李 敏,蔡 營,岳意娥
(東風汽車公司技術中心,湖北 武漢 430058)
近些年來CAN總線在汽車電子應用上越來越廣泛,可以實現信息共享的同時減少了線束的數量。一般乘用車上的CAN網絡節(jié)點有十幾個,甚至二三十個,對這些節(jié)點之間進行CAN總線信號交換的可靠性要求很高,但是由于某些原因,比如整車環(huán)境 (如蓄電池電壓不穩(wěn)定或過低)、CAN節(jié)點故障、傳輸線束故障導致目標控制器接收不到源控制器的某個報文,從而出現某個報文通信丟失的故障,嚴重的會影響整車的性能和安全[1]。所以查找通信丟失的故障原因很有必要,沒有清晰的排查思路,很難快速高效地找到故障點。根據我們實車排查的經驗,形成了一套CAN報文通信丟失的故障樹分析方法。
報文通信丟失分為兩種情況:一種是收不到其它CAN節(jié)點的報文,一種是自身節(jié)點發(fā)不出報文。在整車網絡中,連續(xù)一定時間內未收到報文則被認為與某CAN節(jié)點通信丟失故障。Busoff是某CAN節(jié)點發(fā)送不出去報文,累計到一定數量則按照總線協(xié)議規(guī)定進入Busoff模式。
我們把通信丟失的報文稱為特定報文,把發(fā)送特定報文的控制器稱為源控制器,接收特定報文的控制器稱為目標控制器。實時故障排查我們從源控制器、報文傳輸線路、目標控制器三大方面去排查。
根據實車故障排查經驗,當診斷儀讀到有報文通信丟失相關的故障碼時:與某CAN節(jié)點通信丟失或者與某CAN節(jié)點Busoff,首先判斷故障碼為歷史故障碼還是實時故障碼。如果為歷史故障碼,可能的原因有:①車輛非正常下電,比如人為拔掉過蓄電池負極電纜;②在非OFF擋更換過車上的控制器;③控制器插接件出現過進水、接觸不良等問題;④外部設備引入故障碼,比如數據記錄儀、故障診斷儀、用戶私自加裝設備;⑤整車蓄電池電壓不穩(wěn)定。歷史故障碼可以在查找到問題原因后進行清除故障碼操作,并根據可能的原因進行人為再現進行驗證。
當診斷儀讀到有報文通信丟失相關的故障碼時:與某CAN節(jié)點通信丟失或者與某CAN節(jié)點Busoff,如果為實時故障碼,采用CANoe軟件進行監(jiān)測特定報文是否發(fā)出,如果源控制器的特定報文未發(fā)出,故障點有可能是:源控制器電壓不穩(wěn)定,過高或過低都會導致通信故障;線束問題、源控制器本身硬件或軟件問題;其它控制器的故障導致總線負載率升高、錯誤幀增加,從而影響了源控制器的特定報文被超時發(fā)送,導致發(fā)生報文丟失的故障。
如果源控制器的特定報文已發(fā)出,排除了源控制器的故障嫌疑,如果此網段上沒有發(fā)生其它報文通信丟失的故障,可以初步判斷傳輸線路是良好,故障原因可以鎖定在目標控制器上,有可能目標控制器的緩沖區(qū)溢出,誤認為特定報文丟失。
當診斷儀讀到Busoff故障,如果報文丟失所在的網段有錯誤幀,或者錯誤幀不斷增多,可以從以下方面進行故障分析。
1)CAN網絡終端電阻不匹配:終端電阻不匹配會導致網絡抗干擾能力差。整車需要在斷電的情況下用萬用表進行測量終端電阻,如果終端電阻不滿足設計要求,則有可能是:某控制器的故障、CAN主干線上線束故障、CAN支線上的線束故障或插接件接觸不良。
2)某個控制器的故障有可能導致整車網絡節(jié)點Busoff,如某控制器的插接件接觸不良、進水,硬件問題,軟件問題。在整車上,可以采用逐個拆除控制器的方法進行排查,鎖定嫌疑控制器,然后解析控制器的硬件或者軟件。
上述故障分析法形成故障樹,如圖1所示,表1列出了故障樹符號說明[2]。
圖1 CAN總線報文通信丟失的故障樹
表1 故障樹符號說明
故障車輛 車輛不能起動,節(jié)點1報通信丟失故障。
故障現象 車輛在ON擋時,總線分析軟件檢測網絡報文,負載率升高,有錯誤幀,如圖2所示,節(jié)點1有故障碼:與節(jié)點2通信丟失。
圖2 總線負載率與錯誤幀
故障分析 總線分析軟件檢測網絡報文,節(jié)點1的特定報文未發(fā)出 (其他報文正常發(fā)出),用萬用表測試了蓄電池和節(jié)點1的電源均正常,節(jié)點1的線束接觸正常,更換了節(jié)點1控制器,故障依然存在。初步判斷是網段上其它控制器故障導致的干擾。采用逐個去掉控制器來進行排除,當去掉節(jié)點3控制器的時候,網絡錯誤幀不再出現,故障也消失。為了進一步確認是節(jié)點3的問題,更換了節(jié)點3控制器,網絡恢復正常。故障點鎖定在節(jié)點3控制器,需進一步專業(yè)解析節(jié)點3控制器。
2.3.2 案例2
故障車輛 某用戶的車輛在左反光鏡碰撞后整車無法正常行駛,露天情況下,經歷淋雨,車輛車窗電機部分出現明顯燒糊現象。
故障現象 車輛在ON擋時,總線分析軟件檢測到此網絡busoff,有錯誤幀。
故障分析 在整車斷電的情況下,采用萬用表測量CAN線電壓和終端電阻,CAN線電壓為0 V (正常值為2.5 V),CANH和CANL之間電阻為4 Ω左右 (正常值為58~64 Ω)。檢查總線干線的線束連接正常,再將總線網絡上的控制器逐個去掉,將ABS控制器拔掉后,CAN報文恢復正常,終端電阻恢復為59.0 Ω,CAN線電壓恢復為2.5 V;初步判斷ABS控制器或者ABS連接端線束異常,引起CAN總線網絡異常。更換了ABS控制器,CAN總線通信恢復,錯誤幀消失,終端電阻和總線電壓恢復正常。網絡busoff問題點鎖定在ABS控制器,需進一步專業(yè)解析ABS。
本文從信號源控制器、傳輸線路、信號目標控制器進行展開分析,并形成故障樹分析方法。此方法可以快速高效地找到故障點,可以作為測試人員進行報文通信丟失的故障排查的指導,有較強的實用性。