can总汽车起动系统线路故障的诊断与排除 如何排除

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-08-28 08:24 标签： 汽车起动系统线路故障的诊断与排除

　　【摘 要】随着CAN总线在汽车工业的发展普及，整车排放、安全及娱乐等性能对CAN总线通讯质量的要求越来越高。因此，CAN总线工作状态的监控与诊断也日渐重要。检测CAN总线报文接收就是一种监控CAN总线工作状态的有效方法。本文在研究报文丢失故障原因的基础上提出一种报文丢失故障判定方法。该方法能及时正确的检测出报文丢失故障，从而反映整车CAN网络工作状态。

中国论文网 /8/view-7166452.htm　　【关键词】CAN总线；网络故障；故障诊断


　　随着汽车电子技术的发展，CAN总线被越来越多的用作车载总线网络。CAN总线技术可以实现各ECU（Electronic Control Unit 电子控制单元）之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。但是，随着CAN总线负载率越来越高，以及电动、混动汽车内高压零部件导致整车电磁环境恶化等原因，ECU之间数据交互越来越容易受到影响，经常出现ECU收不到所需报文的情况。某些ECU不能正常接收所需的总线信号时，ECU会进入故障运行模式，为确保安全性而降低性能、增大排放，甚至是禁止车辆行驶。由此可见，适时并准确的诊断出报文丢失故障至关重要。
　　在长期的实践经验及理论分析的基础上，本文提出一种汽车CAN总线报文丢失故障的判定方法。该方法不但能检测出连续丢失报文的故障，还能检测出间歇性丢失报文和报文接收超时的故障，提高ECU报文丢失故障检测的准确性，有助于监控CAN总线状态并提升整车性能。
　　从ECU通讯方式及整车环境分析，报文丢失故障发生原因一般可以分成以下三类。
　　整车电压及电磁环境对CAN总线报文的传输有很大影响。
　　ECU的正常工作电压一般为9-16V，汽车蓄电池只有在发动机启动的情况下，才能保持长期稳定的12V左右的电压输出。然而，汽车在发动机不启动的情况下，蓄电池没有能量输入，而此时用电器件却可能正常工作。汽车长时间运行于此种工况下，蓄电池的输出电压会不足以维持ECU工作，从而导致报文丢失情况的出现。
　　随着电动、混动汽车的推广，越来越多的高压零部件被安装到汽车上，导致整车电磁环境愈发复杂。比如，当DC/AC 逆变器、DC/DC 充电机等工作时会产生极大的电磁干扰，因ECU往往是电磁干扰的敏感单元，从而造成某些控制单元的通讯节点发生异常。具体反映为通讯节点接收不到信息，某些单元数据帧丢失，整车总线上由于接收错误造成的大量故障帧，进而导致整车通讯故障[1]。
　　整车上搭载ECU的增加导致CAN总线的负载率越来越高，报文传输延时越来越大，而当接收单元接收到的报文的延时过大，报文就会失去时效性，接收节点将其视为报文丢失情况处理。另外，CAN总线CAN_H和CAN_L 短路断路也会导致报文丢失情况的发生。[2]
　　节点即整车CAN网络中的ECU。节点故障导致报文丢失的原因主要分为软件故障和硬件故障两方面。软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使车载网络系统通讯出现混乱或无法工作。硬件故障一般由于通讯芯片或集成电路故障，造成车载网络系统无法正常工作。[3]
　　2 报文丢失判定系统设计
　　根据前述故障原因分析。报文丢失故障在时序上，可能是连续的，比如蓄电池电压输出；也可能是间断的，比如通信线路虚短或虚断情况下的CAN总线通信异常；在周期性上，可能完全收不到报文，比如电控单元失效；可能是报文延时超出电控单元可承受范围，比如负载率等导致的报文延时，也可能是在电控单元可承受范围内的延时，此种情况下若仍报故障，则会因条件过于严格而影响汽车的经济实用性。
　　为了使电控单元不但能够记录连续性报文丢失和间断性报文丢失，并且能够准确适度记录报文丢失故障。本文提出如下图一所示的多重标准的故障判定系统。
　　针对CAN总线报文丢失故障的判定，设置了四个参数。
　　第一个是定时器T1，T1的值为待接收CAN报文的周期，用来周期性判断报文是否接收到。
　　第二个是定时器T2，T2的值决定了系统对报文丢失时间误差的容忍度。系统设计冗余度越大，T2的取值就可以越大。实际开发中，根据整车设计目标及ECU的性能确定适当的数值。
　　第三个是报文丢失计数器，用来表征报文丢失的严重程度。计数器上限值越大，系统判定报文丢失的条件就越强。报文丢失计数器的上限值可以根据ECU的重要程度而取不同的值，比如EMS（Engine Management System，发动机管理系统）等对排放、动力以及安全性影响较大的ECU，可以将此值设得较小，音响娱乐系统等舒适性、娱乐性相关的ECU，可以将此值设得较大。在本文中以将此值设为20，即报文丢失计数器取值范围为0-20。
　　第四个是报文丢失故障标志位，取值范围为0-1，用来表示报文丢失故障的判定结果。其初始值为0。
　　当ECU开始工作时，通过复位并使能定时器T1，开始检测报文丢失故障。当T1时间到，ECU会检测是否接收到待收报文。如果收到，则表示报文在当前检测循环内接收正常，将报文丢失计数器减2后开始下一检测循环；（若此时报文丢失计数器小于或等于2，则直接将报文丢失计数减为0）如果没有接收到报文，表示CAN总线状态未确定，需要参考其他条件才能做进一步的判断。
　　在T1时间内未收到报文的情况下，ECU复位并使能定时器T2。T2 时间到，ECU再次检查是否收到待收报文。如果仍未收到，则可以确定报文接收状态异常，将文丢失计数器的值加4后开始下一检测循环。（若此时报文丢失计数器大于或等于16，则直接将报文丢失计数增加到20）如果收到，则表示报文在当前检测循环内接收正常，将报文丢失计数器减2后开始下一检测循环。（若此时报文丢失计数器小于或等于2，则直接将报文丢失计数减为0）
　　当报文丢失计数器的值到达20，将报文丢失故障标志位置1，表示故障发生。当报文丢失计数器的值到达0，则将报文丢失故障标志位置0，表示故障消失。
　　本文根据报文丢失故障的成因特点，提出了报文丢失故障判定方法。此方法不但能检测出报文连续丢失的故障，还能检测出间歇性丢失报文和报文超时的故障，减少ECU漏报、误报报文丢失故障情况的发生，使ECU能及时准确记录故障情况，保证整车安全运行。
　　[1]赵枫，吴成加.混合动力客车CAN总线通信系统故障与抗干扰的研究[J].客车技术与研究，2014，5：13-16.
　　[2]符策伟.汽车CAN总线技术及其故障诊断[C].2011年海南省机械工程学会2011（II）：149-153.
　　[3]刘威.引用汽车CAN网络系统故障分析及诊断方法研究[J].信息技术，2014.
　　[责任编辑：杨玉洁]

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一辆行驶里程约4.5万km的丰田卡罗拉轿车。该车发动机无法起动，发动机故障指示灯、ABS故障指示灯、动力转向故障指示灯、安全气囊故障指示灯等指示灯都常亮，故障诊断仪无法通信。 一、卡罗拉CAN总线结构 如图1所示，卡罗拉轿车CAN总线由CAN-H和CAN-L这2条线来提供通信的操作电压，发动机ECM、制动器执行器、空调放大器、车身ECU、组合仪表、安全气囊控制单元、动力转向ECU之间都是通过CAN总线进行通信的。卡罗拉CAN总线有2个120Ω、的终端电阻器，终端电阻器分别位于组合仪表和ECM中，ECM和组合仪表之间连接2个终端电阻器的双绞线为主总线。连接其它ECU（防滑控制ECU、组合仪表、主车身ECU、空调放大器、中央气囊传感器总成、EPSECU、 DLC3）的双绞线为支线。

二、CAN总线系统常见故障 一般来说，引起汽车车载网络系统故障的原因有3种：一是汽车电源系统故障；二是节点故障；三是链路故障。 1．电源系统故障 汽车车载网络系统的核心部件是控制单元，控制单元的正常工作电压在10.5～14.5V的范围内，如果电源系统提供的电压低于该值，就会造成一些对工作电压要求高的控制单元出现短暂的工作停止，从而使整个汽车车载网络系统出现短暂的无法通信。这类故障产生的原因主要有：蓄电池、发电机、供电线路、保险丝等元器件出现故障。 2．节点故障 节点是汽车车载网络系统中的电控模块，因此节点故障就是各电控模块故障。这类故障产生的原因有：各类控制单元、传感器等元器件出现故障。这种故障一般单独出现，采用更换电控单元（并匹配）的方式修复。 3．链路故障 当汽车车载网络系统的链路出现断路、短路以及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真等故障时，都会引起多个电控单元无法正常工作或者电控系统错误动作。链路故障形式主要有：CAN-H和CAN-L短路、CAN-H对正极短路、CAN-H对搭铁短路、CAN-H断路、CAN-L对正极短路、CAN-L对搭铁短路、CAN-L断路。当CAN总线系统线路发生断路或短路时，出现以下故障现象： （1）当出现CAN总线或支路电路断路时，一般除了ECU以外，断开其余电脑CAN线路，发动机均能正常起动，出现故障的相关系统仪表指示灯会点亮； （2）当出现CAN总线短路时，发动机无法起动，且仪表上多个系统故障指示灯同时点亮。

三、CAN总线系统常见故障现象汽车车载系统出现故障时，常见的故障现象归纳起来主要有以下3个方面： 1．多个控制单元工作不正常甚至出现失效； 2．同时出现不同的多个故障现象； 3.无法与故障诊断仪器进行数据通信。 四、故障原因分析 根据车辆发动机无法起动，仪表上多个指示灯同时点亮，诊断仪无法通信等故障现象，结合CAN总线系统结构特点以及常见故障类型，并通过检测诊断座16号脚电压为12V 、确定电源系统为正常，此时可以初步确认为CAN系统出现故障，主要原因为线路短路故障。 五、故障诊断与排除 根据维修手册提示，结合维修经验，按照以下思路诊断检测： 1. CAN经捉备险查：使用金德KT600故障诊断仪进行“COMMUNICATIONBUS CHECK"，如果系统没有故障，则相关的电脑会逐一显示出来。经操作发现多个电脑无法在屏幕上显示，说明CAN线路有故障。 2．检查支路电阻：根据接线盒各端子连接图（如图2所示），通过测量CAN 1号接线盒中与各系统连接的CAN-H与CAN-L端子电阻（标准电阻值：60Ω左右），判断相应系统线路是否存在短路与断路。经测量，电阻值都在54～68Ω之间，说明CAN 1号接线盒中与各系统连接的CAN-H与CAN-L端子正常。

3.CAN总线检查：由于CAN通信系统未输出任何DTC 5所以要测量DLC3端子间的电阻以确定故障部位，如图3所示，检查并确认CAN总线、CAN总线和＋B或搭铁是否有短路。但要注意，在进行电路检查之前，将点火开关置于OFF位置，让车门保持静止状态1min以上再进行检查，否则将会引起测量电阻值变化导致测量结果不准确。

（1）检查CAN总线（主线是否断开，CAN总线是否短路）：用万用表和测试线检查DLC3诊断接口的端子6 （CAN-H）和端子14 （CAN-L）之间的电阻。若出现0Ω，说明CAN总线中CAN-H和CAN-L有短路，若出现120Ω左右，说明主电月创ECM或仪表电脑）有断路。若在60Ω左右，需要按维修手册进行下一步检查。经测量，发现测量值58Ω，说明主线无断开，CAN总线无短路。

（2）检查CAN总线是否对B+短路：断开蓄电池负极端子，用万用表和测试线对于 E11-6、E11-14与B+进行电阻检查，正常电阻值6K52.或更大。经测量结果为无穷大，说明CAN总线对B＋无短路。 （3）检查CAN总线是否对搭铁短路：用万用表和测试线对于E11-6、E11-14与搭铁之间进行电阻检查，正常电阻值200Ω或更大。经测量结果接近0Ω，则可以判断出CAN总线中CAN-L有搭铁短路的地方。 4．检查CAN总线对搭铁短路：点火开关置于OFF位置，断开CAM接线连接器，如图4所示，根据卡罗拉车载网络电路图找到CAN-L，通过CAN-L进行短路点查找，方法是借助测试线，万用表红表笔连接要测试的端子，黑表笔连接搭铁点逐一进行测试，标准电阻值200Ω或更大。经测量结果为E58-13与搭铁点之间的电阻接近0Ω，则可以判定为组合仪表线路中CAN-L搭铁短路。但是无法知道具体短路点。此时可以断开组合仪表的插接器，测量此时E58-13与搭铁点的电阻，若电阻接近0Ω，说明CAN-L至组合仪表之间的线路出现搭铁短路，若电阻为无穷大，说明组合仪表内部CAN-L出现短路。经测量电阻为无穷大，说明组合仪表出现故障。

（5）更换组合仪表后，连接好插接器，再次起动发动机，发动机起动正常，各种故障指示灯亮2s后熄灭，检测显示总线系统恢复正常。 六、结束语 LCAN总线的故障现象多种多样，但其故障本质就是总线的短路和断路； 2．通过掌握CAN总线系统的结构原理，了解CAN总线系统常见故障类型、判断方法以及一般故障所对应的现象，从DLC3诊断接口入手，通过测量DLC3诊断接口的CAN-H和CAN -L端的电阻，以及断开CAN 1号接线盒的方法就可以快速找到故障点； 3．根据维修经验，结合维修手册，逐步操作诊断排除； 4．进行电路检查之前，认真看检查程序之前的“小心”和“提示”，按照要求操作，以免造成不良后果或错误结果。


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