基于CAN总线的客车电气系统设计与ASR故障诊断

陈国强

（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建 厦门 361023）

在国外，CAN总线技术已广泛应用在客车上，如MAN、奔驰、尼奥普兰、沃尔沃等客车；在国内，随着2007年1月1日交通行业标准JT/T 325-2006《营运客车类型划分及等级评定》[1]的实施，特大型、大型高三和高二等级客车均应采用CAN技术[2]。在我公司，12 m以上车型大量应用CAN总线技术。当前CAN总线技术不仅用于解决车辆设备大量数据交换问题，更是车辆高配的象征。

1 CAN总线电气系统设计

1.1 总体方案设计

本文所论述的车辆为10 m中型客车，整车配置高档。控制系统角度大致分为车身电器系统——CAN仪表、记录仪、灯具等；底盘电控系统——进口电控发动机、进口自动变速器、进口ABS带ASR防侧滑系统、进口电控车身提升系统、TPMS轮胎压监控系统。

从配置上看整个系统是极其复杂的，各个系统之间需要完成大量的数据共享与交换才能实现整车的最佳运行与管理控制。因此，电气系统控制方案选择放弃原该车型非CAN总线方案，而改采用全车CAN总线方案，即通过CAN-bus将车身电器系统、底盘电控系统下的各个ECU单元连接起来[3]。

CAN的运行速度非常快，为了不浪费资源，车身电器系统宜采用低速CAN，底盘电控系统宜采用高速CAN。为了便于研究和设计，分别定义为“车身CAN网”和“动力CAN网”，两种不同传输速率CAN网之间欲实现信息传递（如发动机的水温、机油压力、转速等信息）还需设计一个“网桥”。整个网络构架即为车身CAN网+网桥+动力CAN网，如图1所示。

1.2 动力CAN网设计

定义由发动机、变速器、ABS/ASR系统等ECU单元或接口构成的网络为“动力CAN网”。动力CAN网按SAE J1939通信协议高速传送数据，各系统间可通过网络进行联动控制，如ASR驱动防滑要求发动机降扭功能：当ABS/ASR ECU模块检测到左驱动轮和右驱动轮滑转率大于目标滑转率时，ABS/ASR系统既可通过ASR电磁阀直接实施制动使驱动轮转速降低，也可以基于SAE J1939协议通过车辆已搭建的CAN-bus向发动机ECM模块发出降低输出扭矩的CAN报文请求信息，发动机ECM响应信息后控制发动机扭矩输出，从而使驱动轮转速降低直至达到最佳滑转率内。

根据SAE J1939，CAN-bus两端分别需要120Ω匹配电阻，其他系统的ECU模块和网桥、诊断接口挂在匹配阻抗之间，如图1所示。

1.3 车身CAN网设计

除挂在动力CAN网的系统外，其他系统均挂在同一CAN网，相应定义为“车身CAN网”。因此，车身CAN网涉及的用电设备繁多，应合理设计网络节点。除仪表和记录仪外，基于“分布式”控制思想将用电设备划分，分别由前灯控、前控、顶控、中控、后控、后灯控共6个CAN模块控制，如图2所示。

1）前灯控模块：分管前照灯、前转向灯、前标志灯、前装饰灯、前雾灯等前围灯具。

2）前控模块：分管刮水器、前门、饮水机、电动驾驶员椅、电动驾驶员窗等驾驶区内设备。

3）顶控模块：分管速度灯、小灯、转向灯、制动灯；车内电视、电子钟、日光灯、阅读灯等车顶区域设备。

4）中控模块：分管中门、侧标志灯、储气筒气压传感器、干燥器、冷凝器等车身中段区域设备。

5）后控模块：分管空档传感器、倒档传感器、电池、发电机等车身后段区域设备。

6）后灯控模块：分管后刹车灯、后转向灯、后标志灯、后雾灯等后围灯具。

2 ASR故障诊断

设计好网络结构，就可以依次完成整车线束设计与安装、整车电气系统测试。经调试证明，车身CAN网、动力CAN网均能完成各自的控制工作，两者之间也能通过网桥完成必要的信息传递。但车辆在进行防侧滑测试时，发现功能失效。根据1.2所描述的ASR工作原理，将车辆后轮（驱动轮）放在检测车速的滚筒试验台上，前轮在地上，当车子启动后，后轮高速转动，前轮不动，驱动轮处于完全打滑的状态，此时ASR的正常功能是通过CAN网络使得发动机降速处于怠速状态[4-7]。

2.1 原因分析

按一般的故障诊断方法依次进行闪码诊断，无闪码；检查系统的电磁阀、传感器、线路，更换ECU试验，均没有发现问题。经过一番周折，不仅花费了大量人力、精力，反而使得问题更加复杂，让人摸不着边。

虽然未找出真正原因，但可以确定：系统硬件及其线束连接没有问题；CAN网构建没有问题，数据通讯也没有问题。如果不转变故障诊断思路，再重新排查，必将是徒劳的。CAN网信息传递是通过CAN报文，因此，不妨通过分析功能实现所需报文寻找答案。

经查阅SAE J1939通讯协议[8]，并与发动机系统、ABS/ASR系统的工程师一同讨论，检讨功能实现所需满足两个条件：当发动机发出的PGN 61444（EEC1）中的SPN899“Engine/Retarder Torque Mode”数据不为“1111（FF）”；ABS/ASR 系 统 发 出 的 PGN 0 （TSC1）中 的SPN897“Override Control Mode Priority”数据不为“11（F）”。如下程序所示。

问题的真正原因是否为CAN-bus传递的报文所含信息没有满足这两个条件。如何获取CAN-bus中的报文、如何分析报文中的数据，需要基于SAE1939通讯协议搭建一个CAN报文监测平台。

2.2 CAN报文监测

根据试验条件，选择广州致远的CANPro协议分析仪器。CANalyst-II是该分析仪器的测试软件，它是专门用于分析基于CAN-bus网络的高层协议，比如iCAN、DeviceNet等，也可通过脚本配置分析自定义协议[9]。

先根据图3搭建好了CAN动力网的检测电路，并在检测软件界面预先设置好要检测报文“EEC1”、“TSC1”信息，然后将车辆重新开到检测线上，就可以监测报文信息。

从图4的检测结果可得，EEC1报文的第一个字节即 SPN899的数据为“F0”，不是“FF”，说明发动机发送的报文信息是正确的；但TSC1报文的第一个字节高四位即SPN897的数据为“F”，说明ABS/ASR系统没有发出正确信息，发动机接收不到正确的信息，自然没有按要求降扭矩或减速。

为何ABS/ASR没有发出正确的数据信息，经与两家企业深入研讨ASR功能解除的制动信号条件（当刹车踏板被踩下或ASR系统从网络中接收到刹车信号的CAN报文，ASR功能将解除）发现，发动机始终向网络中发送刹车信息报文[10-11]。

然而实际该车并未向发动机ECM接入制动信号，发动机不应采集到踏板踩下信号，更不应始终发送刹车信息。翻阅发动机接线原理图，终于找到问题的真正原因。发动ECM刹车开关信号采集管脚定义为常闭触点（触点闭合表示未踩刹车，触点断开表示踩刹车）：该车未向发动机ECM接入制动信号，ECM就识别为触点断开状态，并在CAN网中发送此信息，因此，影响了ASR的正常工作。

通过以上分析，立即将刹车信号通过一个常闭触点继电器接入发动机的ECM第80管脚，重新连上分析仪采集数据，即刻检测到报文TSC1的第一个字节高四位即SPN897的数据由“F”变为“E”。将车辆重新开到试验台试验，驾驶员猛踩油门，发动机转速提至1500 r/min以上时，ASR功能指示灯突然点亮，油门立即失效，发动机即刻回到怠速状态，表明ASR驱动防滑要求发动机降扭的功能起作用[12]。

3 结束语

本文所论述的客车电气系统设计及系统实现过程中故障诊断案例，很好地说明了CAN总线技术不仅提供了最佳的系统解决方案，也提供了很好的故障诊断手段。CAN总线技术必将在我国客车上广泛应用。作为一名客车电气设计工程师应学习、掌握汽车CAN总线技术，敢于去实践、摸索，使得CAN总线技术为客车电气设计与故障诊断工作服务。

[1]JT/T 325-2006，营运客车类型划分及等级评定[S].北京：人民交通出版社，2006.

[2]中国公路学会客车分会，江苏省交通科学研究院.客车制作工艺技术（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2008.12.

[3]冯桑，康迂福，新林权.基于CAN总线的车载智能终端硬件设计[J].公路与汽运，2010，（6）

[4]朱建风，李国忠.常见车系CAN-BUS原理与检修[M].北京：机械工业出版社，2006.5.

[5]文明.三图法解析汽车电路及故障诊断[M].北京：电子工业出版社，2006.

[6]（美）Roy S.Cox.汽车第二代车载诊断系统（OBD II）解析 [M].冯永忠.译.北京：机械工业出版社，2007.1.

[7]张勇，陆勇.CAN总线在车身低速电器中的应用[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2010，（6）：5-8.

[8]SAE J1939-71 Revised JAN 2008[CP/DK].

[9]广州致远电子有限公司.CANPro协议分析平台使用指南[CP/DK].

[10]李建秋，赵六奇，韩晓东，等.汽车电子学教程[M].北京：清华大学出版社，2011.5.

[11]南金瑞，刘波澜.汽车单片机及车载总线技术[M].北京：理工大学出版社，2005.

[12]孙尚志，熊小根，孙骏.汽车驱动防滑控制系统的控制规律研究[J].客车技术与研究，2011，33（4）：10-13.