电动汽车CAN通信故障检修

期刊目录网应用电子技术论文发表2021-11-29 15:37关注(1)

      CAN总线是当今汽车各电控单元间通信的总线标准，在汽车特别是新能源、智能网联汽车获得广泛应用，一旦发生通讯故障，车辆部分功能受限甚至失控。本文通过故障案例介绍了电动汽车CAN通信故障的检修方法。

　　关键词：电动汽车；CAN；故障；检修

　　0引言

　　目前，汽车电子控制技术迅猛发展的势头未减，其特征是：功能多样化、技术一体化、系统集成化、车载网络化。二十世纪八十年代初，德国的博世公司就提出了用CAN（ControllerAreaNetwork）控制器局域网来解决汽车内部复杂的硬信号接线。CAN-BUS总线是一种串行数据通讯协议，国际标准化组织公布为IS011898标准。CAN-BUS总线采用的载波侦听、多主方式工作、采用非破坏性位仲裁总线竞争，当两个ECM同时向网络上传输信息时，优先级低的节点自动停止发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，使其在多个模块（ECM）间通讯上具有很高的效率。在汽车特别是新能源、智能网联汽车获得广泛应用，CAN总线通讯一旦失效，车辆部分功能受限甚至失控。

　　1CAN总线通信机理

　　CAN-BUS主要由CAN控制器和CAN收发器组成，CAN控制器由一块可编程芯片上的逻辑电路组成，实现CAN通信协议中物理层和数据链路层的功能，并设置有与控制单元数据交换的物理接口。控制单元内部存有针对CAN控制器的程序，这些程序设置了其工作方式，控制其工作状态，有故障监控的数据发送和接收，它是应用层建立的基础。目前，CAN控制器可分为独立CAN控制器IC和集成CAN微控制器单片机。独立CAN控制器使用比较灵活，可与多种类型的单片机、微型计算机的各类标准总线进行接口组合。CAN集成微控制器在许多特定情况下，使电路设计简化和紧凑，可靠性提高。CAN收发器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口，是影响网络性能的关键因素。

　　2CAN总线故障机理

　　造成汽车CAN总线故障的原因有三种：控制单元（ECM）电源故障；CAN总线的数据链路故障；CAN总线的控制单元（ECM）故障。

　　2.1控制单元（ECM）引起的CAN总线故障

　　汽车CAN总线的核心部分是含有通信IC芯片的控制单元（ECM），控制单元（ECM）的正常工作电压在10.5～15.0V的范围内。如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值，就会造成一些对工作电压要求较高的电子控制单元出现短暂的停止工作，从而使整个汽车CAN总线出现短暂的无法通信。

　　2.2数据链路故障

　　当汽车CAN总线的数据链路（或通信线路）出现故障时，如：通信线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或控制单元（ECM）系统错误动作都会使CAN总线无法工作。

　　2.3控制单元（ECM）故障

　　节点是汽车CAN总线中的控制单元（ECM）与总线的连接点，因此节点故障就是控制单元（ECM）的故障。它包括软件故障即CAN通信协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车CAN总线通信出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。

　　3电动汽车CAN通信故障分析

　　3.1电池管理控制单元（BMS）不能与整车控制单元（VCU）通信

　　原因：电池管理控制单元（BMS）不工作、CAN双绞线线断线；故障排除：检查电池管理控制单元（BMS）的供电是否正常；检查CANCAN--H高位线、CAN--L低位线是否断、退针或插接器没有插牢；调取CAN通信端口数据，解析CAN数据帧查看是否能够收到电池管理控制单元（BMS）或者整车控制单元（VCU）的数据帧。

　　3.2电池管理控制单元（BMS）与整车控制单元（VCU）通信不稳定

　　原因：外部CAN总线匹配不良、总线分支过长；故障排除：检测CAN总线匹配电阻是否正确；匹配位置是否正确，分支是否过长。

　　3.3电池管理控制单元（BMS）内部通信不稳定

　　原因：CAN双绞线插头松动、CANCAN双绞线布线不规范、电池管理控制单元（BMS）地址有重复；故障排除：检测CAN双绞线是否松动；检测CAN总线匹配电阻是否正确，匹配位置是否正确，分支是否过长；检查电池管理控制单元（BMS）地址是否重复。

　　4检测

　　CAN总线故障①2个控制单元（ECM）组成的双线式数据总线系统的检测；检测时，关闭点火开关，断开两个控制单元。检查数据总线是否断路、短路或对正极／地短路。如果数据总线无故障，更换较易拆下（或较便宜）的一个控制单元试一下。如果数据总线系统仍不能正常工作，更换另一个控制单元。②3个或更多控制单元（ECM）组成的双线式数据总线系统的检测；检测时先读出控制单元内的故障代码，如果控制单元1与控制单元2和控制单元3之间无通信。关闭点火开关，断开与总线相连的控制单元，检查数据总线是否断路。如果总线无故障，更换控制单元1。

　　5线路和控制单元（ECM）的基本检查

　　5.1输入线路检查

　　首先，要找到CAN高位（CAN．High）和低位（CAN．Low）数据线输入的针脚（各种车的针脚定义不同）；将输入的针脚与模块脱离；检测线路是否有正常的信号电平和波形。

　　5.2输出线路检查

　　首先，确定输出的CAN--H高位线、CAN--L低位线是否断线或搭铁；将输出的针脚与模块脱离；检测线路是否有信号电平或波形。

　　5.3控制单元（ECM）电源检查

　　控制单元（ECM）上多则有4条电源线，在模块正常工作时，每条电源线都应该有+12V的电压。

　　5.4控制单元（ECM）搭铁线检查

　　控制单元（ECM）上一般都有2到3条搭铁线，这些搭铁线要与全车的搭铁线连接良好。5.5唤醒线检查CAN总线系统各个控制单元（ECM）都停止工作时，系统自动进入耗电量非常小的状态，称之为“休眠模式”。总线系统重启进入工作状态要激活其中的一个模块，而后“一醒皆醒”，该控制单元（ECM）有1根唤醒线，总线重启时要有+12V的电压。

　　5.6CAN双绞线检查

　　有终端电阻的高速CAN可以测阻值检测CAN的双绞线，无终端电阻的低速CAN只能检测工作时的双绞线上的电平，应有2.5V左右的电压。

　　6故障案例

　　案例一：①故障现象。一辆2019年吉利帝豪EV450纯电动轿车，客户报修仪表READY灯不亮，也不显示SOC数值，车辆无法行驶，并且动力电池故障报警灯、低压辅助蓄电池指示灯和电量过低报警灯均点亮的故障。②故障诊断。连接吉利故障诊断仪，动力电池系统无法进入，整车控制器系统故障码为U011287与BMS通讯丢失。该车动力电池管理BMS模块设有两个低压线束连接器与车辆线束相连接，即整车通讯12P-A和整车通讯12P-B。整车通讯12P-A连接器主要连接线路为提供电源、CAN总线及诊断座，整车通讯12P-B连接器连接线路为快充连接口。③故障排除。判断故障原因后对线束连接器退针的端子修复后故障排除。案例二：①故障现象。一辆比亚迪纯电动汽车，车辆无法行驶，仪表显示“请检查ABS系统”，“请检查电子驻车系统”，“请检查车辆网络”，“请检查助力转向系统”等多个故障。②原因分析。1）控制单元（ECM）故障；2）CAN总线线路故障；3）控制单元（ECM）终端电阻故障；4）车载网络网关故障。③维修步骤。1）先将网关接插器重新拔插，低压蓄电池负极断电5min后重新加电故障依然存在。2）用诊断仪扫描网关列表，所有控制单元（ECM）都扫描不到，推断有一个网络有问题导致整车车载网络失去通信。3）测量诊断口的各网CAN-H、CAN-L的电压和终端电阻。整车网10号端子CAN-L2.4V正常，9号端子CAN-H2.5V正常，终端电阻60Ω正常；驱动网13号端子CAN-L2.4V正常，12号端子CAN-H2.5V正常，终端电阻60Ω正常；车身网11号脚CAN-L2.4V正常，3号端子CAN-H2.5V正常，终端电阻60Ω正常；电源线16号端子12V正常，4、5号端子搭铁正常；ESC网6号脚CAN-H1.5V异常（偶发性与车身导通），14号端子CAN-L0V异常（始终与车身导通），终端电阻0Ω异常。查看CAN网络拓扑图发现ESP、EPS、EPB、网关都在ESC网，确定是ESC网CAN-L对地短路造成整车车载网络失去通信。4）分别断开ESC网所有控制单元（ECM）的插头，测量诊断口14号端子依旧对地短路，排除ESC网控制单元（ECM）内部短路。5）阅读分析电路图获悉ESC网络所有ECM之间通信都要经过3号汇聚头，分别断开3号汇聚头的端子，测量8号端子对搭铁是否导通，当断开9号端子时，对搭铁阻值无穷大，电压2.4V，恢复正常。确定是电子驻车制动EPB控制单元到3号汇聚头的CAN-L对搭铁短路造成整个车载网络停止通信。6）阅读分析电路图获悉电子驻车制动EPB控制单元的3号汇聚头之间有一个线束连接器。拔掉发现其18号端子后面的线束皮破损接触到车身，造成CAN双绞线搭铁短路，重新包扎绝缘处理后，试车故障排除。

　　7总结

　　在车辆故障诊断与排除过程中要遵守安全操作规范，特别是要做好新能源汽车的高压安全与防护；在进行检修作业时要本着先外后内，先简单后复杂、能不拆就不拆、能拆小件不拆总成，先读故障代码优先的原则。在检修车载网络故障系统前，要保证所有与数据总线相连的ECM无功能故障。功能故障虽然不会直接影响数据总线系统的通信，但会因缺失某些信息而影响某一系统的功能。这种功能故障对数据总线系统有间接影响，会影响需要该传感器信号的ECM的通信。如存在功能故障，先排除功能故障，记下该故障并清除所有ECM的故障代码。对于车载网络故障，用汽车电脑故障诊断仪扫描网关列表，找不到一个或数个ECM或者几个ECM同时与一个ECM失去通讯，可以先查看车载网络拓扑图，查看这些ECM是不是同在一个车载网络里面，而后再分别拔掉该网络里面可疑的ECM供电保险丝后，测量CAN信号电平，即可基本确定快速的查找出车载网络故障的问题所在。

　　参考文献：

　　[1]李东江，等编著．汽车车载网络系统（CAN-BUS）原理与检修[M]．北京：机械工业出版社，2004.

　　[2]吴诰圭编著．汽车电子控制技术和车内局域网[M]．北京：电子工业出版社，2003.

　　[3]何欢欢，卢哲．CAN总线通信系统在电动汽车上的应用及检修[J].维普期刊专业版，2017.

　　[4]王鲲，陈文.纯电动客车CAN故障排除案例[J].汽车维修，2018（09）.

　　作者:戴梦萍 纪永秋

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