CAN-BUS故障检修：汽车发动机电控原理与维修方法

装有CAN-BUS 总线系统的车辆出现故障时，维修人员应先检测汽车车载网络系统是否正常。如果车载网络系统有故障，则整个汽车车载网络系统中的有些信息将无法传输，接收这些信息的电控模块将无法正常工作，从而为故障诊断带来困难。对汽车车载网络系统故障的维修，应根据车载网络系统的具体结构和控制回路具体分析。

（1）CAN-BUS 总线的故障特点

当CAN-BUS 总线出现故障时一般有3 种表现形式：一是没有外在故障现象，只是在自诊断系统中储存故障码，总线进行应急工作状态，出现这种故障时，车主无法查觉车辆有故障。二是出现某一个模块与其他模块无法通信，所有需要从总线上取得的信号都无法得到，相关的控制功能会受到影响，这时会出现外在故障现象。三是整个网络失效，各节点都无法通信，此时会出现大范围的故障表现。

（2）车载网络系统故障类型

一般来说，引起汽车车载网络系统故障的原因有3 种：一是汽车电源系统引起的故障；二是汽车车载网络系统的链路故障；三是汽车车载网络系统的节点故障。

1）汽车电源系统故障引起的网络故障

汽车车载网络系统的核心部分是含有通信IC 芯片的控制单元，控制单元的正常工作电压在10.5～14.5 V 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高的控制单元出现短暂的停止工作，从而使整个汽车车载网络系统出现短暂的无法通信。这种现象就如同用故障诊断仪在未启动发动机时就已经设定好要检测的传感器界面，当发动机启动时，往往故障诊断仪又回到初始界面。这类故障产生的原因主要是蓄电池、发电机、供电线路、熔断丝等元器件有故障。

故障实例1

故障现象：一辆别克轿车，在车辆行驶过程中，时常出现转速表、里程表、燃油表和水温表指示为零的现象。

故障检测过程：用TECH2 扫描工具（故障诊断仪）读取故障码，发现各个电控模块均设有当前故障码，而在历史故障码中出现多个故障码。其中，SDM（安全气囊控制模块）中出现U1040-失去与ABS 控制模块的对话，U1000-二级功能失效，U1064-失去多重对话，U1016-失去与PCM 的对话；IPC（仪表控制模块）中出现U1016-失去与PCM 的对话；BCM（车身控制模块）中出现U1000-二级功能失效。

故障分析与排除：经过故障码的读取可知，该车的多路信息传输系统存在故障，因为OBD-Ⅱ规定U 字头的故障代码为汽车多路信息传输系统的故障代码。通过查阅上海别克轿车的电源系统的电路图，如图6.20 所示，上面的电控模块共用一根电源线，并且通过前围板。由于故障码为间歇性的，判断可能是这根电源线发生间歇性断路故障。

图6.20　别克轿车数据总线与诊断插头

2）节点故障

节点是汽车车载网络系统中的电控模块，因此，节点故障就是控制单元的故障。这类故障产生的原因主要是各类控制单元、传感器等元器件有故障。

软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车车载网络系统通信出现混乱或无法工作，如果这种故障成批出现，则无法维修。

硬件故障一般由于通信芯片或集成电路故障，造成汽车车载网络系统无法正常工作。对采用低版本信息传输协议的点到点信息传输协议的汽车车载网络系统，如果有节点故障，将出现整个汽车车载网络系统无法工作。

故障实例2

故障现象：一辆帕萨特B5 轿车在使用中出现机油压力报警灯与安全气囊故障指示灯报警，同时发动机转速表不能运行故障。

故障检测：用VAG1552 故障阅读仪读取发动机控制系统的故障码，发现有两个偶发性故障码：18044-安全气囊控制单元无信号输出；18048-仪表数据输出错误。用VAG1552 故障阅读仪读取仪表系统的故障码为：01314-发动机控制单元无通信；01321-到安全气囊控制单元无通信。

故障分析与排除：通过读取故障码可以初步判断故障在于汽车多路信息传输系统。通过对汽车电气线路进行分析，电源系统引起故障的概率很小，故障很可能是节点或链路故障，用替换法尝试安全气囊控制单元，故障得以排除。

3）链路故障

当汽车车载网络系统的链路（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电控系统错误动作。链路故障示意图如图6.21 所示。判断是否为链路故障时，一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪来观察通信数据信号是否与标准通信数据信号相符。

图6.21　链路常见故障

故障实例3

故障现象：一辆奥迪100 轿车的电控自动空调系统在开关接通的情况下，鼓风机能工作，但是空调系统却不制冷。

故障检测：通过观察，发现空调压缩机的电磁离合器不吸合，但发动机工作正常。检查电磁离合器线路的电阻值，电阻值符合规定值，检查空调控制单元的输出端没有输出信号。此时用VAG1552 故障阅读仪读取发动机控制系统和空调控制系统的故障码，均无故障码。用VAG1552 故障阅读仪读取空调控制单元的数据流，发动机的转速数据为零。由于发动机工作正常，因此发动机控制单元接收的发动机转速信号应正常，检查发动机控制单元和空调控制单元之间的通信线路，发现两者之间的转速通信线的端子变形造成链路断路，修复插接件后故障排除。

（3）CAN 总线的故障诊断

当车辆出现故障，首先通过故障诊断仪读取相关系统的故障码，如有U 开头的故障代码说明车载自诊断系统检测出车载网络通信有故障，这时可用万用表、示波器等检测仪器进行测量，然后再对测量结果进行分析判断。

1）车载网络系统的一般诊断步骤

①了解该车型的汽车多路传输系统特点（包括传输介质、几种子网及汽车多路信息传输系统的结构形式等）。

②汽车多路信息传输系统的功能，如有无唤醒功能和休眠功能等。

③检查汽车电源系统是否存在故障，如交流发电机的输出波形是否正常（若不正常将导致信号干扰等故障）等。

④检查汽车多路信息传输系统的链路是否存在故障，采用替换法或采用跨线法进行检测。

⑤如果是节点故障，只能采用替换法进行检测。

示例：3 个控制单元组成CAN 总线系统检测步骤，如图6.22 所示，CAN 总线出现一条数据线断路的故障中，可按下列步骤进行检测。

图6.22　3 个控制单元组成CAN 总线系统

先接入故障诊断仪，读取故障代码，会出现以U 开头的故障代码，说明系统已诊断出总线通信出现了故障，如出现模块1 与模块2 无法通信或数据通信线短路等故障码。

用万用表测量模块供电搭铁是否正常和数据线导通性、有无对地短路、有无对正电短路、终端电阻等是否正常。

用示波器测量数据线运行的数据信号是否正常。

如果信号波形不正常，又没发现有数据短路断路等故障时，可用排除法或替换法进行节点故障诊断。

2）故障诊断仪的使用

在多路传输系统的诊断中专用诊断设备必不可少，在对装备有总线传输的系统进行故障诊断时，应先通过故障诊断仪看是否有总线方面的故障，再进行排查找出故障点。具有车载网络系统的车辆对解码器的要求如下：

①能自动识别汽车ECU 的型号和版本。

②能完全访问汽车控制单元上开放的存储资源。

③能不失真地按照原厂要求显示从汽车控制单元上获取的数据。

④必须支持以下5 项功能：读取故障码；清除故障码；动态数据分析；执行元件测试；对特定的车系/车型支持专业功能，如提供系统基本调整、自适应匹配（含防盗控制单元及钥匙匹配）、编码、单独通道数据、登录系统、传送汽车底盘号等专业功能。

a.诊断仪读取测量数据块。从测量数据块中可以得到控制单元间相互之间的CAN 通信状态；CAN 工作状态类型“单线”或者“双线”；从另一个控制单元的CAN 输入信号等信息。

b.诊断仪故障查询。当车载网络系统出现故障时自诊断系统能识别的故障有：一条或两条数据线断路；两条数据线同时断路；数据线对地短路或对正极短路；一个或多个电子控制单元有故障。

表6.2 为高速CAN 总线故障存储示例。

表6.2　高速CAN 总线故障存储

3）汽车万用表的使用

汽车万用表是检测电子电路时最常用的仪表之一，它具有携带及使用方便，可测参数多等显著特点。在检测汽车电控系统、网络系统时通常使用汽车万用表。通过汽车万用表，可以判别故障的具体部位和检测系统元件的状态。

万用表可检测各模块的供电电压大小和搭铁是否完好，可测量数据线的导通性，可测量终端电阻值等。在用万用表测量导通性能和电阻大小时，一定要先断开蓄电池负极，再进行测量。

①终端电阻检测。在高速CAN 上的终端电阻可以用万用表进行测量作出判断，但是在低速CAN 上则不能用万用表来测量终端电阻。

终端电阻安装在高速CAN 系统的两个控制单元内。终端电阻阻止CAN 总线信号在CAN总线上产生变化电压的反射。若终端电阻出现故障，则可能因为线路的反射影响导致控制单元的信号无效。用示波器进行CAN 总线信号的测量，若该信号与标准信号不相符，则可能为终端电阻发生损坏。终端电阻的检测电路如图6.23 所示。

图6.23　终端电阻的检测电路

终端电阻的测量步骤如下：

a.将蓄电池的负极线拔除；

b.等待大约5 min，直到所有的电容器都充分放电；

c.连接测量仪器并测量总阻值；

d.将一个带有终端电阻控制单元的插头拔下来；

e.检测总阻值是否发生变化；

f.将第一个控制单元（带有终端电阻）的插头连接好，再将第二个控制单元的插头拔下来；

g.检测总阻值是否发生变化；

h.分析测量结果。

如图6.23 所示，动力CAN 总线中带有终端电阻的两个控制单元是接通的。测量的结果是每一个终端电阻大约为120 Ω，总的阻值为60 Ω。通过该测量值可以得出判断，连接电阻是正常的。特别要注意的是：终端电阻不一定都约为120 Ω，相应的阻值依赖于总线的结构。

在总的阻值测量完成后，将一个带有终端电阻控制单元的插头拔下，显示的阻值会发生变化，这里测量的是一个控制单元的终端电阻阻值。当拔下一个带有终端电阻控制单元的插头后，若测量的阻值没有发生变化，则说明系统中存在问题，即被拔取的控制单元的终端电阻可能损坏或者是CAN-BUS 总线出现断路。如果在拔取控制单元后显示的阻值为无穷大，那么可判定为连接中的控制单元终端电阻损坏，或者是到该控制单元的CAN-BUS 出现故障。

最初，部分车型采用两个终端电阻（每一个以120 Ω作为标准值或试验值）。但现在，终端电阻不再是一个固定阻值的电阻，它由很多个被测量的电阻组合在一起。总的阻值依赖于车辆的总线结构，因此终端电阻是根据车型设计的。

②高速CAN 总线电压测量。数字万用表可以对CAN 数据总线进行电压信号测试，判断数据总线的信号传输是否存在故障，检测方法如图6.24 所示。

图6.24　用万用表检测CAN 总线电压信号

CAN-High 线上有信号传输时，总线上的电压值在2.5～3.5 V 高频波动，因此，CAN-High线的主体电压应是2.5 V，所以万用表的测量值为2.5～3.5 V，大于2.5 V 但接近2.5 V。同理，CAN-Low 线信号在总线空闲时的电压约为2.5 V，总线上有信号传输时，总线上的电压值在1.5～2.5 V 高频波动，因此，CAN-Low 线的主体电压应是2.5 V，所以万用表的测量值为1.5～2.5 V，小于2.5 V 但接近2.5 V。

4）汽车示波器的应用

现代汽车已进入电子控制时代，电子控制已涉及汽车动力性、经济性、安全性、可靠性、净化性和舒适性等诸多方面，且各种控制系统电控单元之间相互联系紧密，可随时进行实时数据通信。电子设备占整车比例逐步上升，电子设备的故障越来越多，也越来越具有挑战性。而汽车示波器为综合判断汽车电子设备（包括网络）故障提供了有力保证。示波器检测类型有以下5 种判断依据的定义。

①幅值：电子信号在一定点上的即时电压。

②频率：电子信号在两个事件或循环之间的时间，一般指每秒的循环数。

③脉冲宽度：电子信号所占的时间或占空比。

④形状：电子信号的外形特征，包括其曲线、轮廓和上升沿、下降沿等。

⑤阵列：组成专门信息信号的重复方式，如1 缸传送给发动机控制计算机的上止点同脉冲信号、传给解码器的有关冷却液温度信号的串行数据流等。

数字存储式示波器用双通道对CAN-BUS 总线进行测量，通过对示波器波形的分析可以很容易地发现故障。为了在测试仪DSO（数字存储式示波器）功能下分析CAN 总线的波形，要求采用在无干扰功能下的示波器显示。在测量CAN 总线时应注意准确调整示波器的电压值和触发信号。

①检测电路的连接。将示波器上的测量线用专用线束测量盒接到车上，这里通道A 中红色的测量线连接CAN-High 信号，黑色的测量线接地；通道B 中红色的测量线连接CAN-Low 信号，黑色的测量线接地，如图6.25 所示。

②高速CAN 总线示波器的设置。高速CAN 总线示波器的设置信息如下：

图6.25　两通道工作情况下示波器DSO 的连线

a.通道A，测量CAN-High 信号。

b.通道B，测量CAN-Low 信号。

c.通道A 和通道B 的零线坐标置于等高（CAN 高位线信号的零标记被CAN 低位线信号的零标记所遮盖）。这样在同一条零坐标线下对电压值进行分析更为简便。

d.通道B 的电压/单位设定。在0.5 V/格的设定下，DSO 的显示便于电压值的读取。

e.通道A 的电压/单位设定。在0.5 V/格的设定下，DSO 的显示便于电压值的读取。

f.时间/单位值设定。它应尽可能地选择得小一些，最小的时间/单位值为0.02 ms/格。

g.1 帧数据。

（4）高速CAN 总线波形分析

在CAN 总线检测中示波器具有不可代替的作用，可以看到总线上传输的信号，让我们可以分析上面运行的数据是否正常，还可以看出是哪里出了问题。

当故障存储记录“总线故障”时，用示波器进行检测是必要的，可以确定故障点的位置以及故障引发的原因，例如线路短路。