该故障产生的机理是当车载网络系统的链路(或通信线路)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。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。
(1)车载网络系统链路故障分析
若网络系统有故障,将会出现一定的故障现象,常见的网络故障现象如下。
1)数据总线的两根导线短路。若两根导线之间短路,将导致整个网络失效。
2)导线对搭铁短路。若两根导线中的某一根对搭铁短路,则接上解码器诊断时无模块响应。
3)导线对电源短路。若两根导线中的某一根对电源短路,将导致整个网络失效。
4)一根导线断路。若单根导线断路,则仍可进入“DATA LINK DIAGNOSTIC(数据链接诊断)”菜单并进行测试。
5)两根导线都断路。若两根导线在靠近数据链接接头(诊断接头)处发生断路,解码器和网络之间将无法通信。不过在网络的一个分支上两根导线都断路时,只有断点后面的模块无法与解码器通信。
6)两根导线均对搭铁短路。若两根导线都对搭铁短路,将导致整个网络失效。各控制模块将按“故障模式”工作。汽车可以起动或行驶,但模块将只能使用与其直接连接的传感器。
7)控制模块内部故障(详见后述)。若控制模块内部出现故障,将导致整个网络失效。
在发生故障时,汽车处于故障模式。这是PCM的一种缺省运行模式,以在发生重大故障时能够允许发动机和变速器以限定的能力继续工作。
(2)CAN数据总数的波形分析及终端电阻的测量分析
在相应的控制模块上找到CAN数据总线,然后用多通道示波器检查这两条线上的波形,CAN高位(CAN-High)和低位(CAN-Low)数据线上的波形的电位应是刚好相反,即当一个为高电位时另一个为低电位,两条线的电压和总等于常值。我们并不需要了解此时此刻CAN数据总线正在传递什么信息,而是看这两条线上的波形是否均为正常的方波,且两者电位相反即可。如果某一条线出现0V,则可能是该线断路或者与搭铁短路;如一条线为12V,则该线与正极短路。通常我们用万用表去分别测量CAN高位(CAN-High)和低位(CAN-Low)数据线与搭铁之间的电压时,正常情况下,两电压值之和等于5V,一般CAN高位(CAN-High)线上电压为2.5~3.5V范围,CAN低位(CAN-Low)线上电压为1.5~2.5V范围,且两者之和等于5V,比如,用万用表检测CAN高位(CAN-High)线上电压为3.3V,则同一时间用万用表测量CAN低位(CAN-Low)线上电压应为1.7V。如图9-21所示。
图9-21 CAN-High、CAN-Low数据线波形
当怀疑某两个控制模块之间的CAN BUS线出现故障时,可以用万用表对这两个模块之间的CAN BUS线进行检查,并注意检查线束插接器端口和接头是否损坏、弯曲和松脱(接头侧和线束侧)。
在检查CAN线是否与搭铁短路时,如果诊断接口也采用了CAN线,最方便的地方就是在诊断座处进行检查,日产天籁轿车的诊断座上6#端子为CAN-High端子,14#为CAN-Low端子,检查其是否与搭铁短路如图9-22所示。
实际检查时,还可充分利用两个数据传递终端电阻进行CAN线路故障范围的确定,我们知道在系统完全正常的情况下,断开电源,拔下整个CAN数据传输系统中除作为CAN数据传输系统终端的两块电脑外的任一模块,在拔下的模块上找到CAN BUS线,用万用表测量线束侧的两CAN BUS线之间的电阻都应为两个数据传递终端电阻并联后的电阻值,对于高速CAN数据传输系统来说通常为60Ω左右。否则说明CAN线路或作为CAN数据传输系统终端的两块电脑故障。此时再检查作为CAN数据传输系统终端的两块电脑的数据传递终端电阻,如正常,则为CAN线路故障。举个例子来说明如下:
如日产天籁轿车CAN类型1(参见图9-3),其数据传递终端电阻分别装在ECM和IPDM E/R中。将点火开关转到OFF位置,断开蓄电池负极电缆。
首先检查数据连接接口M32端口6(L)和14(P)之间的电阻应为54~66Ω(图9-23)。
图9-22 在诊断座处检查CAN线是否搭铁
图9-23 在数据连接接口处检查
断开一体化仪表和A/C放大器接头。检查一体化仪表和A/C放大器线束接头M41端口1(L)和11(P)之间的电阻应为54~66Ω(图9-24)。
断开BCM接头,检查BCM线束接头M3端口39(L)和40(P)之间的电阻应为54~66Ω(图9-25)。
图9-24 在一体化仪表和A/C放大器接头处检查
图9-25 在BCM接头处检查
断开TCM接头,检查TCM线束接头F104端口5(L)和6(P)之间的电阻应为54~66Ω(图9-26)
断开ABS执行器和电气单元(控制单元)的接头,检查ABS执行器和电气单元(控制单元)线束接头E240端口20(L)和23(P)之间的电阻应为54~66Ω(图9-27)。
断开ECM接头,检查ECM线束接头M51端口94(L)和86(P)之间的电阻。
94(L)—86(P):108~132Ω(图9-28),这是因为IPDM E/R中还有一个数据传递终端电阻。
图9-26 在TCM接头处检查
图9-27 在ABS模块连接器处检查
单独断开IPDM E/R接头,检查IPDM E/R线束接头E9端口48(L)和49(P)之间的电阻应为108~132Ω(图9-29),这是因为ECM中有一个数据传递终端电阻。
图9-28 在ECM接头处检查
图9-29 在IPDM E/R接头处检查
如果在断开TCM接头后,检查TCM线束接头F104端口5(L)和6(P)之间的电阻为∞,而断开其他模块接头测量得到的电阻均正常,那么就可断定断路故障发生至TCM的CAN支路上,如图9-30所示的阴影部分。
一般说来,终端电阻的测量步骤如下:
1)将蓄电池的电极线拔除。
2)等待大约5min,直到所有的电容器都充分放电。(www.xing528.com)
3)连接测量仪器并测量总阻值。
4)将一个带有终端电阻控制单元的插头拔下来。
5)检测总的阻值受否发生变化。
6)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。
图9-30 TCM的CAN支路线路断路
7)检测总的阻值受否发生变化。
8)分析测量结果。
以奥迪A21.4车型为例,其CAN-Antrieb总线(驱动总线)的总阻值:带有终端电阻的两个控制单元是连接相通的。测量的结果是每一个终端电阻大约为120Ω,总的阻值为60Ω。通过该测量可以得出判断,连接电阻是正常的。
对总的阻值测量后,还需要将一个带有终端电阻控制单元的插头拔下,进行两次的单个电阻的测量。若在控制单元被拔取后测量的阻值发生了变化,则说明两个阻值都正常。
操作程序也是很重要的,对于所有车型终端电阻的阻值是不同的。例如,A31.9TDI车型在ESP控制单元出现了故障,阻值显示的为66Ω。这说明,仅测量到了带有66Ω的发动机控制单元的阻值。以前该车型装置有两个120Ω的终端电阻,在电阻完好的情况下总的阻值大约60Ω。但是将该发动机控制单元拔下后,阻值变为∞。在该情况下如果没有进行进一步的复核校验,则以为该车辆是正常的。误认为66Ω为两个120Ω的总阻值。
实际维修中,我们可以使用数字示波器对CAN数据总线进行波形检测来诊断CAN总线系统故障。现以大众车系的动力总线为例对CAN数据总线进行波形分析。示波器采用大众专用诊断仪VAS 5051自带的示波器功能(DSO功能)模块。为了在测试仪DSO功能下分析CAN总线的电压,要求采用在无干扰功能下的DSO显示。提示:在测量CAN总线时应注意准确调整DSO的时间值、电压值和触发信号。图9-31中时间设置为20μs/格,电压为0.5V/格,两条CAN-BUS总线每一条线都通过一个通道进行测量。这里通道A红色的测量线连接CAN-High,黑色的测量线连接接地;通道B红色的测量线连接CAN-Low,黑色的测量线连接接地。通过DSO图形的分析可以很容易发现故障。
图9-31中,通道A显示CAN-High波形,通道B显示CAN-Low波形,通道A、通道B的零线坐标置于等高(黄色的零标记被绿色的零标记所遮盖)。在同一零坐标线下对电压值进行分析更为简便。电压/单位的设定在0.5V/单位值的设定下,DSO的显示被较好地利用。这便于电压值的读取。触发点的设定,它位于被测定信号的范围内。在CAN-High信号为2.5~3.5V,在CAN-Low信号为1.5~2.5V。时间单位值应尽可能选择得小一些,最小的时间单位值为0.02ms/单位。DSO没有更小的时间单位,为此要显示单一比特(2μs在CAN-Antrieb)是不可能的。
图9-31 示波器的设置示例
1—Kanal A(通道A)测量CAN-High 2—Kanal B(通道B)测量CAN-Low 3—Kanal A和Kanal B的零线坐标 4—Kanal B的电压/单位的设定 5—Kanal A的电压/单位的设定 6—触发点的设定 7—时间单位值为0.02ms/单位 8—显示为一条信息
正常情况下,CAN-BUS驱动总线的CAN-High与CAN-Low的隐性电压电位大约为2.5V,CAN-High的显性电压电位大约为3.5,CAN-Low的显性电压电位大约为1.5V。大众车系的CAN舒适系统数据总线的显性、隐性电压与CAN-BUS驱动总线的并不一样,这点请大家注意。
当示波器上显示的波形如图9-32所示时,说明故障原因应为CAN-High与CAN-Low短路。此时,电压电位置于隐性电压值(大约2.5V)。通过插拔CAN-Antrieb总线(驱动总线)上的控制单元可以判断,是由于控制单元引起的短路还是由于CAN-High和CAN-Low线路连接引起的短路。当为线路短路引起的短路,需要将CAN线组(CAN-High和CAN-Low)从线节点处依次拔取,同时注意DSO的图形。当故障线组被取下后,DSO的图形恢复正常。
图9-32 CAN-High与CAN-Low短路的波形
图9-33 CAN-High对正极短路
当示波器上显示的波形如图9-33所示时,则说明故障原因应为CAN-High对正极短路。
此时CAN-High线的电压电位被置于12V,CAN-Low线的隐性电压被置于大约12V。该故障的判断方法与CAN-High与CAN-Low短路故障的判断方法相同,仍可采用依次断开法。
当示波器上显示的波形如图9-34所示时,则说明故障原因应为CAN-High对搭铁短路。
此时CAN-High的电压位于0V,CAN-Low的电压也位于0V。可是在CAN-Low线上还能够看到一小部分的电压变化。
图9-34 CAN-High对搭铁短路
当示波器上显示的波形如图9-35所示时,则说明故障原因应为CAN-Low对搭铁短路。CAN-Low的电压大约为0V,CAN-High线的隐性电压也被降至0V。
当CAN-Low对正极短路时,两条总线电压都大约为12V,波形如图9-36所示。
图9-35 CAN-Low对地短路
图9-36 CAN-Low对正极短路
当CAN-High断路时,CAN-High的显性电压时高时低,有时会低于隐性电压,即出现低于隐性电压(2.5V)的脉冲,波形如图9-37所示。
当CAN-Low断路时,CAN-Low线上会出现高于隐性电压的脉冲,波形如图9-38所示。因CAN-Low断路,电流无法再流向中央终端电阻,通过CAN-High线,两条导线电压均接近5V。如果还有其他控制单元在工作,那么图中显示出的电平就会与CAN-Low线上的正常电压一同在变化。
图9-37 CAN-High断路
当示波器上显示的波形如图9-39所示时,说明故障原因应为一个或多个控制单元上的CAN-High线和CAN-Low线装混了。
图9-38 CAN-Low断路
图9-39 CAN-High线和CAN-Low线装混了
当线接混时,CAN-Low线上会出现一条高于2.5V的电压波形曲线,当一个控制单元或一组控制单元的CAN-High线与CAN-Low线接混时,暂时在显示屏上不一定就能看出有什么差别。出现差别的频率可能非常低,以至于经过很长时间也不会显示出来。
如果控制单元装混了,那么就无法进行数据交换了,CAN信息中断导致控制单元彼此相互干扰,这种情况积累多了就会产生“故障帧”(即Error-Frames,就是CAN数据总线上的故障记录)。
故障查寻的其他方法:仔细测量无法进行通信的控制单元和可以进行通信的控制单元之间的导线(按电路图),故障肯定就在这两个控制单元之间。这种故障主要发生在安装新件或以前曾经修理过数据总线的导线的情况下!
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