汽车 CAN—BUS总线故障及波形分析

逯海燕

摘 要：目前，随着电子科技及先进技术的逐步提高，汽车已不只是交通工具，同时承担着更多的功能。现代科技已将信息娱乐、个人通信电子装置、多媒体、网络、无线连接等功能整合到汽车内部，为乘客提供了前所未有的舒适和便利，这一切都有赖于汽车网络信息通信技术。本文介绍了汽车 CAN-Bus总线的基本情况，对典

型车辆常见的车载网络系统出现的故障做了详细的分析。关键词：CAN-Bus系统；车载网络系统；故障

1 前言 [1-2]

当前汽车技术已经发展到第四代，即计算机技术、电子技术、综合控制技术、智能传感器技术等先进汽车电子技术。现代汽车的电子结构是通过几种通信系统将微控制器、传感器和执行器连接起来的，汽车电控单元已不再是线束连接，而是网络系统连接起来的。因此，网络信息通信技术的引入是汽车电子技术发展的里程碑。

现代汽车中电子设备比比皆是，涉及汽車的主要部件，基本上可分为三类：动力电子系统、底盘电子系统、车上电子系统。而车用信息通信系统，即Telematics也将会成为汽车电子系统的重要组成部分。

2 CAN总线基本知识 [3-4]

CAN（Controller Area Network）是控制单元（ECU）通过网络进行数据交换的一种通信方式，即控制器局域网络。是国际上应用最广泛的现场总线之一。

2.1 CAN总线在汽车上应用的原因

随着汽车工业的发展，现代汽车使用的电子控制系统和通信系统越来越多，如安全气囊（SRS）、发动机电控系统、防抱死制动系统（ABS）、自动变速器控制系统、自动巡航系统（ACC）舒适系统和信息娱乐系统等。各个系统、系统和组合仪表、系统和诊断接口之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍采用导线进行点对点的连接传输方式将会面临各种困难。因此，用网络信息通信传输系统取而代之就成为必然的选择。主要表现为：

（1）人们对车辆安全性和舒适性要求的逐步提高，以及各国对排放的限制和对环保的重视；

（2）现代车辆上都安装了越来越多的电器部件（控制单元/传感器/执行元件）；

（3）电控单元 /电子元部件间需要进行适时高速大量的信息交换，同时要保证数据传输时较高的安全性及可靠性；

（4）此外，数据总线技术在车上的应用，减少连接插头尺寸即减小控制单元尺寸，增大安装空间；可以降低车辆自重：减少线束数量从而减轻了重量，降低成本及故障诊断时的复杂程度。

因此，CAN总线传输系统将是今后很长一段时间内车载网络系统的主要协议标准。图1-1为CAN总线结构示意图。

2.2 CAN总线的特点

（1）控制单元之间的信息交换共享都是在同一平台（协议）上进行。

（2）CAN总线系统的数据传输相当于高速公路的作用；

（3）CAN总线系统可同时通过多个控制单元进行系统诊断；

（4）CAN总线系统方便加装选装装置；

（5）CAN总线系统方便用控制单元对系统进行控制；

（6）CAN总线是一个开放的系统，它可以和各种传输媒质进行适配，如铜线和光纤导线。

3 CAN总线故障分析 [5-6]

3.1 故障类型

汽车CAN总线系统常见的故障主要有以下几种情况：

3.1.1 电源系统引起的故障

汽车CAN总线数据信息传输系统的核心是含有通信IC集成电路的电控ECU，其工作电压在10.5～15.0 V的范围内。如果电源系统提供的工作电压低于该值，某些电控单元停止工作，从而使整个 CAN总线数据传输系统无法通讯。

3.1.2 节点故障

节点故障就是电控模块的故障，一般有硬件故障和软件故障两种。

硬件故障是由于集成电路故障造成CAN总线信息传输系统无法正常工作。

软件故障是软件程序或传输协议有缺陷或冲突，从而使 CAN总线信息传输系统通讯出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。

对于采用低版本信息传输协议或点到点信息传输协议的 CAN总线信息传输系统，如果有节点故障，将使整个CAN无法工作。

3.1.3 链路故障

当CAN总线信息传输系统的链路（或通讯线路）出现故障时，如：通讯线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误等故障。

判断是否为链路故障，一般采用专用诊断仪或示波器读取通讯数据信号并与标准通讯数据信号相对比。

3.2 故障部位

CAN总线常见的故障部位主要有：

（1）车用电源系统中的故障；

（2）CAN-H或CAN-L短路或断路；

（3）控制单元的供电故障；

（4）插接器接触不良（端子脏污、锈蚀、损坏）；

（5）控制单元故障。

3.3 故障诊断步骤

CAN总线故障诊断的步骤主要有：

1.检测汽车电源系统是否存在故障，如交流发电机的输出波形是否正常。

2.了解车辆CAN总线信息传输系统的特点：

（1）信息传输方式：CAN总线、LAN总线等；

（2）传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤等；

（3）网络通讯协议的类型：CAN-Bus协议、A-BUS协议、VAN协议、PALMENT协议、CCD协议、HBCC、DLCS协议等。

3.了解车辆

CAN总线信息传输系统的各种功能，如有无唤醒功能、休眠功能等。

4.检查节点，只能采用替换法进行检测。

5.检查车辆

CAN总线信息传输系统的链路是否存在故障，采用替换法或采用跨线法进行检测。

4 车辆典型 CAN总线故障分析

4.1

一辆奥迪 A6L轿车的后尾灯、顶灯不亮，电子驻车制动发出警告，驻车辅助失效，前、后右侧玻璃无法升降，如何进行故障诊断？

该车生产日期为2006年，行驶里程为 6000km，出现的故障现象是：后尾灯、顶灯不亮，电子驻车制动报警，驻车辅助失效，前、后右侧玻璃无法升降。诊断步骤如下：

（1）连接VAS5052读取故障码，舒适控制单元J393、电动驻车和手制动器控制器 J540、泊车辅助控制器J446均显示无法达到，网关有J393无法通信故障。

（2）分析可能为CAN总线通信出现问题，先检查各个相关控制单元的供电、搭铁。首先检查J393的15号线、31号线均正常，检查30号线发现仅有 3.4V电压，应为蓄电池电压，不正常。

A-蓄电池； J234-安全气囊控制器； J644-电源管理系统控制器；N253-蓄电池断路器； S131-熔断熔丝1；S132熔断熔丝2；S133-熔断熔丝3；SF6-熔丝架F上的熔丝6；

-发动机舱内右侧接地点；

-发动机缸体上的接地点；

B272-正极连接（30），在主导线束中； B300-正极连接4（30），在主导线束中； B301-正极连接 5（ 30），在主导线束中；B397-（舒适/便捷功能高速CAN总线），在主导线束中；

B406-连接1（舒适/便捷功能低速CAN总线），在主导线束中。

（3）查ELSA电路图（见图3-1），发现供电是由蓄电池正极 -S132熔丝 -B300 （正极连接 4，在主导线束中）-ST1-J393。 ST1是右后尾箱饰板内黑色熔丝架，ST1上的熔丝均由B300供电，ST1上有舒适控制单元J393、电动驻车和手制动器控制器J540、泊车辅助控制器 J446、右后车门控制器J389、前排乘客侧车门控制器J387。

（4）检查ST1上的所有熔丝电压，均为

3.

4V。由此分析为ST1前方供电或连接问题。检查发现蓄电池正极到B300连接松动，有虚接现象，重新紧固螺钉，故障排除。

4.2

一辆奥迪 Q7组合仪表黑屏，无法启动，如何进行故障诊断？

接地点该车生产日期为2010年，行驶里程为 3500km，出现的故障现象是：把钥匙插入点火锁内，转向柱能解锁，但仪表灯不亮，组合仪表黑屏；起动时防盗报警，无法起动；右前车门、后盖无法打开。诊断步骤如下：

（1）连接VAS5052诊断仪检测，由于没有15号线供电，所有控制单元无法进入；进入引导性故障查寻，整个驱动 CAN系统显示故障，整个舒适CAN系统均无法到达。

（2）根据故障现象分析可能为进入及起动许可控制器J518或数据总线诊断接口 J533故障，更换后故障依旧。

（3）由于故障涉及驱动CAN和舒适CAN系统，分析可能为舒适 CAN总线网络故障，其故障信息引起驱动 CAN系统故障。联系到车门和后盖无法打开的故障现象有可能导致驱动 CAN防盗系统故障，重点检查车门、后盖控制器及其相关线路。

（4）拆下后顶灯，发现后盖电动机线束被压在电动机下面，造成后盖控制器J605两根舒适CAN線短路。

（5）如图3-2、图3-3所示，分析电路图得知，这两条舒适 CAN线短路将造成整个舒适CAN系统瘫痪，进而影响驱动CAN系统无法收到车门、后盖等信息，导致防盗系统报警，车辆无法起动。

（6）拆下后盖电动机取出短路的两条舒适CAN数据线，将线束包扎处理，故障消失。

5 结论与展望

车载网络技术是现代汽车电子技术的重要组成部分，是现代车辆信息传输与控制的基础。随着电子技术的发展，一些车辆的电控装置越来越多，技术越来越先进，电控程度越来越复杂，使得车辆上的电控单元也越来越多，传感器数量逐步增加，更加加速了汽车总线系统的运用和发展。由于总线系统采用的是网络技术，因此在信息传输方面与传统的电控系统有着很大的差异，在故障诊断方面也大不相同。本文分析总结了CAN总线技术存在的故障类型，并通过对奥迪两款不同类型车辆CAN总线故障的详实分析，表明了汽车网络总线技术在车辆上的运用，尤其是故障诊断分析中有着极其重要的地位。

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