浅谈车载网络态势下的修车新思维(下)

◆文/辽宁　张宪辉

张宪辉

(本刊编委会委员)

1996年哈尔滨工业大学汽车设计与制造专业硕士毕业。毕业后在大连交通运输集团汽车修配厂从事汽车维修工作12年，先后担任工程师、技术副厂长、总工程师等职务，在亚洲(日、韩等)车系的电控系统故障诊断领域经验丰富。现任大连职业技术学院汽车工程学院副院长、副教授、高级技师，兼任辽宁省汽车维修行业质量仲裁鉴定委员会鉴定员、大连市劳动职业技术培训中心汽车修理专业专家委员会委员。

(接上期)

(2)用诊断仪读取故障信息

利用专用诊断仪与车辆所有系统模块进行通讯，读取并记录所有的通讯和故障信息时有两种可能出现的情形。

一种是诊断仪无法与选择的系统模块建立通讯。在数据通讯接口DLC正常的前提条件下，这种情况表明：①诊断仪与该系统模块之间的通讯线路存在故障；②该系统模块本身或模块的供电电源、搭铁线路等存在故障。

另一种情况是诊断仪能够与选择的系统模块建立通讯。其获取的故障信息有以下几种可能：①有故障信息存在，而且是按SAE(美国机动车工程师学会)定义的以“U”开头的故障码，这明确表示为车载网络系统的故障，或者故障信息不是SAE标准定义代码，但信息表达的是车载网络方面的故障；②有故障信息存在，但故障不属于总线系统的范畴，而是某一系统内部的传感器或执行器等方面的故障；③无故障信息存在。

在以上所能获取到的各类信息中，系统模块无法通讯以及有关总线方面的故障信息是排查车载网络系统故障的重要线索。如果获取的故障信息和故障症状表明仅是某一系统内部的独立故障，我们可以按照常规检修电控系统故障的方法进行故障排查。

值得注意的是，在利用诊断仪与各系统模块实施通讯、获取信息时，一定要澄清以下几个方面的问题，并学会对系统通讯的状态进行判断和识别。①当诊断仪根本无法进入到车辆的某一系统中并与之实现对话时，我们可以认定此时的状态为无法通讯。②只要诊断仪能够进入到系统模块中，读取出其内部存储的故障码或数据流信息，我们都认定为系统通讯正常。此状态表明，DLC诊断接口与该模块间的通讯正常，对于单线式总线(如K线)，可以肯定总线线路正常；对于双线式总线(如CAN线)，尽管不能肯定总线线路完全正常，但可以确定其一定在可工作的容错范围之内(如采用单线模式降级运行等)。对于总线通讯状态是否正常的判断，针对具体的车型可能还有另外的方法。如德系车辆，就可以利用5051诊断仪来读取测量数据块中的CAN总线通讯状态，用5051读取某控制单元数据块，观察哪些控制单元与之发生信息交流及工作状态是否正常。如果某控制单元显示“1”，表示有信息交流；如果显示“0”，则表示无信息交流，原因可能是网关之间的总线线路断路或没有安装该控制单元。③另外，能与诊断仪进行通讯的系统模块，如果其存储的故障信息仅为“与XX控制单元(或模块)无法通讯”，我们可以认为该模块与其他模块的通讯是正常的。

通过诊断仪与各系统模块间的通讯，我们可以搜集到诸如“哪些模块无法通讯、哪些模块中存在故障码”等较为全面的信息，在此基础之上，结合车载网络系统的拓扑结构图(参见下一步)，仔细分析搜集到的信息与总线及各系统模块间的内在联系，并试图从中找到真正的故障原因—故障源。为此，在这一环节一定要搞清故障码生成的条件，真正领悟故障信息的含义，明确故障信息所能引起的后果。

(3)获取并分析车载网络系统的拓扑结构图

车载网络系统连接了众多电控模块，少则十几个多则几十个或上百个，这些模块通过一种或多种类型的总线按照一定的结构形式连接在一起，构成了关系错综复杂的车载网络系统拓扑结构图。如果不了解各模块、各总线之间的连接方式，就无法知道它们之间的关系，即使读取到了故障信息，也无从下手。因此，正确分析网络系统的拓扑结构图是解决这一问题的必要手段。

如图4所示，车载网络系统的拓扑结构主要包括多主结构(也称总线结构)、主从结构和既含有多主结构又包括主从结构的复合结构等布局形式，不同类型的总线所采用的拓扑结构也不相同。

总线的常见类型主要有CAN线和LIN线等。其中CAN线采用双绞线形式，抗干扰能力和容错能力较强，一般作为车载网络主系统的连接总线，采用多主结构的布局形式，总线上所连接的各个系统模块都能发送和接收信息，彼此之间地位平等；LIN线为单线，多采用主从结构，一般用于车载网络主模块与子模块之间的信息传输；复合结构的总线布局形式通常会包含类型不同或通讯协议不同的总线(如同时包括CAN线和LIN线等)。为了确保各总线之间能够实现无障碍的信息交流，在系统中会采用一个网关。网关是一个“翻译官”，也是一个“交通警”，它不仅能够使两个信息传输速度不同的系统之间实现信息交换，还具有改变信息优先级的功能，并且网关也可用作诊断接口，如图4所示。一旦网关出现了故障，车辆的整个网络系统就很有可能发生瘫痪，而且诊断仪与各模块之间的通讯也变得没有可能。

通过拓扑结构图，我们可以很轻松地知道该网络中包含哪几种总线，总线是多主结构还是既有多主结构又有主从结构，在此基础之上，就能够确定各模块或节点间的通讯关系。再将总线系统的故障信息与总线拓扑图结合起来加以分析，从中找出可能的故障原因就变得相对容易了。

(4)制定故障排查流程

在分析故障原因时，圈定的往往是一个范围，是若干个可能的原因，实践中很少能做到一次性准确地锁定到真正唯一的原因。因此，在制定维修计划时，应优先遵循“由主至次”的检修原则；如果圈定的各故障原因发生的可能性机会均等，则采用“由简至繁”的检修原则。通常，对于总线的线路检修和模块检修而言，模块检修相对简单一些。这是因为总线随车辆系统模块的增加而不断延伸，不仅线路的布置比较复杂，而且所能用于检测的插接器也很有限；模块则不然，对于模块的检测主要包括模块外部的电源供给和搭铁线路，除此之外就是更换模块，又由于模块的位置比想要检查的总线位置要好找得多，因此，车载网络系统的故障检修通常都会采用排除法，遵循“先节点(模块)后总线”的检修原则。当然，如果出现诊断仪与所有系统模块都无法通讯的情况时则另当别论(但毕竟所有模块同时坏掉的可能性极小)，此时，应分析总线的拓扑结构图，观察其中是否存在网关，如果网关存在，则应先查网关及诊断仪与网关之间的通讯线路，其次再去检查模块。

(5)实施故障排查检修

在排查过程中，预先设计的流程可能会因实际的检测结果而不断地做出调整，与此同时，检测项目和检测手段也会相应地发生变化。与车载网络系统故障原因的类别相对应，其故障检测项目主要包括系统模块节点故障的检测和总线链路故障的检测。

①车载网络系统模块节点故障的检测

必须明确：只有那些无法与诊断仪和其他系统模块建立通讯的模块才有必要实施节点故障的检测。检测内容包括：模块供电电源的检测、搭铁线路的检测以及模块自身的排查，具体如表1所示。

②车载网络系统总线链路故障的检测

总线链路故障的检测项目主要包括两个大的方面：一是断路，二是短路。断路故障的细分项目比较少：对于单线式的总线(如LIN线)，就是该总线断路了；对于双线式的总线(如CAN线)，其断路故障分为CAN-H断路和CAN-L断路。短路故障的细分项目则较多：对于单线式总线，如LIN线，短路故障分为总线对电源短路和总线对搭铁短路；对于双线式的总线，如CAN线，其短路故障分为CAN-H对电源短路、CAN-H对搭铁短路、CAN-L对电源短路、CAN-L对搭铁短路、CAN-H和CAN-L之间短路。

针对上述的总线链路故障，其检测手段有两种：一种是利用万用表进行总线线路的断路和短路测量；另一种是利用示波器观察和分析总线的数据信息波形。

利用万用表进行总线线路的断路、短路测量与常规线路的测试方法是一样的，在此不予赘述。值得一提的是，在CAN总线系统中，有两个数据传输终端，每个数据传输终端内各有一个约120Ω的电阻，用以防止数据在传输线终端被反射并以回声的形式返回，从而影响数据的正常传输。由于这个特点，在对CAN总线进行检测时，除了可以进行常规线路断路和短路的测量之外，一个简便的方法就是对总线的终端电阻值进行测量。如图5所示，在断开蓄电池，开启点火开关使各系统模块充分放电的前提下，将欧姆表的两只表笔分别跨接到CAN-H和CAN-L线上(CAN线路不断开)，如果测得的电阻值为60Ω，说明总线线路正常(但不能排除是否存在对电源或对搭铁短路的情况)；如果测得的电阻值为120Ω，说明总线存在断路故障；如果测得的电阻值为0，说明两条总线存在彼此短路的故障。

由于万用表对总线的测试范围有限，测试结果也不直观，因此，利用示波器测试总线的数据信息波形才能观察到全面、清晰的测试结果。如图6所示，为双通道示波器检测CAN总线波形的接线方式。通过总线的波形图(篇幅有限，在此不做展开)，我们能清楚地了解总线的工作状态，并能从中发现总线所存在的故障。在此基础上，与万用表测量手段相结合，找出总线的故障部位就不再是难事了。

(6)故障修复后的验证

在故障检修之后，一定要进行故障信息的再次读取、故障症状的再次观察以及试车试验等相关的验证性工作，确认故障确已排除。

三、结束语

作为一种新型主流的汽车技术开发平台，车载网络系统在当今乃至未来的汽车技术发展过程中，都将起到重要的支撑作用。车载网路系统的应用，改变了汽车维修技术人员传统的修车思路和修车方法，我们只有与时俱进，通过学习不断了解和掌握车载网络系统的工作机理，通过实践不断摸索和总结车载网络系统的故障诊断和检修方法，才能与汽车技术共同进步！(全文完)