汽车CAN 总线故障诊断方法与案例分析

佘 勇，徐鸿宇，陶玉恒

（贵州电子信息职业技术学院汽车工程系，贵州 凯里 556000）

随着汽车工业的快速发展，汽车电子技术也逐步向电动化及智能网络化方向发展[1]。汽车电气设备也越来越多，汽车电气系统及车内电气布线越来越复杂，不管是从布线成本还是从汽车轻量化来说，传统的汽车通信方式已无法满足汽车通信网络的发展。汽车CAN总线技术是CAN总线将汽车上各个计算机控制单元通过串行口进行联接，从而高效地实现汽车上各相关单元之间的信息通信[2]。然而，对于汽车CAN 网络系统维修相关的研究还比较少，并且每一款车的CAN 总线故障的诊断思路都不尽相同，这需要维修人员非常清晰地理解该系统的结构控制原理。基于此，本文分析了汽车总线故障诊断方法，并将其应用于实际的诊断过程中。

1 汽车通信总线的结构及信号特征

1.1 CAN通信的特点

CAN 总线是一种串行通信的多主式局域网总线，具备低成本、实时传输、抗干扰性能强等特点，传输距离可达10km，且数据传输率最高可以达到1mb/s，完全可以满足汽车空间内各单元之间的通信[3]。另外，CAN总线系统控制器可以根据设定好的程序对数据信息的重要性程度进行优先级仲裁，这样所有控制单元就会按照事先给定的指令有条不紊地传递信息而不发生冲突[4]。

1.2 CAN通信总线的结构及信号特征

CAN 总线由双绞线组成，一条信号线被标识为CAN-H，另一条信号线被标识为CAN-L。由于汽车上的用电设备往往比较多，就会导致CAN 总线的通信受到干扰，而两条CAN 总线以双绞线的形式组合在一起，这样可以在一定程度上避免这种干扰带来的影响[5]。在此数据总线的末端，CAN-H 与CAN-L 两条线路之间有两个阻值为120Ω的并联电阻，其总阻值为60Ω，该电阻被称为终端电阻。

CAN 总线的标准信号波形可通过示波器进行测量，CAN-H和CAN-L的波形朝相反方向变化，图1所示为迈腾B8L车型的舒适CAN信号波形。当CAN总线的两条线路处于静止状态时，CAN-H和CAN-L信号线未被激活，在此状态下两条信号线的电压均为2.5V，此时两线之间的电压压差约为0V。当CAN 信号线被激活时，CAN-H 信号线路电压被拉至约3.5V，CAN-L 线路电压被拉低至约1.5V，此时两线之间的压差在2V左右[6]。

图1 迈腾B8L 车型的舒适CAN 信号波形

2 总线故障诊断方法

汽车CAN总线为汽车的通讯网络，一旦某个CAN网络系统出现了故障，CAN 网络通信将会瘫痪，该系统无法工作，同时也会引起其他系统的CAN 网络无法正常工作。下面分析迈腾B8L 舒适系统CAN 总线断路、短路和虚接三大类故障类型诊断方法。

2.1 断路故障的诊断分析

总线断路故障主要有CAN-H 断路和CAN-L 断路。对于这类故障，通过检测波形判断其故障类型，以CAN-H 断路故障进行分析。设置好CAN-H 断路故障后，按下一键启动开关E378 的同时打开应急开关，利用示波器在进入及启动许可控制单元J965 端双通道检测两条通信线的波形，得到如图2 所示的波形。观察波形可以发现该图左侧CAN-H 的波形出现了逆向切换现象，通过分析发现这是因为CAN-H通信线断路后，总线信号发射端控制模块发出的CAN-H波形不能正常传递至接收端，而是反射到CAN-L线路，又由于总线系统存在电阻，就导致了CAN-H 波形反射到CAN-L 后的波形幅值被拉低。对于CAN-L 断路的故障也可用同样的思路进行分析。

图2 CAN-H 断路波形

2.2 短路故障的诊断分析

总线断路故障主要有：CAN-H 对正极（+B）、对地短路，CAN-L 对正极、对地短路，CAN-H 与CAN-L 双绞线之间相互短路等。对于前面两类故障，可以利用万用表或者示波器进行检测，如果用示波器检测总线对+B 短路故障，发现其波形为一条电压与正极电压相同的直线；如果故障是对地短路，则波形为一条0V 直线。对于后一类故障，需要利用示波器检测其波形进行判别。设置好CAN-H与CAN-L 双绞线之间相互短路的故障后，按下一键启动开关E378 的同时打开应急开关，利用示波器在进入及启动许可控制单元J965 端利用示波器双通道检测两条通信线的波形，得到如图3所示的波形。经过分析，这是因为当两条线路相互短接在一起之后，CAN-H与CAN-L的显性电平均在2.5V左右波动，说明两条线路相互短路。

图3 CAN-H 与CAN-L 相互短路波形

2.3 虚接故障的诊断分析

电路的虚接，在汽车实际维修中，主要表现为电路中导体的接触不良、不牢固、线路松动等接触面积具有不确定性的故障[7]。CAN 总线的虚接故障主要有对正极虚接、对负极虚接、线路虚接等故障类型。对于虚接类故障，主要看虚接电阻阻值的大小，当虚接电阻的阻值达到一定值时才会导致某种故障。一般线路虚接故障在实际维修中较为常见。在实际维修中，可以把线路虚接等效成在线路中接入具有某个阻值的电阻。对于此类故障的维修，还是需要通过示波器检测其波形并分析诊断。设置好CAN-L线路虚接一个500Ω 电阻的故障后，按下一键启动开关E378 的同时打开应急开关，利用示波器在车载电网控制单元J519 端双通道检测两条通信线的波形，得到如图4所示的波形。经过分析，这是因为CAN-L虚接500Ω的电阻后，电阻会消耗掉一部分电流，从而影响了电路中电压的分配。

图4 CAN-L 线路虚接500Ω 波形

3 案例分析

以下针对迈腾B8L车型CAN总线故障案例进行分析。

1）故障现象。无钥匙功能失效，操作钥匙其指示灯闪烁，但仪表上的警报灯及车外所有转向灯均不闪烁，后视镜无法展开；操作钥匙遥控器也不能解锁车门，前后转向灯闪烁，左右后视镜上的转向灯不能正常闪烁，后视镜也不能展开。使用机械钥匙解锁进入车内仪表未提示车门状态，一键启动开关E378 背景灯不亮，按下E378，仪表提示“未识别到遥控钥匙”。

2）故障分析。结合迈腾B8L 电路图进行分析，由于E378 背景灯不亮，说明通讯路线钥匙—车载电网控制单元J519—进入及启动许可控制单元J965—E378背景灯存在故障；操作遥控器，前后转向灯闪烁但无法解锁车门，说明钥匙到J519 的通信正常，而J519 到车门控制单元存在通信异常，另外由于无钥匙进入时钥匙指示灯闪烁，可以说明车门触摸传感器、进入及启动许可控制单元J965、天线等工作正常，初步判断为舒适系统网络通信故障。

3）故障诊断。通过解码仪读取汽车网关J533 的故障代码为：U014000：车身计算机1/车载电网控制单元/电子设备控制单元-无通信。按下一键启动开关E378 的同时打开应急开关，利用示波器检测车载电网控制单元J519 的CAN 网络通信端子T73a/16（CAN-H）及T73a/17(CAN-L)，得到如图5 所示波形。从图中可以看出，该图的左侧部分CAN-L 波形被拉长并且出现了逆向切换的现象，这是典型CAN-L 断路波形，断电后通过万用表测量该线的线路电路发现为无穷大，说明故障为CAN-L通信线断路，故障排除。

图5 诊断实测波形图

4 结论

随着汽车电子领域的迅猛发展，CAN 总线技术也被广泛地应用于汽车领域，对于汽车CAN 总线系统的维修技术也越显重要。在对汽车CAN 总线系统的维修时，首先需要了解CAN 总线的网络结构特点、信号传输原理、标准波形特点及相关故障波形的特点，然后根据电路图及维修手册利用相应的仪器及工具进行检测维修。本文以迈腾B8L 车型为例，对该型车的CAN 总线网络系统故障诊断进行了分析和总结，通过相关维修案例表明可以对实际维修过程提供思路和参考。