電動汽車CAN通信故障檢修探析
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摘要：CAN總線是當(dāng)今汽車各電控單元間通信的總線標(biāo)準(zhǔn)，在汽車特別是新能源、智能網(wǎng)聯(lián)汽車獲得廣泛應(yīng)用，一旦發(fā)生通訊故障，車輛部分功能受限甚至失控。本文通過故障案例介紹了電動汽車can通信故障的檢修方法。
關(guān)鍵詞：電動汽車；CAN；故障；檢修
0引言
目前，汽車電子控制技術(shù)迅猛發(fā)展的勢頭未減，其特征是：功能多樣化、技術(shù)一體化、系統(tǒng)集成化、車載網(wǎng)絡(luò)化。二十世紀(jì)八十年代初，德國的博世公司就提出了用CAN（ControllerAreaNetwork）控制器局域網(wǎng)來解決汽車內(nèi)部復(fù)雜的硬信號接線。CAN-BUS總線是一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布為IS011898標(biāo)準(zhǔn)。CAN-BUS總線采用的載波偵聽、多主方式工作、采用非破壞性位仲裁總線競爭，當(dāng)兩個ECM同時向網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)自動停止發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，使其在多個模塊（ECM）間通訊上具有很高的效率。在汽車特別是新能源、智能網(wǎng)聯(lián)汽車獲得廣泛應(yīng)用，CAN總線通訊一旦失效，車輛部分功能受限甚至失控。
1CAN總線通信機(jī)理
CAN-BUS主要由CAN控制器和CAN收發(fā)器組成，CAN控制器由一塊可編程芯片上的邏輯電路組成，實(shí)現(xiàn)CAN通信協(xié)議中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能，并設(shè)置有與控制單元數(shù)據(jù)交換的物理接口?？刂茊卧獌?nèi)部存有針對CAN控制器的程序，這些程序設(shè)置了其工作方式，控制其工作狀態(tài)，有故障監(jiān)控的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，它是應(yīng)用層建立的基礎(chǔ)。目前，CAN控制器可分為獨(dú)立CAN控制器IC和集成CAN微控制器單片機(jī)。獨(dú)立CAN控制器使用比較靈活，可與多種類型的單片機(jī)、微型計算機(jī)的各類標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行接口組合。CAN集成微控制器在許多特定情況下，使電路設(shè)計簡化和緊湊，可靠性提高。CAN收發(fā)器提供了CAN控制器與物理總線之間的接口，是影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。
2CAN總線故障機(jī)理
造成汽車CAN總線故障的原因有三種：控制單元（ECM）電源故障；CAN總線的數(shù)據(jù)鏈路故障；CAN總線的控制單元（ECM）故障。
2.1控制單元（ECM）引起的CAN總線故障
汽車CAN總線的核心部分是含有通信IC芯片的控制單元（ECM），控制單元（ECM）的正常工作電壓在10.5～15.0V的范圍內(nèi)。如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，就會造成一些對工作電壓要求較高的電子控制單元出現(xiàn)短暫的停止工作，從而使整個汽車CAN總線出現(xiàn)短暫的無法通信。
2.2數(shù)據(jù)鏈路故障
當(dāng)汽車CAN總線的數(shù)據(jù)鏈路（或通信線路）出現(xiàn)故障時，如：通信線路的短路、斷路以及線路物理性質(zhì)引起的通信信號衰減或失真，都會引起多個電控單元無法工作或控制單元（ECM）系統(tǒng)錯誤動作都會使CAN總線無法工作。
2.3控制單元（ECM）故障
節(jié)點(diǎn)是汽車CAN總線中的控制單元（ECM）與總線的連接點(diǎn)，因此節(jié)點(diǎn)故障就是控制單元（ECM）的故障。它包括軟件故障即CAN通信協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使汽車CAN總線通信出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無法維修。
3電動汽車CAN通信故障分析
3.1電池管理控制單元（BMS）不能與整車控制單元（VCU）通信
原因：電池管理控制單元（BMS）不工作、CAN雙絞線線斷線；故障排除：檢查電池管理控制單元（BMS）的供電是否正常；檢查CANCAN--H高位線、CAN--L低位線是否斷、退針或插接器沒有插牢；調(diào)取CAN通信端口數(shù)據(jù)，解析CAN數(shù)據(jù)幀查看是否能夠收到電池管理控制單元（BMS）或者整車控制單元（VCU）的數(shù)據(jù)幀。
3.2電池管理控制單元（BMS）與整車控制單元（VCU）通信不穩(wěn)定
原因：外部CAN總線匹配不良、總線分支過長；故障排除：檢測CAN總線匹配電阻是否正確；匹配位置是否正確，分支是否過長。
3.3電池管理控制單元（BMS）內(nèi)部通信不穩(wěn)定
原因：CAN雙絞線插頭松動、CANCAN雙絞線布線不規(guī)范、電池管理控制單元（BMS）地址有重復(fù)；故障排除：檢測CAN雙絞線是否松動；檢測CAN總線匹配電阻是否正確，匹配位置是否正確，分支是否過長；檢查電池管理控制單元（BMS）地址是否重復(fù)。
4檢測
CAN總線故障①2個控制單元（ECM）組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測；檢測時，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，斷開兩個控制單元。檢查數(shù)據(jù)總線是否斷路、短路或?qū)φ龢O／地短路。如果數(shù)據(jù)總線無故障，更換較易拆下（或較便宜）的一個控制單元試一下。如果數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)仍不能正常工作，更換另一個控制單元。②3個或更多控制單元（ECM）組成的雙線式數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的檢測；檢測時先讀出控制單元內(nèi)的故障代碼，如果控制單元1與控制單元2和控制單元3之間無通信。關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，斷開與總線相連的控制單元，檢查數(shù)據(jù)總線是否斷路。如果總線無故障，更換控制單元1。
5線路和控制單元（ECM）的基本檢查
5.1輸入線路檢查
首先，要找到CAN高位（CAN．High）和低位（CAN．Low）數(shù)據(jù)線輸入的針腳（各種車的針腳定義不同）；將輸入的針腳與模塊脫離；檢測線路是否有正常的信號電平和波形。
5.2輸出線路檢查
首先，確定輸出的CAN--H高位線、CAN--L低位線是否斷線或搭鐵；將輸出的針腳與模塊脫離；檢測線路是否有信號電平或波形。
5.3控制單元（ECM）電源檢查
控制單元（ECM）上多則有4條電源線，在模塊正常工作時，每條電源線都應(yīng)該有+12V的電壓。
5.4控制單元（ECM）搭鐵線檢查
控制單元（ECM）上一般都有2到3條搭鐵線，這些搭鐵線要與全車的搭鐵線連接良好。5.5喚醒線檢查CAN總線系統(tǒng)各個控制單元（ECM）都停止工作時，系統(tǒng)自動進(jìn)入耗電量非常小的狀態(tài)，稱之為“休眠模式”?？偩€系統(tǒng)重啟進(jìn)入工作狀態(tài)要激活其中的一個模塊，而后“一醒皆醒”，該控制單元（ECM）有1根喚醒線，總線重啟時要有+12V的電壓。
5.6CAN雙絞線檢查
有終端電阻的高速CAN可以測阻值檢測CAN的雙絞線，無終端電阻的低速CAN只能檢測工作時的雙絞線上的電平，應(yīng)有2.5V左右的電壓。
6故障案例
案例一：①故障現(xiàn)象。一輛2019年吉利帝豪EV450純電動轎車，客戶報修儀表READY燈不亮，也不顯示SOC數(shù)值，車輛無法行駛，并且動力電池故障報警燈、低壓輔助蓄電池指示燈和電量過低報警燈均點(diǎn)亮的故障。②故障診斷。連接吉利故障診斷儀，動力電池系統(tǒng)無法進(jìn)入，整車控制器系統(tǒng)故障碼為U011287與BMS通訊丟失。該車動力電池管理BMS模塊設(shè)有兩個低壓線束連接器與車輛線束相連接，即整車通訊12P-A和整車通訊12P-B。整車通訊12P-A連接器主要連接線路為提供電源、CAN總線及診斷座，整車通訊12P-B連接器連接線路為快充連接口。③故障排除。判斷故障原因后對線束連接器退針的端子修復(fù)后故障排除。案例二：①故障現(xiàn)象。一輛比亞迪純電動汽車，車輛無法行駛，儀表顯示“請檢查ABS系統(tǒng)”，“請檢查電子駐車系統(tǒng)”，“請檢查車輛網(wǎng)絡(luò)”，“請檢查助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”等多個故障。②原因分析。1）控制單元（ECM）故障；2）CAN總線線路故障；3）控制單元（ECM）終端電阻故障；4）車載網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)故障。③維修步驟。1）先將網(wǎng)關(guān)接插器重新拔插，低壓蓄電池負(fù)極斷電5min后重新加電故障依然存在。2）用診斷儀掃描網(wǎng)關(guān)列表，所有控制單元（ECM）都掃描不到，推斷有一個網(wǎng)絡(luò)有問題導(dǎo)致整車車載網(wǎng)絡(luò)失去通信。3）測量診斷口的各網(wǎng)CAN-H、CAN-L的電壓和終端電阻。整車網(wǎng)10號端子CAN-L2.4V正常，9號端子CAN-H2.5V正常，終端電阻60Ω正常；驅(qū)動網(wǎng)13號端子CAN-L2.4V正常，12號端子CAN-H2.5V正常，終端電阻60Ω正常；車身網(wǎng)11號腳CAN-L2.4V正常，3號端子CAN-H2.5V正常，終端電阻60Ω正常；電源線16號端子12V正常，4、5號端子搭鐵正常；ESC網(wǎng)6號腳CAN-H1.5V異常（偶發(fā)性與車身導(dǎo)通），14號端子CAN-L0V異常（始終與車身導(dǎo)通），終端電阻0Ω異常。查看CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D發(fā)現(xiàn)ESP、EPS、EPB、網(wǎng)關(guān)都在ESC網(wǎng)，確定是ESC網(wǎng)CAN-L對地短路造成整車車載網(wǎng)絡(luò)失去通信。4）分別斷開ESC網(wǎng)所有控制單元（ECM）的插頭，測量診斷口14號端子依舊對地短路，排除ESC網(wǎng)控制單元（ECM）內(nèi)部短路。5）閱讀分析電路圖獲悉ESC網(wǎng)絡(luò)所有ECM之間通信都要經(jīng)過3號匯聚頭，分別斷開3號匯聚頭的端子，測量8號端子對搭鐵是否導(dǎo)通，當(dāng)斷開9號端子時，對搭鐵阻值無窮大，電壓2.4V，恢復(fù)正常。確定是電子駐車制動EPB控制單元到3號匯聚頭的CAN-L對搭鐵短路造成整個車載網(wǎng)絡(luò)停止通信。6）閱讀分析電路圖獲悉電子駐車制動EPB控制單元的3號匯聚頭之間有一個線束連接器。拔掉發(fā)現(xiàn)其18號端子后面的線束皮破損接觸到車身，造成CAN雙絞線搭鐵短路，重新包扎絕緣處理后，試車故障排除。
7總結(jié)
在車輛故障診斷與排除過程中要遵守安全操作規(guī)范，特別是要做好新能源汽車的高壓安全與防護(hù)；在進(jìn)行檢修作業(yè)時要本著先外后內(nèi)，先簡單后復(fù)雜、能不拆就不拆、能拆小件不拆總成，先讀故障代碼優(yōu)先的原則。在檢修車載網(wǎng)絡(luò)故障系統(tǒng)前，要保證所有與數(shù)據(jù)總線相連的ECM無功能故障。功能故障雖然不會直接影響數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的通信，但會因缺失某些信息而影響某一系統(tǒng)的功能。這種功能故障對數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)有間接影響，會影響需要該傳感器信號的ECM的通信。如存在功能故障，先排除功能故障，記下該故障并清除所有ECM的故障代碼。對于車載網(wǎng)絡(luò)故障，用汽車電腦故障診斷儀掃描網(wǎng)關(guān)列表，找不到一個或數(shù)個ECM或者幾個ECM同時與一個ECM失去通訊，可以先查看車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，查看這些ECM是不是同在一個車載網(wǎng)絡(luò)里面，而后再分別拔掉該網(wǎng)絡(luò)里面可疑的ECM供電保險絲后，測量CAN信號電平，即可基本確定快速的查找出車載網(wǎng)絡(luò)故障的問題所在。
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作者:戴夢萍 紀(jì)永秋 單位:山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 山東水利技師學(xué)院