【摘要】本文通过收集大量的网络故障案例并进行分析和总结，得出引起车辆网络故障的基本原因。同时分析了车载网络系统自诊断的原理，开发出一套基本的网络诊断方案，对方案中的每一步骤都进行了功能性的阐述。
【关键词】汽车CAN网络；故障机理；诊断方案
目前，很多厂商都在自己生产的车辆上使用了网络系统。网络系统将车上的控制单元连接起来，实现了很多系统的信息共享，增加了控制功能，减少了线束的数量，使线束更容易布置。但网络系统的应用增加了车辆的维修难度。在与维修企业的接触中，许多维修人员对网络系统的诊断还停留在传统的方式，不能利用故障现象和诊断数据综合分析，快速排除故障。究其原因是因为不了解车载网络系统的拓补结构和工作原理，不懂得网络系统故障产生的机理，更不能使用有效的方法和仪器对网络系统进行诊断。本文对网络故障产生的原因进行了说明与总结，制定了CAN网络系统基本的诊断方案，并对每一步骤进行了说明。
一、汽车网络故障产生机理分析
在对大量的实际接触到的网络故障案例和收集的网络故障案例进行分析，引起车载网络系统故障的原因一般
有三种：
1、汽车电源系统引起的故障
该故障产生的机理是，车载网络系统的核心部分是含有通讯IC芯片的电控模块，其正常工作电压在10.5～15.0V的范围内，如果汽车电源系统提供的工作电压低于该值，一些对工作电压要求高的电控模块就会出现短暂的停止工作，从而使整个车载网络系统出现短暂的无法通讯。这种现象就如同用故障检测仪在未启动发动机时就已经设定好要检测的传感器界面，但当发动机启动时，故障检测仪往往又回到初始界面。
2、车载网络系统的链路故障
该故障产生的机理是，当车载网络系统的链路（或通讯线路）出现故障时，如通讯线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真，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讯数据信号是否与标准通讯数据信号相符。对于这部分故障本文将作重点分析。
3、车载网络的节点故障
节点是车载网络系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块的故障。它包括软件故障和硬件故障。软件故障--即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使车载网络系统通讯出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。硬件故障--一般由于通讯芯片或集成电路故障，造成车载网络系统无法正常工作。对于采用低版本信息传输协议和点到点信息传输协议的车载网络系统，如果有节点故障，将出现整个车载网络系统无法工作。在实际故障中网络节点故障一般表现为电控单元内部损坏和控制单元编码错误。应注重这两方面的检查。
二、汽车网络系统故障检测原理
数据传输时的错误可能是由于接触不良、短路、软件错误或外部强电场引起的。控制器区域网CAN网络故障检测的原理可以分为错误识别、错误处理两个方面。
1、错误识别
在网络总线上各控制单元之间的信息以高低电位组成的电码（帧）传递，发送器具有识别错误的能力以监测总线信号为基础。每个发送信息的节点同时监测总线电平，此时会立即识别所发送比特与所接收比特之间的差异。此外接收器还检查总线信号的逻辑性。
因此可以识别五种不同的错误。
汽车诊断仪2、错误处理
某个CAN节点识别到的每个错误都立即通过一条错误信息（错误帧）提供给所有其他节点。因此所有总线设备不再将此前接收的信息继续发送给应用程序微控制器。在此通过自动重复传输有错误的信息来校正错误。
为了在出现故障时不会因发送错误标志而造成控制单元在总线上的所有数据交换失效，控制单元根据一个确定的算法逐渐从总线事件中退出。因此，第一级复位后触发错误标志的节点只允许发送由高位启用（隐性）比特组成的被动错误标志。其结果是这个控制单元不会再阻碍总线上的数据交换。但是，在这种状态下该控制单元可以继续发送和接收信息。
如果一个或多个总线设备多次干扰系统且发送错误或接收错误的错误计数器达到规定限值，就会将这个或这些设备与总线完全断开。在这种总线关闭状态下，这些控制单元无法发送或接收信息。
错误主动与错误被动状态之间的过渡通过CAN控制器自动实现。只有通过相应的操作，例如软件或硬件复位，才能撤消总线关闭状态。
三、汽车网络故障诊断方案
汽车网络的应用增加了车辆故障诊断的难度。针对目前维修人员还不能有效的进行车辆网络故障诊断。本文经过对大量的网络故障案例进行研究，总结出一套针对网络诊断的基本方案（见图1）。在诊断网络故障时可以进行参考，并对其进行灵活运用。
网络故障排除诊断方案
在此方案中的每一步功能都含有若干个小的测试步骤，而且要根据具体的上一步测试结果进行下一步的诊断。方案的具体步骤在下文中具体进行解释。
1、对“验证故障现象，进行网络功能分析”的说明
当发生故障时，首先要验证故障现象，验证故障现象的同时，就要分析故障。采用总线控制的车辆，无论是总线网络故障还是挂在总线上的任一控制模块出现故障，都可能对其它控制模块（或部件）产生影响，使其不能正常工作。所以，排除这类故障时，检修思路不能仅仅局限在故障部件，还要考虑总线上的其他部件的影响。可以通过网络功能是否实现，来初步判断故障范围。判断这类故障要基于对网络拓补结构的了解，熟知在网络上传递哪些数据流。
以某品牌车型为例，网络系统拓补结构如图2所示。动力系统、舒适系统与信息娱乐系统通过数据总线接口（网关）交换数据。交换的数据有：
（1）发动机转速信息
动力系统控制模块通过数据总线向仪表组件传送数据，再由组合仪表组件驱动发动机转速表指针偏转。当发动机转速数据丢失或动力系统控制模块处于不良状态时，仪表组件将转速表驱动到Or/min。（2）燃油信息
燃油液面传感器将燃油位置信号传递给动力系统控制模块，动力系统控制模块通过数据总线给仪表组件传送燃油液面数据，再由组合仪表驱动燃油表指针偏转。当燃油数据丢失或发动机电脑处于不良状态时，仪表组件将燃油表驱动到零位置。
（3）冷却液温度信息
冷却液温度数据在动力系统控制模块内计算，动力系统控制模块通过数据总线向仪表组件传递冷却液温度数据，再由组合仪表驱动温度表指针偏转。当温度数据丢失或发动机电脑不良状态时，仪表组件将温度表驱动到低位。
（4）档位显示信息
位于变速器外壳上的档位开关将变速杆位置信号送往动力系统控制模块，动力系统控制模块再将此信号处理翻译后，通过数据总线送往仪表板，在仪表板上将有正确的变速杆位置显示。如果动力系统控制模块检测到无效的档位组合或总线有故障，仪表中将无相应的档位显示。
2、对“诊断仪器查询故障代码，根据不同的故障代码，分类进行诊断”的说明
初步判断网络系统是否故障，可以利用诊断仪读取总线系统故障代码。由于车载网络系统一般均采用节点监控，每个节点都被网络中的其他节点监控，按系统使用的逻辑环要求，网络范围内的任何节点都必须能够将感测信息发送到所有其他节点，并能从其他节点接收信息。因此，若某个节点（控制单元）出现故障，不能发送或接收相应的感测信息时，除控制单元本身能检测到总线相关故障代码（也有可能不能进入该控制单元），系统内其他控制单元也会有指向该控制单元信息传输不良的故障代码。例如大众车系的网络系统故障代码有“01336—舒适系统数据总线单线通讯”、“0133l一驾驶员侧车门J386控制单元没有通讯”等故障提示，但故障代码不能给出具体的CAN总线网络链路故障，还要采用其他的方式进行故障分析，局限性较大。
3、对“没有故障代码，查询数据流 ”的说明
使用诊断仪的读取数据流功能也可以初步判断故障。可以利用诊断仪进入测量数据块功能读取总线测量数据。
以大众车系为例中，可以读取CAN网络的通讯状态，若CAN通讯状态为1，表明在测的控制单元正在接收指定控制单元的信息。若CAN通讯状态为0，表示不能正常接收和传输信号。而每个测量数据组一般部由4个数据区排列组成，每个区分别代表了不同的内容，若该车型没有相应的控制单元时，数据就不会显示。读取数据流的功能可以帮助我们缩小故障范围。表1所示为某车型舒适网络系统故障数据流，从表中可以看到乘客车门导线出现问题，测量值与正常值不符。
4、对“执行元件测试功能”的说明
利用诊断仪进行执行元件测试功能是测试网络系统故障很直观的方法。在车载网络中，如果控制单元A的执行器不工作。通过诊断仪与控制单元A相连，指令控制单元A驱动执行元件工作，如果执行元件能够正常工作，说明控制单元A工作正常。这样的结果告诉我们重点排查与A通信的控制单元及网线的通断。
5、对“波形测试确定故障”的说明
由于通信线路短路、断路及线路物理性质引起的通信信号衰减或失真的链路故障，是汽车车载CAN总线网络类故障中概率较高的一种。常见的CAN总线网络链路故障有：CAN—H和CAN—L在某点分别对正、负极短路：某节点的CAN—H和CAN—L分别断路：CAN—H和CAN—L之间在某点短路：CAN—H和CAN—L同
时对正、负极短路。通过示波器测试出总线的波形，可以将测试出的波形与正常的波形进行对比，发现网络的链路故障。对于使用示波器测试网络故障将在在下文重点阐述。特别要说明的是在舒适CAN中，某些链路故障可以采用单线运行模式，对外部并不能表现故障现象。
6、对“使用电阻测量方法排除故障”的说明
在某些车系上可以通过对车载网络的电阻进行测量发现具体的故障点。电阻测量网络故障要和其它方法配合使用。有的网络系统如大众的某些车型不能测量舒适和信息娱乐CAN的控制单元内阻。
下面举例说明使用控制单元测量驱动CAN的电阻。如图3为某车型驱动CAN网络结构，电阻测量方法如下：
①拆开蓄电池5分钟。
④控制单元与控制单元之间的数据线的测量
在测量控制单元之间的数据线时，要将控制单元断开，测量导线的通断，电阻应小于1Ω，否则导线之间有断路的故障或其它链路故障。此方法最好配合波形测试一起进行。
结论
本文对网络故障原因及内部检测机理进行了分析，制定了使用的网络诊断方案，并对方案中的每一个步骤进行说明，维修人员可以参考本诊断方案进行CAN网络系统维修。对本诊断方案在实际应用中还要对具体车型的特点进行分析，灵活运用，才能取得更好的效果。
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