基于CAN总线汽车典型故障检测方法探究

汤贵庭 魏显坤

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

1 引言

随着互联网和电子技术的进步，以及人们对汽车舒适性、安全性、经济性、智能性要求的提高，汽车上的各电控单元之间的数据交换也越来越频繁。通过复杂的网络结构实现车内通讯，根据汽车实际需求和总线特点，目前车载网络应用较广泛的有CAN， LIN，MOST，F1exRay，Bluetooth总线，通过网关实现网络连接，实现有线网络通讯。

传统复杂沉重的电缆已被C A N（Controller area network）所代替，CAN总线成为应用最广泛的车载通讯网络。CAN Bus基本数据总线传输协议由Bosch和Intel两家公司在1983-1986年联合开发的，最开始应用于控制系统和汽车监测技术。由于CAN总线系统具有高性能和高稳定性，逐渐被应用与汽车的发动机、底盘等动力系统的联网控制方面。CAN总线共享汽车计算机所有信息和资源，达到减少传感器数量、简化线束布线、增加控制功能和提高系统可靠性、匹配和协调各控制系统。本文在研究CAN总线的基础上，针对CAN总线典型故障现象，分析故障原因，并进行故障诊断与排除。

2 CAN总线的概述

不同汽车电子控制系统及控制单元对CAN总线的工作特性和传输速率要求不同，本文针对某车型所介绍CAN总线系统分为五个不同的总线系统：系统关系网（CAN I/S）、车身网（CAN CAR）、底盘网（CAN LAS）、信息娱乐网（CAN INVO）、舒适网（CAN CONFORT ）等五个局域网，图1为CAN I/S的网络架构。

2.1 CAN总线的组成

CAN总线主要是由CAN通信控制器、CAN收发器、数据传输线、终端电阻、网关等组成。CAN通信控制器是接收控制单元CPU的信号，传输给收发器，并进行数据处理传输给CPU。

CAN收发器将控制器传来的数据信号转变为电信号，通过数据传输线传输并发送。接受总线传输来的数据并转化为内部控制器能接收的数据。数据传输线采用双绞线形式，末端安装电阻。双绞线采用高低电平，当控制器同时向两条双绞线发送数据，高低电平形成镜像，终端电阻减少了过调效应在数据传输中的影响。

图1 CAN I/S网络架构

2.2 CAN总线的应用

CAN系统根据信号的交换频率及输出的数据量，可以分为高速CAN总线和低速CAN总线，即CAN-H和CAN-L。在高速CAN总线中，最大数据传输速率为512Kb/s。在低速CAN总线中国，最大数据传输速率为128Kb/s。

系统关系网（CAN I/S）为高速网，连接动力总成电控单元，如发动机及变速器电控单元。CAN I/S是多主控网络，所有电控单元周期性地向网络发送主动信息，每个电控单元处理与自己有关的信息，除产生的随机信息外，网络信息的传送是分时段进行的。CAN I/S拥有一个中央处理设备，只要网络中连接有2个（或更多个）电控单元时就建立通信。发动机电控单元（1320）和BSI（智能电控单元）是唯一拥有终端电阻的电控单元[1]。

底盘网（CAN LAS）为高速网，如果整车配备了ESP，就会有CAN HS LAS（底盘）网。

车身网（CAN CAR）为低速网，包括发动机伺服盒、免钥匙控制盒、电子防盗装置、方向盘及方向盘转化模块。

信息娱乐网（CAN INFO/DIV）为低速网，包括多功能显示屏、远程通讯模块、智能伺服盒。舒适网（CAN CONFORT）为低速网，包括空调电脑、驾驶员车门面板。

2.3 CAN总线的特点

CAN总线上的控制单元之间是独立平等的关系，没有主要和次要之分，也没有主动和被动之分，可以自由灵活的向其它控制单元发送数据，也可灵活接收其它控制单元发送的数据信息。CAN总线系统上的多个电子控制元件之间是并联的关系，其中任何一个电子控制单元的故障不会使其他元件收到影响，依然可以数据交换。

采用双绞线进行信号传输，信号传递可靠，避免了电磁干扰。信号传输距离最远可以达到10KM，传输速率快，能够满足连成网络的各个元件之间的数据交换时实时性。

CAN总线根据优先权判定原则对不同的等级数据信息进行传递和接收，满足汽车不同控制系统的性能要求。当两个控制单元同时向总线上发送数据信息，根据优先权原则，优先级别低的控制单元由发送信息状态改变为接收信息状态，保证优先级别高的控制单元进行数据信息传递。

3 汽车CAN总线常见故障

汽车CAN总线发生故障时，故障现象主要表现为以下三种情况：一个或多个控制单元无法通讯；不同网络单元同时表现多个不同故障；整个网络或多个控制单元不工作或不能正常工作。常见故障原因有元件对正极短路、对正极断路、对地断路、对地短路、对控制单元断路、彼此短路、信号反传输故障等。

当汽车CAN总线出现故障或传输数据异常时，会出现不同故障，如启动后无法熄火，车辆无法启动，仪表板显示异常。

研究国内外车载网络系统的故障诊断技术，采用两种方式进行故障分析：第一，检测电阻进行故障分析；第二，检测电压进行故障分析；第三，故障诊断仪读取故障波形进行波形分析。

通过电阻、电压测量分析故障时，主要检查CAN-H搭铁、CAN-H搭正极、CAN-H断路、CAN-L搭铁、CAN-L搭正极、CAN-L断路、CAN-H与CAN-L短路、CAN-H与CAN-L都断路。

以低速CAN为例进行波形分析，在显性位，VCAN-L=1V，VCAN-H=4V，VCAN-H-VCAN-L=3V。在隐性位，VCAN-L=5V，VCAN-H=0V，VCANH-VCAN-L=-5V。CAN-H与CAN-L信号电压之和为5V。信号在传输中会产生毛刺杂波，但信号电压之差不变，差值恒定保证电磁干扰对信息传递无影响。图2为低速CAN标准波形，通过与标准波形的对比，分析故障原因。

图2 低速CAN标准波形

4 汽车CAN总线检修案例分析

针对某车出现的车辆无法启动，有故障现象为例进行CAN总线相关故障分析。

（1）测量、记录CAN I/S网在不同情况下的网络电阻、电压，测量结果如表1所示。

使用BOSCH740发动机故障综合诊断仪采集CAN线波形信号。示波器两个通道分别测量CAN高和CAN低信号[2]。图3为低速CAN总线标准波形，其中通道CH1接CAN-H线，通道CH2接CAN-L线。因篇幅有限，本文只选取其中一个故障波形进行分析。图4为CAN-H搭铁的波形。

对比图3和图4的波形，可以发现CAN-H信号波形趋近一条直线，CAN-L信号波形基本正常，局部有尖锐的峰值，线路受到干扰。

图3 低速CAN总线标准波形

图4 CAN-H搭铁信号波形

5 结语

针对某型汽车CAN总线的组成、原理、特点进行介绍，分析CAN总线常见的故障现象、故障原因，结合发动机不能启动且有故障现象进行故障排除，对汽车维修企业进行同类型故障的诊断与排除具有一定的指导意义。

（1）CAN总线主要故障原因有短路和断路。（2）CAN总线故障诊断与排除方式主要有测量电压、电阻、波形。

表1 CAN I/S网电阻、电压测量结果