汽车CAN高速网故障特征波形分析

魏显坤，党娇，邓长勇

（1.重庆工商职业学院，重庆401520，2.重庆广播电视大学，重庆401520）

故障诊断与纵维修

汽车CAN高速网故障特征波形分析

魏显坤1，2，党娇1，2，邓长勇1，2

（1.重庆工商职业学院，重庆401520，2.重庆广播电视大学，重庆401520）

介绍了CAN高速网的波形特征，系统总结了CAN-H断路、CAN-H与电源正极短路、CAN-H与电源负极短路、CAN-L断路、CAN-L与电源正极短路、CAN-L与电源负极短路、CAN-H与CAN-L短路7种故障的波形，为CAN线的学习者及汽车检测与维修技术提供了参考。

CAN高速网；故障特征；波形分析；德国双元制

波形分析是德国汽车检测与维修技术学徒及师傅双元制培训中重点学习的内容，信号波形是分析故障原因的重要的依据。目前国内的故障排除主要参考解码仪上的故障码，根据经验进行试探排除，很少对故障波形进行分析。对故障波形进行分析，对疑难故障可以达到事半功倍的效果。本文根据在德国汽车检测与维修双元制培训学习笔记整理而来。

1 CAN高速网波形特征

CAN是Controller Area Network的缩写，即控制器局域网。CAN总线是各控制器之间用于交换信息的数据总线。与传统的数据传输相比，数据总线系统可减少线束，共用部分传感器，节约成本。为避免电磁干扰，一般采用双绞线形式传输数据。

按SAE的分类标准，CAN高速网的传输速度在125～1 000 kBit/s.CAN高速网应用于汽车驱动系统，连接发动机、变速器、ESP等电控系统。CAN高速网信息传输波形如图1所示，在隐性位，VCAN-H=VCAN-L=2.5 V，VCAN-H-VCAN-L=0 V；在显性位，VCAN-H=3.5 V，VCAN-L=1.5 V，VCAN-H-VCAN-L=2 V.在任何时刻，VCAN-H+VCAN-L=5 V.信息以差分方式传输，抗干扰原理如图2所示。CAN-H与CAN-L在信息传输过程中受到干扰，波形产生毛刺，但信号电压差值始终不变，即显性位信号电压差值为2 V，隐性位信号电压差值为0 V，因此外界干扰对信号没有影响。

图1 CAN高速网信息传输标准波形

图2 高速CAN总线抗干扰原理

2 CAN线波形的组成及含义

CAN总线数据协议是标准化的，信息的长度可以达到128位，由开始域、状态域、未使用域、控制域、数据域、安全域、确认域、结束域组成。开始域1位，标识信息的开始；状态域11～29位，一般11位，判断数据优先权，0越多，数据优先级越高；控制域6位，告诉其他控制器数据长度，从而确定其他控制器是否正确完整地接受信息；数据域8～64位，长度由信息决定；安全域16位，检验信息传输是否正确；确认域2位，接收控制器的反馈信息，当接收控制器接收到正确信息，将1～1变为0～1，发送控制器就知道信息被正确传输；结束域7位，每个数据帧均以7个1结束，接受节点可以检验信息传输结束，结束域结束后，至少有3位中断；未使用域也叫填充位，每出现5个0（包括填充位）之后发1，每出现5个1（包括填充位）之后发0，防止控制器疲劳。

3 CAN高速网7种故障特征的波形分析

BOSCH740诊断仪示波器通道CH1测量CANH波形，通道CH2测量CAN-L波形，测量波形如图3～图10所示，以下图形来自740示波器实车检测，将整车CAN高速网设置7种故障分别测得，7种故障包括了CAN高速网的所有故障类型，可以通过波形判断故障原因。具体表现如下。

图3 CAN高速网标准波形

如图3所示，CAN高速网系统无故障，测得的标准波形。通道CH1、CH2分别测得CAN-H、CAN-L波形均正常。故障波形和标准波形做对比，可以看出故障波形的特征。

如图4所示，CAN-H与CAN-L短路是异常的原因，波形特征：CAN-H与CAN-L波形基本相当，均在2.5 V左右。

图4 CAN-H与CAN-L短路故障波形

如图5所示，CAN-L断路是异常的原因，部分无信号是波形特征，CAN-H信号波形受影响异常。

如图6所示，CAN-H断路是异常的原因，部分无信号是波形特征，CAN-L信号波形受影响异常。

图6 CAN-H断路故障波形

如图7所示，CAN-H搭铁是异常的原因，CANH信号电压为0 V是波形特征，CAN-L信号波形受影响异常。

图7 CAN-H接地故障波形

如图8所示，CAN-L搭铁是异常的原因，CAN-L信号电压为0 V是波形特征，CAN-H信号波形受影响异常。

图8 CAN-L接地故障波形

如图9所示，CAN-H与电源正极短路是异常的原因，CAN-H信号电压为12.9 V是波形特征，CANL因终端电阻（大小为120 Ω）的分压，大小为11 V，异常。

图9 CAN-H与电源正极短路故障波形

如图10所示，CAN-L与电源正极短路是异常的原因，CAN-L信号电压为12.9 V是波形特征，CANH因终端电阻（大小为120 Ω）的分压，大小为11 V，异常。

图10 CAN-L与电源正极短路故障波形

CAN总线波形测量可以用于识别CAN总线的故障，且有特殊的优势。解码仪读取故障是通过诊断接口和网关连接，读取存储在总线节点上的故障码。如果诊断接口与网关之间线路故障，无法实现通信，解码仪读取不到故障码，但CAN线波形检测依然可以进行，可以确定CAN高线是否正常，有故障则可通过波形确定具体故障及故障位置。

当数据总线处于唤醒激活状态，消耗的电流较大，所以总线系统有睡眠模式。将车子熄火，拔掉钥匙，关闭车门和引擎盖，大约半个小时后，车辆进入休眠模式。CAN高速网在休眠模式下的信号电压接近于0 V，测量值为：VCAN-H=0.1～0.2 V，VCAN-L=0.1～0.2 V，CAN线波形检测可以判断车辆是否处于睡眠模式。如果出现蓄电池放电过多的情况，需要首先检查数据总线的睡眠和唤醒模式是否正常，测量睡眠模式放电电流是否合理。解码仪读取数据流和故障码，总线必须处于唤醒状态。

与解码仪故障码相比，波形检测更加直观，有助于帮助学生理解故障原因。另外，汽车是一个复杂的系统，解码仪故障码在故障排除过程中有一定的指导意义，但准确度不够，有些复杂故障需要多元件检测综合分析，波形检测在复杂故障诊断中具有优势。

4 结束语

（1）CAN-H断路、CAN-H与电源正极短路、CAN-H与电源负极短路、CAN-L断路、CAN-L与电源正极短路、CAN-L与电源负极短路、CAN-H与CAN-L短路7种故障，CAN高速网均不能正常工作。

（2）CAN高速网不同于CAN低速网，CAN低速网在上述7种故障中，依然可以正常的进行数据通信，但会失去抗干扰的能力，有可能会出错。熟悉故障波形特征，可提高故障排除效率。

（3）在诊断接口与网关之间线路故障无法实现通信及睡眠模式等特殊工况下，解码仪无法工作，但采用示波器进行波形检测分析依然可以进行。

（4）本文对CAN线波形的检测，可以帮助初学者理解数据总线的通信以及数据总线故障的原因。

Cars CAN High-Speed Network Fault Signature Waveform Analysis

WEI Xian-kun1，2，DANG Jiao1，2，DENG Chang-yong1，2
（1．ChongQing Technology and Business Institute，Chongqing 401520，China；2.Chongqing Radio&TV University，Chongqing 401520，China）

This paper introduces the waveform characteristics of CAN high-speed network system，summarizes the CAN-H circuit，CAN-H circuit，CAN-H power supply and the positive and negative electrodes of the power supply circuit，CAN-L circuit，CAN-L circuit，CAN-L power supply and the positive and negative electrodes of the power supply circuit，CAN-H and CAN-L 7 kinds of short circuit fault waveform，provides a reference for learners and vehicle inspection and maintenance technology for CAN line.

CAN high speed network；fault characteristics；waveform analysis；german dual system

U471.14

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0221-03

2017-02-18

重庆市高等教育教学改革研究项目（编号：143166）；重庆工商职业学院教研项目（编号：GZJG1512717）

魏显坤（1985-），男，湖北十堰人，讲师，硕士，研究方向：汽车现代设计理论与方法。