CAN总线报文通信丢失的故障树分析方法浅析

李 敏，蔡 营，岳意娥

（东风汽车公司技术中心，湖北 武汉 430058）

近些年来CAN总线在汽车电子应用上越来越广泛，可以实现信息共享的同时减少了线束的数量。一般乘用车上的CAN网络节点有十几个，甚至二三十个，对这些节点之间进行CAN总线信号交换的可靠性要求很高，但是由于某些原因，比如整车环境 （如蓄电池电压不稳定或过低）、CAN节点故障、传输线束故障导致目标控制器接收不到源控制器的某个报文，从而出现某个报文通信丢失的故障，严重的会影响整车的性能和安全［1］。所以查找通信丢失的故障原因很有必要，没有清晰的排查思路，很难快速高效地找到故障点。根据我们实车排查的经验，形成了一套CAN报文通信丢失的故障树分析方法。

1 报文通信丢失判定机制

报文通信丢失分为两种情况：一种是收不到其它CAN节点的报文，一种是自身节点发不出报文。在整车网络中，连续一定时间内未收到报文则被认为与某CAN节点通信丢失故障。Busoff是某CAN节点发送不出去报文，累计到一定数量则按照总线协议规定进入Busoff模式。

2 报文通信丢失的故障树排查方法

我们把通信丢失的报文称为特定报文，把发送特定报文的控制器称为源控制器，接收特定报文的控制器称为目标控制器。实时故障排查我们从源控制器、报文传输线路、目标控制器三大方面去排查。

2.1 历史故障排查方法

根据实车故障排查经验，当诊断仪读到有报文通信丢失相关的故障码时：与某CAN节点通信丢失或者与某CAN节点Busoff，首先判断故障码为历史故障码还是实时故障码。如果为历史故障码，可能的原因有：①车辆非正常下电，比如人为拔掉过蓄电池负极电缆；②在非OFF挡更换过车上的控制器；③控制器插接件出现过进水、接触不良等问题；④外部设备引入故障码，比如数据记录仪、故障诊断仪、用户私自加装设备；⑤整车蓄电池电压不稳定。历史故障码可以在查找到问题原因后进行清除故障码操作，并根据可能的原因进行人为再现进行验证。

2.2 实时故障排查方法

当诊断仪读到有报文通信丢失相关的故障码时：与某CAN节点通信丢失或者与某CAN节点Busoff，如果为实时故障码，采用CANoe软件进行监测特定报文是否发出，如果源控制器的特定报文未发出，故障点有可能是：源控制器电压不稳定，过高或过低都会导致通信故障；线束问题、源控制器本身硬件或软件问题；其它控制器的故障导致总线负载率升高、错误帧增加，从而影响了源控制器的特定报文被超时发送，导致发生报文丢失的故障。

如果源控制器的特定报文已发出，排除了源控制器的故障嫌疑，如果此网段上没有发生其它报文通信丢失的故障，可以初步判断传输线路是良好，故障原因可以锁定在目标控制器上，有可能目标控制器的缓冲区溢出，误认为特定报文丢失。

当诊断仪读到Busoff故障，如果报文丢失所在的网段有错误帧，或者错误帧不断增多，可以从以下方面进行故障分析。

1）CAN网络终端电阻不匹配：终端电阻不匹配会导致网络抗干扰能力差。整车需要在断电的情况下用万用表进行测量终端电阻，如果终端电阻不满足设计要求，则有可能是：某控制器的故障、CAN主干线上线束故障、CAN支线上的线束故障或插接件接触不良。

2）某个控制器的故障有可能导致整车网络节点Busoff，如某控制器的插接件接触不良、进水，硬件问题，软件问题。在整车上，可以采用逐个拆除控制器的方法进行排查，锁定嫌疑控制器，然后解析控制器的硬件或者软件。

上述故障分析法形成故障树，如图1所示，表1列出了故障树符号说明［2］。

图1 CAN总线报文通信丢失的故障树

表1 故障树符号说明

2.3 报文通信丢失案例分析

2.3 .1 案例1

故障车辆 车辆不能起动，节点1报通信丢失故障。

故障现象 车辆在ON挡时，总线分析软件检测网络报文，负载率升高，有错误帧，如图2所示，节点1有故障码：与节点2通信丢失。

图2 总线负载率与错误帧

故障分析 总线分析软件检测网络报文，节点1的特定报文未发出 （其他报文正常发出），用万用表测试了蓄电池和节点1的电源均正常，节点1的线束接触正常，更换了节点1控制器，故障依然存在。初步判断是网段上其它控制器故障导致的干扰。采用逐个去掉控制器来进行排除，当去掉节点3控制器的时候，网络错误帧不再出现，故障也消失。为了进一步确认是节点3的问题，更换了节点3控制器，网络恢复正常。故障点锁定在节点3控制器，需进一步专业解析节点3控制器。

2.3.2 案例2

故障车辆 某用户的车辆在左反光镜碰撞后整车无法正常行驶，露天情况下，经历淋雨，车辆车窗电机部分出现明显烧糊现象。

故障现象 车辆在ON挡时，总线分析软件检测到此网络busoff，有错误帧。

故障分析 在整车断电的情况下，采用万用表测量CAN线电压和终端电阻，CAN线电压为0 V （正常值为2．5 V），CANH和CANL之间电阻为4 Ω左右 （正常值为58～64 Ω）。检查总线干线的线束连接正常，再将总线网络上的控制器逐个去掉，将ABS控制器拔掉后，CAN报文恢复正常，终端电阻恢复为59．0 Ω，CAN线电压恢复为2．5 V；初步判断ABS控制器或者ABS连接端线束异常，引起CAN总线网络异常。更换了ABS控制器，CAN总线通信恢复，错误帧消失，终端电阻和总线电压恢复正常。网络busoff问题点锁定在ABS控制器，需进一步专业解析ABS。

3 结束语

本文从信号源控制器、传输线路、信号目标控制器进行展开分析，并形成故障树分析方法。此方法可以快速高效地找到故障点，可以作为测试人员进行报文通信丢失的故障排查的指导，有较强的实用性。