汽车CAN总线错误帧故障分析

【摘 要】汽车CAN总线作为汽车电子电器行业应用广泛的通信技术，随着整车智能化、网联化的不断发展，总线上的节点不断增多，汽车总线故障也愈发复杂。这对汽车诊断工程师诊断专业能力提出了很高要求。因此，掌握处理总线故障的思路对于解决总线故障问题至关重要。文章以某车型样车OBD故障灯故障作为案例进行分析，介绍总线故障的诊断思路。首先，根据数据分析故障类型，接着通过排除法锁定故障模块，最终确认问题的根本原因。期望为其他诊断工程师解决总线故障提供一些借鉴经验。

【关键词】CAN总线;总线故障;OBD;故障类型

中图分类号：U463.6 文献标识码：A 文章编号：1003-8639（ 2024 ）11-0045-02

Analysis and Research on Error Frame Fault of Automobile CAN Bus

【Abstract】Automotive CAN bus is a widely used communication technology in automotive electronic and electrical industry. With the continuous development of vehicle intelligence and network connection，the number of nodes on the bus is increasing，and the fault of automotive bus is becoming more and more complicated. This puts forward high requirements on the diagnostic professional ability of automotive diagnostic engineers. Therefore，it is very important to know how to deal with bus fault. This paper analyzes the fault of OBD lamp of a model car as a case，and introduces the diagnosis idea of bus fault. First，analyze the fault type according to the data，and then lock the fault module through the elimination method to finally identify the root cause of the problem. It is expected to provide some experience for other diagnostic engineers to solve bus faults.

【Key words】CAN bus;bus failure;OBD;fault type

新能源汽车产业将引领动力电动化、能源低碳化、系统智能化三大革命。新能源汽车的智能化发展离不开车载网络通信技术不断迭代更新[1-2]。汽车总线作为一种在汽车工业中广泛应用的通信技术，提升了汽车电子的整体稳定性。然而，在汽车电子应用过程中，CAN总线很容易出现总线故障，并且随着车用电气设备越来越多，汽车总线技术的发展也使得故障变得越来越复杂。总线故障诊断分析对专业技术要求较高[3-4]。汽车总线常见的故障主要有通信错误、总线短路、错误帧、总线干扰、总线错误等。很多CAN总线故障无法通过肉眼感知，需要通过CAN设备采集数据分析故障，若诊断工程师不具备较好的专业素养以及CAN工具的应用能力，当出现通信故障时很容易束手无策，问题无法及时得到解决直接影响项目的研发进度。因此，掌握CAN总线故障分析排查能力对于分析和解决CAN总线故障具有重要意义[5-7]。

1 理论技术介绍

汽车CAN总线故障的分析对工程师的要求比较高，除了要熟悉总线专业知识外，还要对整车的网络拓扑非常了解，另外，分析排查问题时要求会使用CAN工具分析数据，同时要求会使用诊断工具读取故障码对故障进行初步的诊断，根据经验初步分析可能原因，找准问题方向后，接着利用专业知识进一步锁定故障的具体原因和故障部位。总线故障排查流程如图1所示。下文对总线Bus-Off故障排查流程进行详细阐述。

1）使用CAN工具采集总线数据读取整车CAN数据进行分析，观察总线数据是否有异常的情况。比如说观察总线是否有错误帧，或者总线发送数据是否符合DBC设计要求。

2）采集总线数据后，判断故障属于链路故障还是节点故障。使用万用表量取总线电压是否符合总线设计要求，比如测量总线CANH总线电压异常或者总线对地短路等情况。若符合设计要求，则属于线路故障，按照链路故障流程进行分析。如果不属于线路故障，则继续进行排查。

3）通过拔总线模块的熔断丝或者拔掉模块的接插件方式锁定故障的问题模块。当拔掉某个模块接插件（熔断丝）后总线未恢复正常，继续往下拔掉其他模块的接插件（熔断丝），当拔掉模块后总线恢复正常，则初步怀疑该模块总线节点存在故障。

4）通过拔总线模块的熔断丝或者拔掉模块的接插件方式锁定故障的问题模块。当拔掉某个模块接插件（熔断丝）后总线未恢复正常，继续往下拔掉其他模块的接插件（熔断丝），当拔掉模块后总线恢复正常，则初步判断该模块总线节点存在故障。

5）初步确定故障模块后，对故障模块进行网络单节点测试，分析模块出现故障的原因。针对问题根本原因，采取更换硬件或者修改软件的措施，并将问题整改完毕。

某车型网络拓扑图如图2所示，该拓扑图为两网段的网络拓扑图，仪表IC模块和发动机控制器EMS通过CAN总线信号交互，仪表接收来自发动机控制器发送的总线信号并驱动OBD故障灯点亮。

2 问题现象

在某车型的开发过程M1装车阶段，某一台样车出现了发动机OBD故障灯亮的情况。同时，发动机模块报出燃油液位信号掉线故障码（油位传感器信号丢失/失效/校验错误），其他节点则报出仪表通信节点丢失当前故障码。

3 问题分析

首先，采集CAN数据进行分析后发现总线存在大量错误帧，包括格式错误和填充错误。接着采集一段仪表模块的数据进行分析，如图3所示，发现仪表数据在源网段和目标网段均存在计数异常的情况。BCAN上的仪表报文的Rolling Counter计数异常，出现丢帧情况。通过网关路由转发到PCAN上，EMS接收仪表发送的报文，从而导致EMS偶发性报油位传感器信号丢失/失效/校验错误故障码（U0676）。如图4所示，分析总线上其他节点（T-BOX、BCM、IC）的数据也发现存在丢帧的情况。总线错误帧对BACN的节点数据的发送有显著影响。

其次，检查总线电压无异常情况，确定线路上无故障，基本排除了链路故障的原因。进一步按照上一节介绍的总线Bus-Off故障排查流程，对错误帧所在网段的总线模块进行逐个拔熔断丝的操作，以锁定具体的故障模块。依次拔仪表、车身控制器、车机模块、胎压模块、信息娱乐模块的熔断丝。当拔掉胎压模块时，错误帧数据消失。

然后，通过对故障件胎压模块进行单节点测试，并经过软件版本号和硬件版本号比对，发现故障件属于借用件，故障件的CAN波特率为125kBaud，而总线定义网段的波特率为500kBaud。经确认，TPMS的波特率125kBaud和整车网络500kBaud不匹配，造成整个CAN总线通信异常错误帧的问题。

4 问题解决方案

针对上述开发过程中因错误帧引起的OBD故障灯的问题，修改胎压模块的底层软件，配置软件底层定义的波特率，修改为500kBaud，并同步进行单节点测试，测试无问题后，安装在车上并进行单节点网络测试，测试模块的单节点通信功能是否符合设计要求。采集数据分析总线无错误帧问题，总线数据无丢帧的情况。测试结果如图5所示。 5 结论

本文以某车型OBD故障灯故障为例，详细介绍了此类总线故障的排查分析思路。在此基础上，对故障进行了深入分析，初步识别出故障属于总线错误帧故障问题。通过有效的分析方法，快速识别到问题出现的源头。此外，针对OBD故障灯问题给出改进方案，在修改软件后进行通信测试。测试结果表明，整改后的软件未出现错误帧情况，OBD故障灯完全解决，为汽车CAN网络诊断开发及应用的相关人员提供了借鉴。

参考文献：

[1] 单黎婷，胡立芳，陆敏，等. 新能源汽车高压线束高压互锁原理和应用浅析[J]. 汽车电器，2019（2）：8-10.

[2] 肖珍，王诗豪，吴磊. 基于CAN总线的乘用车电子电器故障分析方法[J]. 汽车电器，2018（2）：55-57.

[3] 孙明兵. 电动汽车CAN网络测试与诊断技术研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2016.

[4] 李苗苗，杨伟东，蔡永祥，等. 整车电气性能测试系统的研究[J]. 汽车技术，2018（2）：36-39.

[5] 廖建造，王磊，毛艺. 基于CAPL的CAN总线故障注入自动化测试系统设计[J]. 上海汽车，2023（4）：21-26，37.

[6] 李启凯，曾少华. 汽车驱动CAN总线系统原理及故障诊断分析[J]. 南方农机，2023，54（16）：167-170.

[7] 杨鹏春. 电动车高压上电故障诊断与监测[J]. 汽车电器，2023（6）：36-39.