卡车制造端的CAN总线故障分析与排除(1)

高恩壮 于彦权 郑宇锋 王鹏理

【摘  要】随着卡车电气化趋势发展的深入，各类电控系统也随之增多，而CAN总线作为控制器之间通信的桥梁，其作用日益显现。卡车制造阶段因生产操作、制件品质等因素会造成一系列的CAN总线方面的电气故障，通常这类故障相对于其他硬线故障更加复杂，值得分析和学习。

【关键词】CAN总线；电气故障；分析方法

中图分类号：U463.62    文献标志码：B    文章编号：1003-8639（ 2023 ）04-0083-03

【Abstract】With the development of truck electrification trend，all kinds of electronic control systems are also increasing. As a communication bridge between controllers，CAN-bus plays an increasingly important role. In the truck manufacturing stage，a series of CAN-bus faults will be caused by production operation，part quality and other factors. Compared with other hard-wire faults，such faults are usually more complex and worthy of analysis and learning.

【Key words】CAN-bus； electrical fault； analytical method

1  前言

CAN总线方面的电气故障现象虽复杂多样，但也存在较强的规律性，本文只选取卡车制造端部分常见的CAN总线故障案例加以探讨，同时为精简内容、缩短篇幅，文中多幅插图将被复用。

本文涉及整车产线生产中重要的电检环节，即EOL检测（整车下线检测），通过检测完成各控制器的电控数据刷写、参数的录入及传感器的校准等工作。EOL检测得以进行的前提则是电检设备能够与相应的控制器通信，因各种因素导致控制器无法通信的现象时有发生，故本篇文章正是笔者根据生产实际情况结合自身的实践经验和心得领悟完成的。

2  案例分析与排除

本文涉及多个车型和众多控制器，组合和配置关系丰富且多变，因此在案例分析之前先作3个默认的设定：①文中车辆采用标准OBD—Ⅱ诊断接口[1]，16个管脚中仅部分管脚被使用，如表1所示；②涉及电检的各类控制器中，除仪表控制器是经通信/动力CAN和诊断CAN尝试检测，其余控制器均经诊断CAN或先通过诊断CAN连接至具有路由功能的电控，再由其转接至目标电控；③本文中车辆的诊断CAN总线，其CANH、CANL的正常电压约为2.5V左右，其他总线的CANH、CANL的正常电压分别约为2.6～2.7V和2.3～2.4V。

2.1  案例1：节点未工作

某国Ⅵ车型仪表提示发动机故障灯、排放故障灯和驾驶员警告灯，诊断设备读取发动机控制单元EMS的故障信息为：U029E00下游NOx传感器通信超时，U029D00上游NOx传感器通信超时，U02A200尿素品质传感器通信超时。

由于尿素品质传感器、上游氮氧传感器（NOx）、下游氮氧传感器均为后处理CAN總线上的节点，三者同时通信超时的现象可能是该条总线出现中断，可通过查看后处理CAN的拓扑结构分析断路点，如图1所示。

由拓扑结构可知，如果该总线上存在断点，断点的位置也应该在EMS之后（图1中EMS左侧）。另外如果总线上的节点未在工作状态，则即使CAN总线连接良好也会报上述故障。

查看图纸发现尿素品质传感器、上游和下游氮氧传感器的供电来自同一支路，可能是该供电缺失导致的。用万用表测量尿素品质传感器处的供电，其电压为0，显然后处理CAN上的这3个节点并未工作。故障原因是驾驶室熔断器盒内该路供电熔断丝熔断，重新更换后，故障排除。

由本案例可知，不仅是供电缺失会导致节点无法工作，搭铁缺失同样会产生这种故障。

2.2  案例2：相同节点

某国Ⅵ车型仪表提示发动机故障灯、排放故障灯和驾驶员警告灯，诊断设备读取发动机控制单元EMS的故障信息为：U029D00上游NOx传感器通信超时，U029E00下游NOx传感器通信超时，后处理CAN拓扑结构与图1相同。

经过案例1的分析可基本排除上游和下游氮氧传感器的供电问题，应检查二者的插接情况。同时二者都是用于检测氮氧化合物的传感器，但在接线方面存在差异，根据CAN通信的原则，同一CAN总线上不能出现2个完全相同的节点[2]，上游和下游氮氧传感器的管脚定义如表2所示。

检查发现2个传感器插接器对接良好，将上游NOx插接器拔下后发现其5号管脚内无接线，意味着其与下游NOx接线完全相同，违背CAN通信的原则。按照设计要求重新接线后，故障排除。

2.3  案例3：线束问题

某国Ⅵ车型仪表提示故障现象与案例1类似，诊断设备读取发动机控制单元EMS的故障信息同案例1，后处理CAN拓扑结构同图1一致。结合案例1的经验，先测量了尿素品质传感器的供电和搭铁，其电压是正常的，但其后处理CAN电压分别约为1.9V和1.8V，明显低于正常值。怀疑后处理CAN上存在断点或者干扰，导致多个节点都处于“丢失”状态。

根据经验，线束对接处出现断点的概率大。由拓扑结构可知后处理线束与底盘线束对接处CAN线有两组，可重点排查此处。检查发现，该处的CANL接线发生缩退，导致CAN通信中断，如图2所示，修复后故障排除。

由于CAN总线的2个终端节点都安装有2个阻值为120Ω的终端电阻，与其他节点之间呈并联关系，如图3所示，因此正常情况下从该组CAN的任意节点处可测得约60Ω的电阻，断开一处终端时可测得的阻值约为120Ω。CAN总线中断时也可以通过测量终端电阻的阻值分析接线中断的大概位置。值得关注的是，车载OBD诊断接口通常是诊断CAN总线的一个终端，但终端电阻并不安装于此处，而是安装在诊断设备中，因此从诊断接口测得的诊断CAN终端电阻约为120Ω。

除了上述的接线端子缩退，实际生产操作中还有插接器漏接、连接不良、插针弯折、线束被磕碰、挤压甚至拉断等形式导致的断路现象。

2.4  案例4：网络架构问题

某液化天然气（LNG）车型仪表上不显示天然气气量数值，如图4所示。诊断设备连接仪表读取的故障信息为无故障，连接网关读取的故障信息为：GCT节点丢失。GCT（Gas Capacity Transmitter）为LNG液位变送器，通过CAN总线向仪表传输天然气气量信号。该节点丢失时可测量其供电、搭铁和CAN线电压是否正常，同时该装置是舒适CAN上的节点，其拓扑结构如图5所示。气量信号的传输路径是：GCT采集的信号先经舒适CAN发送至网关，再由网关通过动力CAN传递到仪表。

测量液位变送器GCT各管脚发现，其供电、搭铁均正常，CANH和CANL电压接近，约为2.5V左右，和正常电压有些区别，但不能确定是否异常，还是再通过测量其他节点处的舒适CAN电压再作判断。

先测量网关处的舒适CAN电压，其CANH和CANL分别约为2.67V和2.44V，表明舒适CAN电压是正常的，而液位变送器GCT端的CAN线电压却不是如此。

再测量网关至液位变送器GCT的舒适CAN接线的通断，发现二者的CANH和CANL均不导通，表明液位变送器GCT实际上并未连接在舒适CAN上。通过前面测量的CANH和CANL电压均为2.5V的现象来看，该节点似乎被连接在了诊断CAN上。

测量液位变送器GCT至OBD诊断接口处的诊断CAN的通断，发现二者导通，由此确定该故障是由于液位变送器GCT被错误接入了诊断CAN中导致的。

液位变送器GCT接入诊断CAN时，虽然还具备监测LNG液位的功能，但无法被传送出去，因此不符合诊断和舒适CAN的网络架构要求。更改接线后，故障排除。

2.5  案例5：个别控制器无法通信

某车型EOL检测时涉及8个控制器，仅车队模块FM无法通信。对于此类仅有单个控制器无法通信的故障，大概率是该控制器本体的问题，如插接器漏接、插接器线束问题以及控制器本体故障等。同时如果工艺技术人员熟悉车型的CAN总线拓扑结构，排查起来将事半功倍。该车的车队模块FM与电检设备通过诊断CAN通信，其诊断CAN网络拓扑结构如图6所示。

网络拓扑结构表明车队模块FM是通过电检设备直连通信的，即不需要网关等具有路由功能的控制器转接，因此可检查车队模块FM与线束的连接情况。检查发现，插接器的外观和连接均正常，但车队模块FM上的指示灯不亮，表明该控制器未工作。用万用表测量插接器的各孔位电压发现多处异常，即无24V供电，也无CAN线电压。最终发现因车队模块FM的插接器与车身控制器BCM的2号插接器造型、结构完全相同，而且二者安装位置邻近，导致“张冠李戴”。重新插接后，故障排除。

2.6  案例6：关联控制器无法通信

某车型EOL检测时涉及13个控制器，仅有5个控制器检测成功，该车的4组CAN总线与这5个控制器的对应关系如表3所示。

由此可知前4个控制器的共同之处是其均为诊断CAN上的节点，仪表还支持动力CAN通信，车辆的网络拓扑结构（不含动力CAN）如图7所示。

由网络拓扑可知，底盘CAN上节点（除VCU外）在电检时不能直连诊断CAN，而是通过整车控制器VCU转接；而舒适CAN上的节点还需要通过车身控制器BCM的转接。由检测结果基本可猜测底盘CAN出现故障的概率较大，因为该组CAN总线的故障导致电检设备无法与BCM通信，进而也无法连接舒适CAN上的其他节点。

根据经验应重点检查车辆保险杠线束的连接情况，该段线束上通常接电子扫描雷达，虽然该车并无此配置，但底盘CAN线束仍然由此处经过，因此需要一插接器与保险杠线束对接，实现CAN线的闭环，如图7中椭圆框标注所示。

检查对接处发现，底盘CAN在保险杠线束端与插接器端接线完全错位，如图8所示，因此底盘CAN在该处中断，电检设备无法与ABS、RCU及BCM通信，同样也无法连接舒适CAN上的节点。线束修复后，再次电检，故障排除。

对于这种通过路由转接进行电检的方式，其故障模式有着鲜明的特点，通常是无法通过检测的控制器数量多且大多为处于同类型CAN网络上的节点。

2.7  案例7：通信速率问题

某车型的摄像头、电子扫描雷达无法标定，仪表提示LDW、FCW故障灯，起动发动机后仪表还提示VCU故障灯。诊断设备无法连接摄像头控制器LDW（与雷达共用一控制器），读取的VCU故障信息为：BCM节点丢失。

检查车身控制器BCM发现其线束插接良好，测量其供电和搭铁也正常。根据该车网络拓扑结构，如图7所示，依次测得车身控制器的CAN线电压分别为1.78V、3.32V、2.33V和 2.67V，前两个数值与正常值有着明显差异。由于该车配置有整车控制器VCU，因此车身控制器BCM不能直接连接诊断CAN，对比图纸可知电压异常的一组电压来自于舒适CAN。而摄像头无法连接，表明舒适CAN已经发生故障。诊断设备连接仪表读取的故障为：U29F500车道偏离预警系统节点丢失，U014000车身控制模块节点丢失，U003800舒适CAN全部节点丢失，U150900舒适总线LIMPHOME状态，也将故障指向了舒适CAN。

从网络拓扑可知，车身控制器BCM是经整车控制器VCU通过底盘CAN连接诊断设备的，也是通过底盘CAN与整车控制器VCU进行通信的，但从测得的电压来看车身控制器BCM处的底盘CAN电压是正常的，分析至此怀疑是车身控制器BCM本體存在故障。

通过核对控制器零件号发现该车安装了错误版本的车身控制器BCM，该控制器和正确版本的控制器在CAN线方面有如下区别，见表4。错误版本的BCM是诊断CAN和舒适CAN上的节点，而正确版本则为舒适CAN和底盘CAN上的节点，需要与整车控制器VCU配合使用，且前者控制器的通信速率为500kb/s，这种差异会导致CAN线电压异常。更换正确的车身控制器BCM后，故障排除。

3  总结

本文叙述的内容多来自于工作实践，因此未对CAN总线原理作深入研究，旨在对卡车生产或维修领域提供一些故障案例，能对相关从业人员起到一定的借鉴作用。

参考文献：

[1] 凌永成，于京诺. 汽车电子控制技术[M]. 北京：北京大学出版社，2011.

[2] 罗峰，孙泽昌. 汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2010.

（编辑  杨  景）