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1網絡系統故障診斷思路

大眾汽車采用了多種CAN數據總線來進行控制單元之間信息交換，大眾汽車2000年以后生產的車型，動力CAN數據總線傳輸速率為500kbit/s，舒適CAN和信息娛樂CAN數據傳輸速率均為100kbit/s。在CAN線上信息傳遞是通過兩個二進制邏輯狀態0（顯性）和1（隱性）來實現的，每個邏輯狀態都對應于相應的電壓值。控制單元利用兩條線上的電壓差來確認數據。動力CAN的標準波形如圖1所示，其CAN高線電壓變化為2.5V~3.5V之間，CAN低線電壓變化為1.5V~2.5V之間。舒適CAN正確的波形，高線電壓變化為0~4V之間，CAN低線電壓變化為1V~5V之間。

2試驗測量

2.1試驗裝置連接

筆者以大眾帕薩特車型作為試驗車輛，使用示波儀VAS6356與診斷儀VAS6150對該車的動力CAN進行波形測試，并模擬多種故障波形。示波儀通道DSO1的紅色測量端子（正極）接CAN高線測量點A，通道DSO2的紅色測量端子接CAN低線測量點B，且二者的黑色測量端子同時接地，連接線路示意圖如圖2所示。系統在同一界面下顯示CAN高線和CAN低線的同步波形，能直觀分析故障。

2.2試驗結果與分析

2.2.1CAN線斷路波形機理分析

如圖2所示，本研究將斷路故障設置在ABS控制單元的高線與檢測點A之間，并在A點進行測量，得到的波形如圖3所示。ABS控制單元在發送信息時波形如圖3中的分界線前面部分，此時檢測點A電壓為低線電壓經過發動機控制單元、安全氣囊控制單元及自動變速器控制單元終端電阻分壓后的電壓，高線波形與低線波形變化趨勢相同，但振幅有所下降，由于CAN線以差動放大器來評估CAN線的輸入信號，另外3個控制單元無法識別ABS控制單元發送的信息。而在ABS控制單元接收其他控制單元的信息時檢測點A能測量到如圖3中的分界線后面部分波形，而且其余控制單元的信號能夠正確傳遞，波形顯示正常，但是由于線路斷開ABS該控制單元接收不到信息，斷路故障對驅動CAN影響較大，在此種情況下動力CAN不能正常工作，表現為某個控制單元不在網絡上的故障代碼。在相同故障情況下，若將測量點選取在圖2中的a點，得到的波形如圖4所示，波形呈鏡像傳遞，顯示正常。雖然ABS控制單元的高線發生斷路，但是發動機控制單元、變速器控制單元、安全氣囊控制單元及儀表控制單元（內含網關與防盜控制單元）之間能夠正常通信。由此可以看出，斷路故障波形信號還取決于檢測點，如果將檢測點選取在離斷路較遠的位置測量，CAN線上雖然沒有已斷開控制單元的發送數據信號，但是示波儀仍會捕捉到正常波形信號，這些信息則是其余控制單元相互通信的信號，此種情況在示波儀解析率較低時將無法識別出各信息的比特從而造成誤判。所以筆者在利用示波儀測量前用診斷儀診斷出哪些控制單元不通訊，不通訊的控制單元之間有何聯系，再選取合適的測量點。根據上述診斷思路，在大眾帕薩特車型無法起動故障排除中，本研究通過故障診斷儀VAS6150讀到發動機控制單元存在兩個故障碼含義分別為動力系統數據總線無法通訊和發動機控制單元閉鎖，再從網關中讀到故障碼含義為動力系統數據總線有故障或有缺陷。其他控制單元無故障記憶，根據故障碼分析，該故障屬于CAN總線系統通信線路故障，由于啟動時，發動機控制單元要與防盜控制單元、變速器控制單元相互通信，又因為該車型的防盜控制單元集成在儀表控制單元內，本研究將檢測位置重點選取在儀表控制單元的CAN線處，得到波形如圖3中分界線之前波形，表明此處高線斷路。通過仔細檢查連接線束，發現從儀表控制單元出來的插接器中CAN高線端子觸點回退。筆者用線束修理工具修理好該插接器，清除所有控制單元的存儲的故障代碼，故障碼不再出現，故障排除，發動機也能夠正常起動。舒適系統控制單元當某節點的CAN高線斷路時，波形圖如圖5所示。僅斷路節點的CAN高線無傳輸數據波形，高線為0V隱性電壓，CAN低線傳輸數據波形正常，控制單元僅通過低線對地的電壓值確定傳輸數據，其余節點CAN線傳輸正常標準的對稱互補數據波形，系統進入單線傳輸模式。舒適系統CAN數據總線引入獨立驅動器（輸出放大器）彼此沒有通過電阻器相互連接，從而消除了兩種CAN信號的相互依賴，因此舒適系統CAN高線和CAN低線不再相互影響，獨立運作。在試驗中發現，如果存在斷路故障，則一個數據導線斷路時，系統不會與所有控制單元一起切換到單線運行模式，只有直接連接在已斷路數據導線上的控制單元才無法再將信息傳輸到CAN線上。收發器識別到一根數據傳輸導線缺失，因此在相應的測量值塊中顯示“單線運行模式”。對于其余的控制單元來說，在斷路情況下可以不受干擾地傳輸數據。其余控制元件則表明有一個與總線相關的故障記錄，該記錄不斷在“單線”與“雙線”之間切換。在波形檢測時測量位置盡可能選在存在該故障記錄的控制單元CAN線之間。

2.2.2CAN單線短路波形機理分析

當動力波形分析CAN高線對正極短路時，則在高線上任意一個檢測點測量到的波形均為電源電壓（約12V），在測量點B測得低線電壓為高線12V電壓經過動力系統所有控制單元終端電阻并聯后總電阻分壓后所得的電壓，所以波形為低于12V的一條直線。同理，CAN高線任意處對地短路，則高線電壓為0V直線；動力CAN低線電壓是高線0V電壓經過動力系統所有控制單元終端電阻并聯后總電阻分壓后的電壓，所以波形為高于0V的一條直線。在此種情況下動力CAN系統無法確認信息，因此均無法正常工作。當舒適CAN高線對地短路時，高線電壓置于0V，低線電壓正常，舒適CAN高線對正極短路，高線電壓為12V或蓄電池電壓，CAN低線的電壓正常，該類故障舒適CAN均為單線運行，所有連接在此的控制單元都與這個故障相關。如果調用相關控制單元內的故障碼存儲器，則可以讀取到故障記錄“舒適系統數據總線處于單線運行模式”和“短路”。無論故障部位在何處，在網絡內所有位置都可以發現這種故障形式。

2.2.3CAN高低線短路和高低線交叉波形機理分析

動力CAN波形分析高線與CAN低線短路時，測量點A與B的電壓均被置于隱性電壓值（約為2.5V），在實際檢測中，可以通過拔取驅動CAN總線上的控制單元判斷是由于控制單元引起的短路還是由于CAN高線或CAN低線線路連接引起的短路。當存在故障線被取下后，波形恢復正常，說明是被拔下的導線存在短路故障。舒適CAN高、低線之間短路，兩線電壓波形均為高線電壓波形，低線電壓自動切斷，此時控制單元僅通過高線線路對地的電壓值確定傳輸數據。此時研究者用萬用表測量電壓應接近高線電壓等。這時舒適系統CAN上的所有控制單元都發生這種情況，所以該故障以記錄“無法到達控制單元×××”的形式存儲在診斷網關故障碼存儲器內。動力CAN高低線交叉時低線傳遞高線波形，高線傳遞低線波形，檢測到的波形顏色調換。這時重點需檢查插接端子和CAN線是否對換。舒適CAN高低線交叉后，兩線互換傳遞波形。未經過培訓的人員或修理工維修導線束或加裝系統時，容易產生該故障，應多和客戶溝通。

2.2.4CAN線帶電阻波形機理分析

動力CAN線路帶電阻時，波形振幅減小，而且電阻越大，振幅越小。控制單元內差動放大器無法評估CAN線的輸入信號，所以系統無法正常工作。這時需注意檢查連接CAN線的插接器是否松動。與2.2.1節所述相似，若測量點選取較遠，示波儀解析率低的情況下動力CAN線帶阻故障波形將不易察覺。舒適CAN高線帶阻，高線波形振幅減小，而且電阻越大，振幅越小，高線帶阻系統也會自動切換為單線運行模式，工作人員在檢查時要注意各連接端子是否松動，針腳是否有氧化造成接觸電阻。

3結束語

筆者分析研究了大眾汽車網絡系統通信線路的部分故障波形產生機理。研究結果表明，動力CAN線的斷路故障和帶阻故障表現為動力系統部分控制單元之間無法通訊，且檢測位置對波形有一定影響；而短路故障會引起動力系統所有控制單元無法通訊，位置對波形無影響。舒適CAN線的單線短路、單線斷路和單線帶阻故障系統均切換為單線運行，但舒適CAN雙線交叉、雙線間短路故障會引起線上的控制單元無法通訊。波形分析法能夠形象、直觀地反映故障癥狀與故障原因間的因果關系，為在設計、維護和維修汽車網絡系統提供了良好的依據，有利于進一步提高汽車網絡系統工作的可靠性與安全性水平。同時，示波儀可以與故障診斷儀結合起來，進行更有效地故障診斷。

作者：魏秋蘭姚鑫代新雷單位：陜西交通職業技術學院汽車工程系