN_L互短，波形如图3e所示，CAN_H 与CAN_L电压均约为2. V，均为非正常波形。3结论文章通过描述故障现象、总线波形和信号特点，展 现了标准的故障类型。在实际的生产工作中，还会出现 总线断路和接触电阻(由污垢、清洗剂、盐、水汽和电缆 磨损导致)等故障，此时均会出现波形畸变的情况。对 于CAN导线由电阻引起的负载，隐性电位会略微向负 载电阻拉动的方向移动。如果负载电阻向接地拉动，则 这些电位向0V方向移动，当电阻向12 V拉动时，电 位向12V方向移动，显性信号也同样受影响。在实际 的生产工作中，必须非常细致地判断由此产生的波形， 因为故障症状与接触电阻的大小有关，也可能差别很 大。因此，对实际故障波形和标准波形进行比较，可帮 助维修人员迅速确定故障原因和故障位置，同时也为 维修人员提供了一种总线故障诊断的思路和方法。(收稿日期：018-12-31)参考文献[]孙丽玮.中国新能源汽车发展现状与对策研究[].中国科技信息, 2012(7)：135-141.[]陈瑞青，白辰.中国新能源汽车产业发展现状、问题及对策[J].汽车工 业研究,2015(1)10-13.[]刘运芹.中国新能源汽车发展的现状、问题与对策[].对外经贸实务, 2016(11)：31-33.[]马东辉，吴煜，王猛猛.电机在新能源汽车上的应用J林业机械与木 工设备,2013,41(6)13-17.[]潘圣临，曹权佐,王建武，等.48 V P0混动系统开发[].汽车实用技 术，2018(18)191-194.[]秦振华.双三相永磁同步电动机故障性能分析[D].河南:郑州大学, 2015:1.[]孟超.双三相永磁同步电机驱动系统的研究[].湖南：湖南大学, 2012:1-2.[]杨金波.双三相永磁同步电机驱动技术研究[].黑龙江:哈尔滨工业 大学,2011:1-2.[]罗世军.双三相永磁同步电机驱动控制技术研究[].黑龙江:哈尔滨 工业大学,2014:1-2.(收稿日期：2018-11-26)第2期Eng^f汽车工_师 USE • SERVICEusDDoilsBB^I........©•JlviDC^^®i®®i©•©•

一、 CAN总线简介

CAN总线即控制器局域网，为串行通信协议，能有效的支持具有很高安全等级的分布实时控制,在汽车电子行业中,使用CAN连接发动机控制单元,传感器,防刹车系统等等,其传输速度可达到1Mbit/S。

1、CAN总线数据生成

CAN总线的数据分为模拟信号与数字信号，模拟信号是由传感器检测得到,并将得到的信号进行转换(A/D),变成数字信号,送给MCU,由MCU将生成的CAN报文发送到总线上。模拟信号一般显示在指针表上,如气压1,气压2等。数字信号相对简单,可直接由MCU接收,然后将报文发到CAN总线上,如发动机诊断,刹车片磨损等等,一般显示在仪表上。

2、CAN信号线

CAN传输的两条信号线被称为CAN_H 和CAN_L。通电状态：CAN_H（）、CAN_L（）或CAN_L（）、CAN_H（）断电状态：CAN_H、CAN_L之间应该有60～62欧电阻值，两个120欧分别在仪表模块和后控模块中,并联后是60欧姆左右。

☞友情提示:用万用表是测不准CAN_H或CAN_L电压的,因为通电后CAN线上的电压在不停变化,而万用表的响应速度很慢,所以测得的电压是并不是当前电压而是电压的有效值。

3、唤醒线WAKEUP

CAN总线所有模块都有两个WAKEUP引脚，模块内部是连接在一起的，前控模块为WAKEUP输出，其它模块为WAKEUP的输入，连线时总线各模块的WAKEUP都必须与前控连接在一起，当前控电源正常、钥匙1档（ACC档）开时，前控正常工作，WAKEUP输出（输出电压值约等于当前电源电压），总线其它模块收到WAKEUP信号，模块被唤醒，在电源正常的情况下，各模块开始工作。

二、 线路和模块的基本检查

1、线路的基本检查分为输入和输出线路。

对输入线路的检查：首先，要找到输入的管脚（各种车的管脚定义不同）；然后将输入的管脚与模块断开；最后对线路是否有信号输入进行检查。

浅析CAN总线错误分析与解决

CAN（Controller Area Network）总线是一种常用于汽车及工业场合的通信协议，它能够实现多个节点之间的高速数据传输。然而，在实际应用中，由于各种原因，CAN总线可能会出现错误，影响通信的稳定性和可靠性。本文将对CAN总线错误进行分析，并提出一些解决方案。

首先，CAN总线错误可以大致分为以下几类：

1. 位错误（Bit Error）：CAN总线中的数据传输是基于二进制编码的，位错误是指在传输过程中由于电磁干扰、线路质量差等原因，导致数据位传输错误。位错误的情况较为常见，可以通过提高线路质量、增强抗干扰能力或使用差分传输方式等方式来解决。

2. 标志位错误（Frame Error）：在CAN总线中，每个数据帧的开始和结束位置都有一个标志位。标志位错误是指这个标志位被错误地接收或丢失，导致数据帧无法正确识别。标志位错误通常是由于通信速率设置有误、线路中存在干扰或接地问题等原因导致的。解决这个问题可以从通信参数设置和线路质量等方面入手。

3. 校验错误（Checksum Error）：在数据帧中，发送节点会携带一个校验码，用于校验数据传输的正确性。如果接收节点计算出的校验码与发送节点携带的校验码不一致，则会产生校验错误。校验错误通常是由于数据传输中发生位错误导致的，可以通过提高错误检测和纠错能力来减少校验错误。

4. 故障给出错误（Error Passive）：当CAN总线上的错误数量达到一定限制时，节点会进入故障给出（Error Passive）状态，不再主动发送数据。故障给出错误通常是由于线路质量差、硬件故障或软件错误等原因导致的。解决故障给出错误可以通过检查硬件连接、调整通信参数或修复软件故障等方式。

针对CAN总线错误，可以采取以下解决方案：

1.提高线路质量：CAN总线的线路质量直接影响通信的稳定性和可靠性。可以采用屏蔽线缆、增加终端电阻、加强接地等方式来提高线路质量，减少电磁干扰和信号失真。