基于汽车网络分析的奥迪A8发动机起动系统研究

胡亚楠，宋素萍

(1.鹤壁职业技术学院机电工程学院，河南 鹤壁 458030;2.郑州工业应用技术学院 河南 新郑 450064)

0 引言

随着汽车网络研发的突飞猛进，科技含量较高技术越来越多的应用在汽车上。而传统的布线方式，传输速率已不能满足需要。因此，车载网络控制系统应运而生。汽车网络的应用节省了汽车制造企业的开支，便于汽车线路的维修，提高了汽车信息的传输速率，同时提高了电控系统的可靠性。但随之而来的为汽车维修的方法带来了革命性的变革。传统的维修方法主要依靠维修人员的经验和简单的维修工具，通过简单的测量可能就能找到故障点。而带有复杂汽车网络，电控元器件比较多的汽车更依赖于专用的诊断仪，示波器和一整套电子诊断维修的方法。通过查资料发现，网上研究机械故障维修的较多，即使有维修汽车网络故障的资料也是单纯的做些网络的理论分析，没有把汽车网络维修和机械维修结合起来，更没有深入探讨汽车网络传输的时间问题对机械故障的影响。而在实际维修过程中，很多看似机械故障的原因，其实是由于汽车网络故障引起的。

本研究以奥迪A8汽车网络CAN线为例，利用奥迪专用的诊断系统，结合示波仪，对故障码，数据流，波形进行综合分析，通过CAN线传输的原理，说明信息传输的时间对发动机ECU的影响，从而对发动机起动系统的影响。为了保证实验结果的唯一性和可靠性，反复做了大量的实验，并在实际故障检测中得到了进一步的验证。

1 奥迪A8车型介绍

1.1 总线拓扑结构

奥迪A8的总线拓扑结构如图1所示。

图1 奥迪A8的总线拓扑结构

通过上图我们可以发现奥迪A8的CAN线有高速和低速两种总线，不同速率的数据总线通过网关进行信息传递，而不能直接连接。而我们今天研究的发动机系统很明显属于驱动数据总线，也就是高速总线。

1.2 奥迪网络原理

想要交换的数据称为信息，每个控制单元都有一个收发器，均可发送和接收信息。发动机转速信号我们以二进制值(0和1)来表示，当需要发动机转速信号时，信息就包含在诸如发动机转速等重要物理量中，1 800 r/min用二进制表示就是00010101。接收的过程是收发器把电压值转换为比特流，RX线(接收线)接收后发送给控制单元，大量的二进制值被转换成信息。例如：00010101这个值就代表着发动机转速是1 800r/min。这个转换过程类似于我们的广播，每个连接的用户可接收同一电台的节目，并且这些连接的所有控制单元都处于相同的信息状态。

2 试验测量

2.1 故障现象描述

试验一：奥迪A8驱动CAN线有两根，一根为CAN高线，一根为CAN低线，如果把CAN高线对地短路，起动汽车，我们发现汽车无法起动。

试验二：用专用诊断仪清除试验一中存储下的故障码，但驱动CAN高线依然对地短路，起动发动机，发现发动机依然无法起动。

试验三：把试验一中驱动CAN高线对地短路故障排除，但不清除故障码，起动发动机，发动机可以起动。

试验四：先起动车辆，然后把CAN高线对地短路，发现汽车不会熄火。

2.2 故障现象分析

从试验中我们可以清楚的看出，汽车网络故障发生的时间决定了发动机是否可以起动。按照传统的维修思路，当发动机无法起动时，一般首先检查的是保险，曲轴位置传感器，发动机电控单元，喷油，点火等，但此例很明显是由于汽车网络出现故障，导致发动机无法起动。如果按照传统的维修思路，我们会发现最后你没有发现故障点，同时浪费了大量的时间，所以维修现在的车辆，尤其是带有车载网络和电控原件较多的车辆，我们一定要把汽车网络和机械故障现象结合起来，而不是单纯的检查机械部分。下面根据此例，对故障现象进行分析。

2.2.1 数据传递

发动机控制单元接受到转速值，该值会不断地以固定周期发送到ECU的输入存储器中。很多控制单元需要瞬时转速值信号，如组合仪表，该值由CAN总线来进行传递，该值就会被发动机控制单元存储器记忆下来。当曲轴位置传感器发出转速信号，发动机控制单元接收到以后，控制喷油和点火，发动机起动。数据传递过程如图2所示。

图2 数据传递过程

2.2.2 内部故障管理

为了提高数据的安全性，CAN有一整套内部故障管理系统。从而可以更好的识别出数据传递故障。无法识别故障的几率，也就是所谓的剩余误差概率<10-12，这个概率值相当于每辆车在使用周期内出现4次数据传递故障。根据广播的原理，一个发射，在接收过程中，任何一个传递故障的出现都会被网络使用者发现，故障被发现，一个信息通知就会被发送到每个使用者，这个通知称为“错误帧”。当前信息就会被所有网络使用者拒收。但是该信息不会停止发送，还会再次自动发送一次，这是一个很正常的过程，究其原因可能是由于车上电压不稳定，或者是来自于车辆外部的干扰。故障会被不断的自动识别出来，越来越多重新发送就会出现，为了能够计算发送的次数，我们可以通过网络使用者内部的故障计数器来进行识别，在成功完成重新发送过程后计数器再递减计数。内部故障管理如图3所示。

图3 内部故障管理原理图

试验一故障分析：由于CAN线在起动车之前已经存在故障，这时当转速信号传递到发动机电控单元时，汽车驱动网络出现故障，无法双线运行，此时其他ECU无法接收到来自发动机电控单元的信息，并不断记录下传递错误信息的次数，识别出数据传输出现错误，就会以故障码的形式存储在ECU中，便于维修。

试验二故障分析：转速信息依然会发送至发动机电控ECU中，但所有连接的装置都接收发动机控制单元发送的信息，这些信息的所有数据位会产生并传递一个16位的校验和数，传递信息是否有误我们可以通过监控层内所谓的CRC校验和数来确定。校验和数由接收器从所有已经接收到的数据位中按相应的原则计算得出。随后接收到的校验和数与计算出的校验和数进行比较。如信息无误，所有连接的装置会向发射器发送一个确认回答，这个回答就是所谓的“信息收到符号”，它位于校验和数后。虽然发动机ECU中故障码清除，但CAN线故障依然存在，其他单元无法正常接收信息，发动机无法起动。信息收到符号如图4所示。

图4 信息收到符号

试验三故障分析：转速信号传递到发动机电控ECU，由于CAN线故障已排除，虽然之前ECU中存储有故障码，但是接下来发送的信息都是正确的，发动机可以起动，但是已有的故障码不会清除。

试验四故障分析：发动机起动，各控制单元，传感器，执行器之间通讯良好，此时CAN高线出现短路故障，根据数据传递的安全性，内部故障管理规则，发动机ECU发送信息给其他控制单元，并且通过监控层对这些信息进行确认，此时CAN线已出现故障，这时不断的故障会被识别出，自动发送的过程就会越来越多，内部故障计数器就会发挥作用，累计识别出故障，在成功完成重新发送过程后计数器再递减计数，发动机控制单元会记录下故障信息，但考虑到行车的安全性，发动机不会立刻熄火。

3 结束语

笔者研究了奥迪A8CAN线故障出现的时间对发动机起动系统的影响。研究结果表明，动力CAN线故障如果出现在发动机起动前，根据汽车网络内部管理理论，发动机无法起动。即使清除发动机存储的故障码，而CAN线故障不排除，发动机依然无法起动。如果发动机已经起动，CAN线出现故障，发动机不会熄火。

掌握汽车网络信息传输的原理，对我们准备判断机械故障是有很大帮助的，在维修车辆时，有时我们需要把汽车网络通讯的情况和发动机机械出现的问题有机的结合起来分析。从而能够更有效的进行故障诊断。