浅析汽车CAN-BUS的故障诊断

2020-07-09孙保海

汽车实用技术 2020年8期

孙保海

摘要：CAN总线（CAN-Bus）以其可靠性、实时性及灵活性的特点，在汽车ECU（Electrical Control Unit）通信中占据越来越重要的角色。Can-Bus实现车内互联系统由传统的点对点互联向总线式系统的进化，在很大程度上降低了车内电子系统布线的复杂度。然而在降低布线复杂度的同时，也给检测带来了一定的困难。总线上传递信号，而检测信号的仪器首选示波器。但汽车用示波器价格昂贵、使用的理论基础比较高。对此，文章针对CAN总线的检测提出使用万用表的方式进行检测，为CAN-Bus的检测提供快速、方便的检测方法。关键词：CAN-Bus;检测;电平信号;故障诊断中图分类号：U472.42 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）08-147-03

Abstract： Can bus， with its characteristics of reliability， real-time and flexibility， plays an increasingly important role in the communication of automobile ECU （electrical control unit）. Can bus realizes the evolution of interior interconnection system from traditional point-to-point interconnection to bus system， which greatly reduces the complexity of interior electronic system wiring. However， while reducing the complexity of wiring， it also brings some difficulties to the detection. The signal is transmitted on the bus， and the oscilloscope is the preferred instrument for detecting the signal. But the auto oscilloscope is expensive and has a high theoretical basis. To this end， this paper puts forward the method of using multimeter to detect can bus， which provides a fast and convenient detection method for CAN bus detection.Keywords： CAN-Bus; Testing; Level signal; Fault diagnosisCLC NO.： U472.42 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）08-147-03

前言

CAN-Bus（Controller Area Network-Bus）協议最早是由德国BOSCH公司提出，用于汽车内ECU之间的可靠通信。如今在汽车电子控制系统中有着广泛的应用，成为欧洲汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。

CAN-Bus是一种多主机方式的串行通讯总线，可以实现电子设备之间的数据通讯和数据共享，其消息的发布是广播式的，在同一时刻网络上所有节点侦测到的数据是一致的。在一辆整车上，CAN总线上可以挂载发动机ECU、安全气囊、巡航控制、电池管理等所有电控单元作为节点，从而保证了整个车辆所有电控单元信息的传输和共享。

CAN-Bus作为汽车的“神经系统”，对于汽车的安全正常运行至关重要。如果CAN-Bus系统出现故障或者数据传输异常时，车辆就会出现各种各样的奇怪故障现象，如仪表盘显示故障、车辆启动后无法熄火、发动机无法启动、ABS报警等。

1 控制单元之间的通信

在汽车上，所有的控制单元之间的CAN通信都通过两根数据线进行。CAN能够使用的物理介质有多种，例如双绞线、光钎、同轴电缆等，而汽车上大部分都是采用的双绞线。使用双绞线进行信号传输时，采用的是差分电压传送，两条信号线称为“CAN-H”和“CAN-L”（如图1）。

在静态时，CAN-H和CAN-L上的共模输入电压为2.5V，即差分电压为0V（最大不超过0.5V）。此状态也称为“隐性”状态，逻辑电平为“1”。

在信号传输过程中，CAN-H的输入电压为3.5V，CAN-L的输入电压为1.5V，差分电压为2V（最小不小于0.9V）。此状态称为“显性”状态，逻辑电平为“0”。

2 常见故障解析

CAN-Bus的常见故障出现在链路故障和节点故障，而链路故障又占了大多数。通过上面内容中其对通信协议的分析可知，其在信号传输过程中，CAN-H和CAN-L都会有电压存在。因此，在实际检测过程中，为方便、快速的检测，可以单独测量其对地电压（用万用表进行检测时，测量数值为其平均电压）。

车载自动诊断系统（OBD-II）能在汽车运行过程中实时监测发动机电控系统及车辆的其它功能模块的工作状况（如图2），因此可以从词接口检测CAN总线。在OBD-II的接口定义中（如图3），6#引脚连接CAN-H导线，14#引脚连接CAN-L导线，6#和14#引脚构成动力CAN总线。部分车型还定义了3#和11#引脚为舒适CAN总线（本例图中车型无3#和11#引脚定义）。

在车辆正常工作时，当CAN总线被唤醒后，CAN-H对地电压为2.6V左右，实车测量电压为2.55V（如图4），CAN-L对地电压为2.4V左右，实车测量电压为2.37V（如图5）。CAN-H和CAN-L对地电压随着车型和车况的不同，其数值会有所变化，但二者的和一定是在5V左右。

2.1 CAN-H与CAN-L短路故障

出现短路的故障时，CAN网络系统将整个关闭，此时所有电控单元将无法进行通信，车辆无法启动，仪表盘上的故障灯都会点亮。使用万用表测量OBD-II接口的6#和14#引脚的对地电压，二者的电压值皆维持在2.5V左右，并且不会产生任何变化。

CAN-H与CAN-L的短路，分为节点短路和链路短路。可以采用逐个断开节点的方式进行判断。将节点逐个断开，若电压恢复正常，则为节点短路;若断开所有节点后，测量电压依旧没有变化，则判断为链路短路。

2.2 CAN-H对电源短路故障

CAN-H对12V短路，CAN-H的对地电压为12V，如果使用万用表测量CAN-L的电压，其值大约为10V左右，此时可以断定是出现此类故障。

要判断CAN-H对电源短路是节点还是链路原因造成，也可以采用断开节点的方式进行判断。如果判断为节点故障，则控制模块内的CAN收发器故障，需要对该控制模块进行更换。

2.3 CAN-L对地短路故障

CAN-L如果出現对地短路的故障，部分车型的CAN容错机制的特性比较好，车辆基本能够正常运行，但在诊断过程中是存在故障代码的。

此时CAN-L的对地电压为0V，CAN-H的隐性电压也为0V，但其显性电压基本不变，即CAN-H的对地电压（平均电压）大约为1V。

2.4 CAN-H或CAN-L断路故障

CAN-H或CAN-L断路，则会导致断路的节点无法进行通信，但其他未断路模块不影响正常工作，这也是采用CAN总线的好处。