以宝马5系为例:
一、宝马5系轿车 CAN 总线系统基本组成
宝马5系轿车的 CAN 总线系统是线性总线系统,包括 K-CAN 总线(车身 CAN)和 PT-CAN 总线(传动系 CAN),如图1所示。K-CAN 总线传输速率大约为 l00kbit/s,控制单元包括组合仪表、活动天窗、车身模块、灯光模块和自动恒温空调等,能够单线运行。PT-CAN 总线传输速率大约为 500kbit/s,控制单元包括发动机控制单元、变速器控制单元、主动车速控制单元和电动燃油泵等,不能单线运行。系统中的控制单元分为主控制单元和副控制单元,主控制单元是主动式通信方,他能够在总线网络中向被动式通信方(副控制单元)发送信息并根据被动式通信方的要求接受信息;副控制单元是被动式通信方,他被要求接受和发送数据。
二、宝马5系轿车CAN总线系统常见故障
1、CAN-L 或 CAN-H 通信线短路或断路;
2、连接器连接不良(端子损坏、脏污、锈蚀);
3、车用电源系统故障;
4、某个控制单元的通信部件故障;
5、某个控制单元的供电故障(当蓄电池电量快耗尽时或蓄电池电压缓慢下降可能导致故障记录存储)。
三、宝马5系轿车CAN总线系统的检测
1、测量电阻
为了避免信号反射,在两个CAN总线上连接着电阻值各为120Ω 的终端电阻,两个终端电阻并联成一个 60Ω 的等效电阻,在电源电压关闭时可以测量该等效电阻,此外,单个电阻可以各自分开测量。测量 60Ω 等效电阻的方法是:将一个控制单元从总线上拆下,然后测量CAN-L和CAN-H间的电阻。宝马5系轿车PT-CAN 总线上,一个终端电阻位于车辆的右前侧(自适应巡航控制系统控制单元附近),并且可以从 PT-CAN 总线上拔下,另一个终端电阻作为剪切夹紧连接器安装于后下线束中(在电子机械式驻车制动器控制单元附近)。
电阻测量过程中应注意:先断开车辆蓄电池的接线,大约等待 3min,直到系统中所有的电容器放完电后再测量,因为控制单元内部电路的电阻是变化的。
2、电压测量
检测时蓄电池应连接,且打开点火开关。为了确定CAN-L 或 CAN-H 导线是否损坏,可测量 CAN-L 或 CAN-H 的对地电压。PT-CAN 的 CAN-L 对地电压大约 2.4V,CAN-H 对地电压大约为2.6V;K-CAN 的 CAN-L 对地电压大约为 4.8V,CAN-H 对地电压大约为0.2V。这些接近的值根据总线负载可能有约 100mV 的偏差。
3、波形测量
检测时蓄电池应连接,且打开点火开关。检测PT-CAN时示波器的设置:横坐标(时间)设置为0.05ms/DIV,纵坐标(电压测量范围)设置为5V。如果用示波器测量CAN-L 和接地导线间的电压,然后在电压极限(最少)为1.5V 和电压极限(最大)为 2.5V 时得到一个近似矩形的信号;用示波器测量 CAN-H 和接地导线间的电压,然后在电压极限(最小)为2.5V 和电压极限(最大)为3.5V时得到一个近似矩形的信号,说明PT-CAN 总线无故障。
检测K-CAN 时示波器的设置:横坐标(时间)设置为 0.1ms/DIV,纵坐标(电压测量范围)设置为 10V。如果用示波器测量 CAN-L 的接地线的电压,然后在电压极限(最小)为1V和电压极限(最大)为5V时得到一个矩形的信号;用示波器测量 CAN-H 和接地导线间的电压,然后在电压极限(最小)为0V和电压极限(最大)为4V时得到一个矩形的信号,说明K-CAN总线无故障。
四、宝马5系轿车CAN总线失效与诊断
1、总线失效
K-CAN 或 PT-CAN 总线的失效原因可能是 CAN-L或 CAN-H 导线短路或某个控制单元损坏。为了查找故障原因,应按以下方法进行检修。
a、将CAN总线用户一个一个依次拔出,直至找到故障原因。
b、检查控制单元X的导线是否短路。
c、检测或更换控制单元X,如果某个控制单元至CAN总线的分支线短路,仅执行该步骤即可。
d、如果CAN总线导线自身短路,则必须检查CAN总线线束。
2、故障的诊断
a、断路:
各控制单元都有一个自己的总线接收器,一旦断路,电平可能在整个的 K-CAN 网络上保持,从而导致发送控制单元不能识别此类故障,并继续在双线模式下工作。但如果一个控制单元越过中断位传递一条消息,则接收控制单元仅在未损坏总线导线上确定活性。为此接收的控制单元识别单线控制模式并存储故障“CAN 线路故障”。如果不同的控制单元越过中断位连接的信息,则在单线模式下可能多个控制单元会在故障码存储器中记录。
为了查找中断位,应按以下方法进行检修:
①、对于输入故障“CAN线路故障”的控制单元,检查分支线是否断路。
②、如果分支线都正常,则CAN总线中存在着断路,中断位一定在输入故障“CAN 线路故障”的控制单元之间。
a、短路:
如果在系统中存在短路,则所有控制单元必定记录故障“CAN 总线故障”。为了查找短路,应进行电压和示波器测量,或根据“CAN 总线失效”的故障进行检修。
五、宝马5系轿车CAN总线故障实例分析
故障现象:
宝马 5 系轿车音响不能播放,防盗系统在停车后经常报警,倒车雷达工作异常,以及转向灯与前照灯失控。
故障排除:
根据上述故障现象,先用专用故障诊断仪 GTI 检测,发现K-CAN 数据总线系统(图 1)覆盖的控制单元除组合仪表以外都不能诊断,K-CAN 处于瘫痪状态。经分析认为该故障的原因有:①K-CAN 覆盖的控制单元均失去电源;②K-CAN总线短路;③组合仪表损坏。
首先验证第1个故障原因:先检查中央信息处理器内的音响主机和CD 转换盒电源,在按动音响主机电源开关时,主机显示屏亮起,并且可以正常进出碟片,检测 CD 转换盒电源正常,说明电源正常。
接着检测 K-CAN 传输信号电平,没有信号输出。怀疑因某块控制单元损坏造成 K-CAN 短路,于是从总线网络上逐一脱离控制单元进行检查。将最易拆卸的音响主机从总线上脱开时 K-CAN 就恢复正常了,说明引起 K-CAN 故障的原因是由于音响主机内部网络收发器对地短路。更换音响主机后试车,系统工作正常。