理论教育 汽车车载网络技术中的CAN总线故障检测分析

汽车车载网络技术中的CAN总线故障检测分析

时间:2023-09-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:当故障存储记录中出现“舒适CAN总线故障”时,使用DSO进行故障波形分析,可以很方便地确定故障点的位置以及引发故障的原因。在舒适CAN和信息CAN总线故障波形分析中,一般习惯于用通道A测量CAN-High电压,用通道B测量CAN-Low电压。在该故障情况下,所有舒适CAN或信息CAN都转为单线工作。而信息3则在CAN-High和CAN-Low两条导线上发送,说明控制单元C处于双线工作状态。图10-51 舒适CAN和信息CAN总线部分控制单元的连接7.CAN-High导线断路CAN-High导线断路的故障波形如图10-52所示。

汽车车载网络技术中的CAN总线故障检测分析

当故障存储记录中出现“舒适CAN总线故障”时,使用DSO进行故障波形分析,可以很方便地确定故障点的位置以及引发故障的原因。在舒适CAN和信息CAN总线故障波形分析中,一般习惯于用通道A测量CAN-High电压(黄色波形),用通道B测量CAN-Low电压(绿色波形)。

1.CAN-High导线与CAN-Low导线之间短路

CAN-High导线与CAN-Low导线之间短路的示意图如图10-39所示,故障波形如图10-40和图10-41所示。

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图10-39 CAN-High导线与CAN-Low导线之间短路的示意图

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图10-40 CAN-High导线与CAN-Low导线之间短路的故障波形(零线坐标重叠)

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图10-41 CAN-High导线与CAN-Low导线之间短路的故障波形(零线坐标分开)

由故障波形可以看出,CAN-High导线与CAN-Low导线的电压波形完全相同。CAN-High导线与CAN-Low导线之间短路影响所有舒适CAN或信息CAN的工作,舒适CAN或信息CAN因而转为单线工作。此时,通信过程中,只有一条线路的电压起作用,控制单元利用该电压对地值确定传输的数据内容。

在图10-40所示的故障波形中,通道A和通道B的零线坐标是几乎重叠在一起的。通过设置,可以将两个通道的零线坐标分开(图10-41)。将零线坐标分开后,可以更加清楚地观察CAN-High导线与CAN-Low导线的波形变化。

2.CAN-High导线对地短路

CAN-High导线对地短路的示意图如图10-42所示,其故障波形如图10-43所示。由故障波形可以看出,CAN-High导线的电压置于0V,CAN-Low导线的电压正常。在该故障情况下,所有舒适CAN或信息CAN都转为单线工作。

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图10-42 CAN-High导线对地短路的示意图

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图10-43 CAN-High导线对地短路的故障波形

3.CAN-High导线对正极短路

CAN-High导线对正极短路的故障波形如图10-44所示。

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图10-44 CAN-High导线对正极短路的故障波形

CAN-High导线的电压大约为12V或为蓄电池电压。CAN-Low导线的电压正常。在该故障情况下,所有舒适CAN或信息CAN都转为单线工作。

4.CAN-Low导线对地短路

CAN-Low导线对地短路的故障波形如图10-45所示。CAN-Low导线的电压置于0V,CAN-High导线的电压正常。在该故障情况下,所有舒适CAN或信息CAN都转为单线工作。

5.CAN-Low导线对正极短路

CAN-Low导线对正极短路的示意图如图10-46所示,其故障波形如图10-47所示。

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图10-45 CAN-Low导线对地短路的故障波形

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图10-46 CAN-Low导线对正极短路的示意图

CAN-Low导线的电压大约为12V或为蓄电池电压,CAN-High导线的电压正常。在该故障情况下,所有舒适CAN或信息CAN都转为单线工作。

6.CAN-Low导线断路

CAN-Low导线断路的示意图如图10-48所示,其故障波形如图10-49和图10-50所示。

在图10-49中,CAN-High导线电压正常。在CAN-Low导线上为5V的隐性电压和一个位长的1V显性电压。当信息内容被正确接收后,控制单元会发送这个显性电压作为应答。图10-49显示的是由多个控制单元组成的系统。图中“A”部分是某控制单元发送的信息,接收控制单元在“B”时刻接收到正确的信息内容后,就用一个显性电压给予应答。因为在“B”时刻有多个控制单元同时收到正确的信息,这些控制单元又都同时发送一个显性电压作为应答,因此,该位的电压要大一些。

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图10-47 CAN-Low导线对正极短路的故障波形

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图10-48 CAN-Low导线断路的示意图

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图10-49 CAN-Low导线断路的故障波形(0.02ms/Div)

图10-50和图10-49显示的是同一个故障波形,只不过对时间轴的单格时间值做了调整。图10-50的时间轴是0.5ms/Div,而图10-49的时间轴是0.02ms/Div。

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图10-50 CAN-Low导线断路的故障波形(0.5ms/Div)

由图10-50可见,信息“1”仅在CAN-High导线上发送,但在CAN-Low导线上的“A”处也能得到确认收到的应答。同样,信息2仅在CAN-High导线上发送,但在CAN-Low导线上的“B”处也能得到确认收到的应答;信息4仅在CAN-High导线上发送,但在CAN-Low导线上的“D”处也能得到确认收到的应答。以上波形说明,控制单元A、B、D处于单线工作状态。而信息3则在CAN-High和CAN-Low两条导线上发送,说明控制单元C处于双线工作状态。

如图10-51所示,控制单元1发送一条信息,因为线路断路,所以其他的控制单元仅能够单线接收。通过对控制单元4连接测量,DSO显示控制单元1的发送为单线工作。2、3、4、5和6控制单元对接收给予确认答复,在DSO的两个通道上都有显示(如图10-50中的A、B、D)。这说明这些控制单元之间没有线路断路的情况。例如,控制单元2发送一个信息,所有控制单元接收该信息,该信息被双线工作传送(如图10-50中的DSO信息3和位置C),控制单元1为单线接收。

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图10-51 舒适CAN和信息CAN总线部分控制单元的连接

7.CAN-High导线断路

CAN-High导线断路的故障波形如图10-52所示。CAN-High导线断路时,CAN-Low导线波形正常,CAN-High导线电压长时间保持在零电位,但偶有变化。其分析过程可参考CAN-Low导线断路故障,在此不再赘述。

前面介绍的短路都是没有接触电阻情况下的直接短路。在实际工作中会经常出现由于线束绝缘包皮破损导致的短路。破损的线束靠近金属车身(搭铁或称接地)或者正极,经常还带有潮气,这就会使该处产生接触电阻。下面分析有接触电阻情况下的短路(有接触电阻情况下的短路俗称虚接或虚短路)故障。

8.CAN-High导线对正极通过接触电阻短路

CAN-High导线对正极通过接触电阻短路的故障波形如图10-53所示。CAN-High导线的隐性电压拉向正极方向。CAN-High导线隐性电压大约为1.5V,正常时应大约为0V。该1.5V电压是由于接触电阻引起的。接触电阻阻值越小则隐性电压越大。在没有接触电阻的情况下,该电压值应该是蓄电池电压,即电源正极电压。

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图10-52 CAN-High导线断路的故障波形

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图10-53 CAN-High导线对正极通过接触电阻短路的故障波形

9.CAN-High导线通过接触电阻对地短路

CAN-High导线通过接触电阻对地短路的故障波形如图10-54所示。CAN-High导线的显性电压移向接地方向。CAN-High导线的显性电压大约为1V,正常的显性电压大约为4V。该1V电压就是受接触电阻的影响所致,接触电阻阻值越小,则显性电压越小。在没有接触电阻的情况下短路,该电压应为0V。

10.CAN-Low导线对正极通过接触电阻短路

CAN-Low导线对正极通过接触电阻短路的故障波形如图10-55所示。CAN-Low导线的隐性电压拉向正极方向。CAN-Low导线的隐性电压大约为13V,正常值应大约为5V。该13V电压就是受接触电阻的影响所致。接触电阻的阻值越小,则隐性电压越大。在没有接触电阻的情况下,该电压值应为蓄电池电压。

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图10-54 CAN-High导线通过接触电阻对地短路的故障波形

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图10-55 CAN-Low导线对正极通过接触电阻短路的故障波形

11.CAN-Low导线通过接触电阻对地短路

CAN-Low导线通过接触电阻对地短路的故障波形如图10-56所示。

CAN-Low导线的隐性电压拉向0V方向。CAN-Low导线隐性电压大约为3V,正常值应大约为5V。该3V电压就是受接触电阻的影响所致。接触电阻的阻值越小,则隐性电压越小。在没有接触电阻的情况下,该电压值应为0V。

12.CAN-High导线与CAN-Low导线之间通过接触电阻短路

CAN-High导线与CAN-Low导线之间通过接触电阻短路的故障波形如图10-57所示。CAN-High导线与CAN-Low导线之间通过接触电阻短路时,CAN-High导线与CAN-Low导线的显性电压均正常,但CAN-High导线与CAN-Low导线的隐性电压相互靠近。CAN-High导线的隐性电压大约为1V,正常值应为0V;CAN-Low导线的隐性电压大约为4V,正常值应为5V。

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图10-56 CAN-Low导线通过接触电阻对地短路的故障波形

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图10-57 CAN-High导线与CAN-Low导线之间通过接触电阻短路的故障波形

13.CAN-High导线与CAN-Low导线装混

CAN-High导线与CAN-Low导线装混的示意图如图10-58所示,其故障波形如图10-59所示。

发生CAN-High导线与CAN-Low导线装混故障时,CAN总线的隐性电压会有一个偏移(在图10-59的左边缘)。在隐性状态,某控制单元的导线装混会导致CAN-High导线上的电压升高和CAN-Low导线上的电压下降。

CAN导线装混总是出现在最后一个能正常工作的控制单元和第一个不能正常工作的控制单元之间。导线装混的故障大多出现在修理CAN总线线束之后,应重点检查这些地方。

可根据导线的颜色来进行目视检查。在进行故障排查前应断开蓄电池,因为在测量时,舒适/信息CAN总线可能会处于工作状态,这将导致测量结果失准。断开蓄电池后,就可以用欧姆表来测量装混的CAN导线了。

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图10-58 CAN-High导线与CAN-Low导线装混的示意图

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图10-59 CAN-High导线与CAN-Low导线装混的故障波形

在本例故障中,驾驶人侧车门控制单元上的CAN-Low导线的相应针脚(Pin脚)与舒适系统控制单元上的CAN-High导线之间肯定存在电气连接,舒适系统控制单元上的CAN-Low导线与驾驶人侧车门控制单元上的CAN-High导线之间肯定也存在电气连接。如果插头装混了,其他控制单元上也会出现这一故障。不管是哪种情况,最好先检查无法正常工作的控制单元的线束插头。

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