1、AUTO TIME 93 NEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车基于新能源汽车 CAN 总线波形的故障诊断方法校金龙河南工业贸易职业学院汽车工程学院 河南省郑州市 450012摘 要：新能源汽车 CAN 总线故障诊断是影响新能源汽车维修效率的主要因素，因此一种方便快速的诊断方法尤为重要。新能源汽车 CAN 总线故障的诊断也逐渐成为后市场影响新能源汽车推广的重要因素。本文基于新能源汽车 CAN 总线的波形进行故障诊断研究，阐明了波形与故障原因之间的关系，明确了基于 CAN总线波形进行故障诊断的方法。本研究能够简化 CAN 总线故障诊断的流程，缩短故障诊断时间，提高企业效益，促进新
2、能源汽车的发展。关键词：新能源汽车CAN 总线故障诊断1引言据不完全统计，2021 年我国新能源汽车的年产销已经超过 300 万辆1，截至目前，保有量超过 500 万辆，位居世界第一。随新能源汽车产业发展而来的是汽车后市场的服务升级。新能源汽车的检测与维修是新能源汽车后市场的一个重要板块。其是否能够健康发展关系到新能源汽车产业的发展速度和发展质量。CAN总线是新能源汽车进行信息交互的重要载体，特别是动力 CAN 总线的通信，关系到新能源汽车的高压上电以及高压安全。目前，大多数汽车维修企业认为新能源车涉及高压，CAN总线的诊断与维修技术含量较高，存在畏难情绪，造成诊断效率低、维修质量差的局面。本
3、研究针对新能源汽车 CAN 总线故障提出快速化、低成本的诊断方法，实现了新能源汽车的快速诊断与维修，降低了企业维修成本。2CAN 总线结构和工作原理2.1CAN 总线结构CAN 总线由双绞线、收发器、控制单元等组成2，收发器和控制单元多集中在一起。两根双绞线一条被标记为 CAN-H，另一条被标记为 CAN-L3。CAN 总线两条双绞线之间的电阻值一般为 60，由两个 120 的电阻并联而成，被称为终端电阻。美国汽车工程师学会将 CAN 总线按照系统的复杂程度、信息量、传输速度、可靠性等分为A、B、C、D、E 五类4。在新能源汽车中根据 CAN 总线传输数据的功能分为动力总线、车身总线、诊断总线
4、、UDS 总线、底盘总线等。2.2CAN 总线工作原理总线型结构的 CAN 总线连接原理如图 1所示。由同一个总线连接起来的控制单元接收与发送信息的协议、速度等均相同。CAN总线通过仲裁判断控制单元发送信息的优先级别，优先级别高的具有优先发送权利。任何一个控制单元作为信息发送单元时，其他均作为信息接收单元，接收单元可以选择接收对自己有用的信息。当 总 线 上 控 制 单 元 不 发 送 信 息 时，CAN-H和CAN-L导线上的电压均为2.5V，称之为隐性电压，当总线上控制单元发送信息时，CAN-H 导线上跳变为 3.5V 的显性电压，CAN-L导线上跳变为1.5V的显性电压,如图 2(a)所
5、示。信号接收器接收到信号后对CAN-H 和 CAN-L 电压进行计算，得到差分电压，如图 2(b)所示。控制单元对一组差分电压进行分析、翻译和校验，得到对应的信息。3CAN 总线拓扑结构CAN 总线的拓扑结构有星型、环型、总线型。星型结构中央处理器负载较重，线路负Fault Diagnosis Methods Based on CAN Line Wave of New Energy VehicleXiao JinlongAbstract：CAN Bus fault diagnostic of new energy vehicle is the main factor of efecting n
6、ew energy maintenance,therefore,a convenient and rapid diagnostic method is particularly important.Can Bus fault diagnosis of new energy vehicle is becoming an important factor that afects the promotion of new energy vehicle.This paper studies the fault diagnosis based on the waveform of CAN bus of
7、new energy vehicle,expounds the relationship between the waveform and the cause of the fault,and clarifies the method of fault diagnosis based on the waveform of CAN bus.This research can simplify the process of CAN bus fault diagnosis,shorten the time of fault diagnosis,improve the benefit of enter
8、prises and promote the development of new energy vehicles.Key words：New Energy Vehicle;CAN Bus;Fault Diagnostic;ECU1ECU2ECU3ECUn120120图 1总线型拓扑结构连接原理图94 AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车载率较低，拓展性较差；环型结构可靠性差，拓展麻烦；总线型结构传输效率高，拓展性能好。目前应用比较广泛的为总线型拓扑结构。比亚迪秦的CAN总线包含动力CAN总线、舒适网 CAN 总线、ESC 网 CAN 总线、电池子网 CAN
9、 总线、充电 CAN 总线等，均采用总线型拓扑结构。其动力 CAN 总线的电路原理如图 3 所示5。经测试，两个 120 的终端电阻一个在电池管理器中，另一个在网关中。吉利帝豪 EV450 的 CAN 总线包含动力CAN总线、车身CAN总线、底盘CAN总线、UDS CAN总线等，均采用总线型拓扑结构。其动力CAN总线的电路原理如图4所示6。经测试，两个120的终端电阻一个在电池管理单元BMS中，另一个在电机控制单元MCU中。4动力 CAN 总线故障波形4.1开路故障波形CAN 总线的开路包含 CAN-H 开路和CAN-L 开路，以及两者同时开路。通过对比亚迪秦 EV、吉利帝豪 EV450 纯电
10、动汽车试验表明，对于总线型 CAN 网络，某一个控制单元的 CAN-H 或者 CAN-L 开路，将导致该控制单元无法与其他控制单元通信。如果该控制单元（例如：BMS、MCU 等）参与上电流程，会导致车辆无法正常上电和行驶；而另一些节点（例如：诊断口）的总线开路对车辆的运行没有影响。逐一设置拓扑结构中节点的 CAN 总线开路，同时测量总线开路节点处的波形和其他节点处的波形，结果如图 5 所示。对开路状态下的故障波形进行分析可知：CAN-H 开路、开路节点接收信息时，测得开路节点处CAN-H 波形“从”了 CAN-L 的波形，其他节点处的波形基本正常；CAN-L 开路、开路节点接收信息时，测得开路
11、节点处 CAN-L波形“从”了 CAN-H 的波形，其他节点处的波形基本正常。4.2对+B 短路故障波形对+B 短路包含 CAN-H 对+B 短路和CAN-L 对+B 短路，以及同时对+B 短路。通过对比亚迪秦 EV、吉利帝豪 EV450 纯电动汽车试验表明，对于总线型 CAN 网络，某一个控制单元的 CAN-H 或者 CAN-L对+B 短路，其他控制单元的 CAN-H 或者CAN-L 也会对+B 短路。该 CAN 网络中的所有节点之间均无法实现通讯，导致该 CAN网络所涉及的功能无法实现。逐一设置拓扑结构中节点的 CAN 总线对+B 短路，同时测量总线短路节点处的波形和其他节点处的波形，如图
12、 6 所示。对短路状态下的故障波形进行分析可知：CAN-H对+B 短路时，测得 CAN-H 和 CAN-L 的波形基本为一条直线，电压约为+B 电压，隐性状态有脉冲突变，但脉宽较小；CAN-L对+B 短路时，测得短路节点处 CAN-H 与图 4吉利 EV450 的动力 CAN 总线电路原理图图 3比亚迪秦的动力 CAN 总线电路原理图图 2CAN 总线波形0V1.5V2.5V3.5V0V1.5V2.5V3.5Va.CAN-H 和 CAN-L 的电压b.CAN-H 和 CAN-L 的差分电压电池加热器充配电总成驱动电机控制器电池管理器动力CAN-L V动力CAN-H PB73/4B30/9BK4
13、6/16BK45B/16新BJG02新GJB0219192020蓄电池BMS组合仪表整车控制器BK45B/17BK46/17B30/14B73/5BK50/3BK50/1G01/4G01/5GK49/21GK49/22诊断口档位传感器BCM网关G03/13G03/12G2K/7G2K/6G39/8G39/7G19/9G19/10驾驶模式开关变速器换挡开关OBDT-BOXTCUVCU电机控制器充电机控制器BMS模块PCAN-H Gr/OPCAN-L L/BIP100/4IP100/3IP53b/4IP53b/5IP19/3IP19/11IP66/10IP66/9BV15/14BV15/15CA6
14、6/7CA66/8BV11/20BV11/21BV10/55BV10/54CA69/3CA69/4IP04aIP04aCA04CA04CA58CA58BV01BV012626252520202121AUTO TIME 95 NEW ENERGY AUTOMOBILE|新能源汽车CAN-L 波形均为一条直线，且 CAN-H 和CAN-L 电压均约等于+B 电压。4.3对地短路故障波形对 地 短 路 包 含 CAN-H 对 地 短 路 和CAN-L 对地短路，以及同时对地短路。通过对比亚迪秦 EV、吉利帝豪 EV450 纯电动汽车试验表明，对于总线型 CAN 网络，某一个控制单元的 CAN-H 或
15、者 CAN-L 对地短路，其他控制单元的 CAN-H 或者 CAN-L 也会对地短路。只有 CAN-L 对地短路时，不影响拓扑结构中控制器（节点）之间的通讯，车辆能够正常上下电。逐一设置拓扑结构中节点的 CAN 总线对地短路，同时测量总线短路节点处的波形和其他节点处的波形，如图 7 所示。对短路状态下的故障波形进行分析可知：CAN-H对地短路时，测得短路节点处 CAN-H 与CAN-L 波 形 均 为 一 条 直 线，CAN-H 和CAN-L 隐形电压均等于 0V，显性状态存在脉冲电压，但宽度远小于正常波形；CAN-L对地短路时，测得短路节点处 CAN-L 波形基本为一直线，CAN-H 波形幅
16、值约为 2.2V，脉宽与正常波形相同，因此对于采用差分信号传递信息的 CAN 网络基本能够正常通讯。5结论本文基于新能源汽车 CAN 总线波形进行了动力 CAN 总线故障的研究。通过大量试验得出如下结论：（1）当 CAN 总线波形 CAN-H 线“从”了 CAN-L 时，表 示 CAN-H 开 路；当CAN 总线波形 CAN-L 线“从”了 CAN-H时，表示 CAN-L 开路。（2）当两条 CAN 总线波形均为直线，电压约等于电源电压时，则表明 CAN 总线对电源正极短路。（3）当 CAN 总线波形有一条为直线且等于0V时，另一条有明显的波形，幅值为2.2V左右，宽度正常，则表明 CAN-L 对地短路。如果两条 CAN 总线波形均为 0V 的直线，则表明 CAN-H 对地短路。试验证明本方法适用于新能源汽车 CAN总线的故障诊断，采用示波器测量 CAN 总线的波形，通过对波形进行分析，找出与波形对应的故障形式，从而确定故障原因。对于多点故障也可通过分析波形确定故障原因。为新能源汽车的检测维修提供了新方法，减少了设备投入，提高了维修效率，提升了企业效益。项目级别（类别）：河南工业贸易职
