吉利EV450的CAN总线故障诊断思路 与案例分析

宁小刚，吴 冲，张超东

（甘肃机电职业技术学院 车辆工程学院，甘肃 天水 741001）

随着汽车电子技术的不断发展，车辆电子化程度越来越高，其电控单元数量呈指数增长，而电控单元数量的增长带来各不同电控单元之间交互的数据量的俱增，因此，各不同电控单元之间的线控连接及布线工作也越来越复杂。无论从布线成本、电气轻量化、线束连接，还是从大数据实时处理方面来说，传统的汽车通信方式已无法满足汽车通信网络的发展。控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）总线技术的应用，可以实现各电控单元之间的信息交流，解决此类问题，并推动汽车工业的进一步发展。

尽管CAN总线技术在汽车网络通讯方面已渐趋成熟，但对于新能源汽车领域CAN总线通讯系统的维修研究较少。由于CAN总线类型因各个厂家而异，且不同款车的故障诊断思路也不同，这就对汽车维修人员维修技术的提出了更高的要求。基于此，针对汽车CAN线的故障排除研究越来越重要，本文以吉利EV450的CAN总线为例，对CAN总线故障排除思路和方法进行研究分析，并可应用于实际的维修诊断过程中，为汽车技术人员提供一定参考。

1 CAN总线优势

CAN是一种串行通信协议，专为可靠高速数据通信而定。汽车CAN总线最初是由德国BOSCH为汽车内部数据交换而开发的总线束系统，随着科学技术水平的不断提高，其功能越来越强大。

早期，在CAN总线还未出现之时，汽车电控单元采用点对点的方式进行数据间的交互。点对点连接有以下主要问题：（1）模块节点之间硬线连接、专线专用，线束数量增加。（2）线束的增加造成了维修难度的提升。（3）线束成本的增加提高了造车成本。（4）线束重量的增加难以实现电气轻量化。（5）布线冗杂混乱且布线工作繁重。（6）点对点的网络拓扑结构不便于进行网络的扩展。点对点的连接方式如图1所示。

图1 点对点连接示意图

CAN总线与点对点连接方式不同，其节点与节点之间的数据交互采用共享机制。即通过一条总线进行传输，所有需要参与通讯的节点是以支线的形式挂接在总线上。其连接方式如图2所示，得知连接线束减少。CAN总线的优势有以下几点：（1）模块之间的数据交互以总线的形式进行。（2）传递数据速度快，实时工作性强：高速CAN最高支持1 MB/s，低速CAN最高支持120 KB/s。（3）能够无损仲裁，信号传递具有优先级，优先级高的信号发送时不会干扰和破坏优先级低的信号。（4）因具有双绞线的物理结构，采用差分信号和二进制的电频信号，其抗干扰能力强。（5）线束减少导致布线、维修难度、线束重量和生产成本降低。（6）总线拓扑结构具有良好的可扩展性。（7）扩展出支线车载自动诊断系统（On Board Diagnos- tics, OBD）接口，能够通过测量分析判断总线上各个模块之间数据交互是否正常。

图2 CAN总线连接示意图

2 CAN总线故障诊断及排除方法

2.1 CAN总线的常见故障

CAN总线系统一般由CAN控制器、信息收发器、两个数据传输终端及两条数据传输总线组成，除了数据总线外，其他各元件都置于各控制单元的内部。因此，CAN总线系统常见故障如表1所示。

表1 CAN总线系统的常见故障

2.2 CAN总线的故障分析

CAN总线是将所有节点通过CAN-H和CAN- L连接在一起，实现信息通道共享的一种总线通讯方式。其连接示意图如图3所示。

由图3得知，CAN总线两端有两个并联连接的终端电阻，其阻值为120 Ω。因此，CAN总线线路正常时，从模块A、B、C、D、E分别测得的CAN-H和CAN-L之间的电阻值为60 Ω，从模块M、N分别测得的CAN-H和CAN-L之间的电阻 值为120 Ω。

图3 CAN总线连接示意图

当模块A的CAN-H或CAN-L线路断路时，在诊断接口处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻值为60 Ω。在插接器a处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻值为∞。同理，支线模块B、C、D、E的CAN-H或CAN-L线路断路时，诊断接口处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻值为60 Ω，与此对应在插接器b、c、d、e处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻值为∞。

当模块A的CAN-H或CAN-L对正或对负短路时，其对诊断接口处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻值影响不大，很难判断是否故障，可先通过测量模块CAN-H或CAN-L的电压来判断模块是否存在短路故障，对负极短路时CAN-H和CAN-L电压都接近于0 V，对正极短路时CAN-H和CAN-L电压都接近于常电。再通过测得插接器a处CAN-H或CAN-L对蓄电池负极或正极的电阻值（＜1 Ω）判断CAN-H或CAN-L的其中一个对正极或对负极短路。模块B、模块C、模块D、模块E等通过相同方式得出故障结论。

当CAN总线的CAN-H与CAN-L或模块A、B、C、D、E的CAN-H与CAN-L互相短路时，相当于在并联电路中加一根0 Ω的导线，此时诊断接口处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻＜1 Ω。

当总线CAN-H或CAN-L对正极或负极短路时，其对诊断接口处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻值影响不大，很难判断是否故障，先测量插接器x处或插接器y处的CAN-H与CAN-L之间的电阻值为120 Ω，再测量插接器x处或插接器y处CAN-H或CAN-L对蓄电池正极或负极的电阻值（故障时电阻值＜1 Ω），判断CAN-H或CAN-L的其中一个对正极或对负极短路。

当CAN总线CAN-H或CAN-L在1-1处断路时，诊断接口处测得的CAN-H与CAN-L之间的电阻值为120 Ω，在x处测得上游电阻为∞，下游电阻为120 Ω（以插接器x为中心线，左侧为上游，右侧为下游），在插接器y处测得上游电阻为120 Ω。

当CAN总线或某个模块的CAN-H或CAN-L虚接时，可以用试灯进行测量。在测量CAN-H或CAN-L其中一个时，试灯会出现频率很快的微微闪烁后较长时间不亮的现象。

3 EV450的CAN总线

吉利EV450在电路中用到了两种CAN总线，分别为车身舒适CAN数据总线（VCAN）和动力驱动CAN数据总线（PCAN）。VCAN和PCAN总线通讯系统如图4和图5所示。其中，VCAN总线上的模块有：电子驻车（Electrical Parking Brake, EPB）、安全气囊控制单元（Airbag Control Unit, ACU）、方向盘转角传感器、电子助力转向（Electric Power Steering, EPS）、车联网终端（Telematics BOX, T-BOX）、车身控制模块（Body Control Module, BCM）、组合仪表、音响主机、车载自动诊断系统（On-Board Diagnostics, OBD）、电子转向管柱锁、自动空调控制面板、全景影像模块、座椅模块、全球定位系统（Global Positioning System, GPS）主机、低速报警、电子稳定控制系统（Electronic Stability Control, ESC）、整车控制器（Vehicle Control Unit, VCU）等。

图4 VCAN总线通讯系统

图5 PCAN总线通讯系统

PCAN总线上的模块有：驾驶模拟开关、变速器换挡开关、OBD、T-BOX、自动变速箱控制单元（Transmission Control Unit, TCU）、VCU、电 池管理系统（Battery Management System, BMS）、PEU总成（Power Electronic Unit, PEU）和PTC加热器（Positive Temperature Coefficient, PTC）等。其中PEU是将电机控制器（Motor Control Unit, MCU）、车载充电机（On-Board Charger, OBC）、DC-DC转换器（Direct Current-Direct Current Converter, DC-DC）和电源分配单元（Power Distribution Unit, PDU）进行系统集成的总成，俗称“四合一”。

通过图4、图5得出结论：VCAN总线主要负责整车软件和硬件的工作数据交互，PCAN总线主要负责汽车的动力、动力传输等软硬件的数据交互。

4 EV450的CAN总线故障诊断案例

4.1 故障案例1

4.1.1 故障现象

仪表盘上电池管理系统故障指示灯，动力系统故障指示灯，充电系统故障指示灯亮起，系统故障指示灯，电子驻车故障指示灯，系统故障指示灯，传动系统故障指示灯，侧滑故障指示灯亮起。

4.1.2 故障码

道通MS908E的故障诊断仪显示的故障码，如表2所示。

表2 故障诊断仪显示的故障码

4.1.3 故障分析

故障诊断仪里面有模块丢失，正常使用时，此故障诊断仪模块有17个，现在有14个，经查询丢失的模块有：PEU模块、VCU模块、BMS模块。因此，故障可能是这些模块的线路故障。因为读取的故障码大多数为VCU模块引发的故障，所以故障可以暂时认为：（1）VCU模块与VCAN总线的连接线束故障。（2）VCU模块与PCAN总线的线路故障。如果（1）（2）线路正常，故障可能是：（3）PEU模块与VCAN总线的连接线束故障。（4）PEU模块与PCAN总线的线路故障。如果（3）（4）线路正常，故障可能是：BMS模块与VCAN总线的连接线束故障；BMS模块与PCAN总线的线路故障。

4.1.4 故障测试

故障测试步骤如下：（1）测量BV11的20号端子至BV11的21号端子之间的电阻，其值为107 Ω，证明PEU与PCAN总线线路连接正常。（2）测量CA66的22号端子至CA66的23号端子之间的电阻，其值为56 Ω，VCU与VCAN总线线路连接正常。（3）测量CA66的7号端子至CA66的8号端子之间的电阻异常，其值为∞，VCU与PCAN总线连接异常。（4）拔掉CA66插接器和CA04插接器，测量CA66的8号端子至CA04的26号端子之间的电阻异常，其值为∞（正常值为＜1 Ω）。

4.1.5 故障确认

判断此故障是VCU模块的PCAN-H断路。

4.2 故障案例2

4.2.1 故障现象

故障现象如下：（1）仪表盘上电池管理控制系统故障指示灯，动力系统故障指示灯，充电系统故障指示灯亮起。（2）车辆无法进行制冷、制热等操作。

4.2.2 故障码

无故障码显示或解码仪只显示8个模块。

4.2.3 故障分析

从故障诊断仪可以推断是一个模块的短路故障或者CAN总线短路故障。有如下可能：（1）PCAN总线PCAN-H或PCAN-L对负极短路或对正极短路。（2）PCAN总线PCAN-H和PCAN-L两个互短。（3）VCAN总线VCAN-H或VCAN-L对负极短路或对正极短路。（4）VCAN总线VCAN-H和VCAN-L两个互短。（5）某个模块的CAN-H或CAN-L对负极短路或对正极短路。（6）某个模块的CAN-H和CAN-L两个互短。（7）某个模块自身故障。

4.2.4 故障测试

（1）测量IP19插接器（诊断接口）的3号端子至IP19的11号端子之间的电阻正常，其值为57 Ω，PCAN总线正常，且PCAN总线上连接模块的CAN-H和CAN-L线路不存在互相短路故障。

（2）测量IP19的6号端子至IP19的14号端子之间的电阻正常，其值为56 Ω。证明VCAN总线正常，且VCAN总线上连接模块的CAN-H和CAN-L线路不存在互相短路故障。因此，可以初步确定此故障是某个模块的CAN-H或CAN-L对正极或对负极短路。

由于诊断仪读不出故障码，可以通过拔模块插接器的方式来观察诊断仪的显示变化缩小故障范围。步骤如下：（1）拔掉PEU的插接器（BV11)，观察诊断仪故障码，故障码没有变化，模块数量也无变化，所以不是PEU的故障。（2）拔掉VCU的插接器（CA66和CA67），观察故障诊断仪，模块还是8个，但是8个模块都报了故障码，经观察发现故障都是与VCU连接异常的故障，所以车辆故障不是VCU线路故障造成的。（3）拔掉OBC插接器（BV10），观察故障诊断仪，发现诊断仪有15个模块，证明OBC模块存在短路故障。（4）测量BV10的55号端子和54号端子，结果电压异常，电压值均＜1 V，（CAN-H正常值为2.5 V～3.5 V；CAN-L正常值为1.5 V～2.5 V）。（5）分别测量BV10的55号端子和54号端子对搭铁的电阻，其中，BV10的55号端子与车身搭铁点（或负极）的电阻异常为0 Ω，并用万用表蜂鸣挡确认，呈现导通状态异常（正常时蜂鸣挡不导通）。

4.2.5 故障确认

判断此故障是OBC模块的PCAN-H对负极短路。

4.3 故障案例3

4.3.1 故障现象

故障现象有以下几种：（1）仪表盘上动力系统故障指示灯，侧滑故障指示灯常亮。（2）电池管理系统故障指示灯、动力电池故障指示灯、系统故障指示灯、驻车系统故障指示灯、传动系统故障指示灯一直闪烁。（3）车辆故障但READY灯亮起。（4）散热风扇无规律自行启动工作。（5）车辆无法换挡。

4.3.2 故障码

道通MS908E的故障诊断仪显示的故障码如表3所示。

表3 故障诊断仪显示的故障码

4.3.3 故障分析

故障分析如下：（1）仪表故障灯闪烁。（2）车辆READY灯亮起。（3）诊断仪显示部分模块未通过检测且无故障码，初步怀疑故障可能是虚接故障。（4）诊断仪显示的故障大多数与VCU模块相关，且VCU节点存在无效信号，未能通过检 测，因此，优先考虑是VCU模块的CAN线虚接故障。

4.3.4 故障测试

初步怀疑是虚接故障，可以用试灯进行故障检测。测试步骤如下：（1）用试灯夹子接低压蓄电池负极。（2）用试灯探测端测量CA66的7号端子，观察到试灯微微闪烁且频率很快，现象正常。说明PCAN总线与VCU模块连接的PCAN-L线路正常。（3）用试灯探测端测量CA66的8号端子，观察到试灯在频率很快的微微闪烁后较长时间不亮，现象异常。（4）用万用表测量CA66的8号端子至CA04的26号端子之间的电阻，其阻值在0 Ω～∞变化。

4.3.5 故障确认

此故障为PCAN总线与VCU模块连接的PCAN-H线路虚接。

5 结论

CAN总线技术在汽车网络通讯方面应用日趋成熟，对于汽车CAN总线系统的故障诊断和维修技术研究也越来越重要。本文对吉利EV450的CAN总线进行了介绍，对其故障诊断思路及排除方法进行了研究分析，并以实际案例展示了车辆具体故障的排除过程。

得出结论为车辆在CAN线故障时，仪表上的电池管理系统故障指示灯和动力系统故障指示灯经常亮起，诊断仪显示的大部分故障都是模块连接无效或者通讯超时，且诊断仪读出的模块数量有变化。因此，在CAN线故障排除时，首先从仪表和车辆的现象分析，然后结合诊断仪报的故障进行一个故障范围的确定，接着由浅入深地慢慢缩小故障范围，最后完成故障确认。