《新能源汽车故障诊断技术》课件-2-4动力CAN故障诊断检修

2-4动力CAN故障诊断检修填写工作页（二.引案例）1.填写车辆基本信息2.车辆出现了什么问题？3.你的工作任务

故障案例故障案例：

王先生的一辆2018年产比亚迪e5纯电动汽车，按下启动按钮上电，仪表显示“请检查动力系统、电子驻车系统、请及时充电”等故障文本提示，且多个故障警告灯同时点亮，如图所示。初步诊断为动力CAN系统存在故障，请给予解决。扫码观看故障案例视频完成工作页

验证故障现象验证故障现象，方法正确、关注细节，培养学生严谨、认真的工作态度。1.实操验证整车故障现象，

确认仪表显示、

整车状态。2.填写工作页预诊断1.读取故障码和数据流。2.根据主机厂的标准对数据进行分析。3.完成车辆基本检查。a.做好高压安全防护和断电流程。b.实操车辆基本检查操作，

并注意安全事项。4.填写任务工作页。

工作页收信息学习内容知识准备一、CAN总线概述1.概述

随着汽车机电一体化程度不断增加，车载电脑的数量越来越多，控制过程也更加复杂，使用单一的电控系统已经无法满足对汽车的综合控制，而传统的数据传输系统会导致汽车线路过于复杂，增加汽车制造成本，在今后的使用和维修中会带来很多不便。车载网络系统可以有效降低汽车生产成本，提高车辆的安全性和可靠性，很好的解决了上述问题。车载网络系统在数据传输方式、拓扑技术等方面与计算机网络系统类似，但是采用特殊的数据传输协议，模块之间使用特定的标准协议进行通信。

2.主要特征CAN是控制单元区域网络（ControllerAreaNetwork）的缩写，意思是控制单元通过网络交换数据。知识准备

一、CAN总线概述高速CAN总线（动力总线）具有以下特征：

（1）传输速率:500kbit/s

（2）传递1bit所需时间:0.002ms.(平均一个信息大约需0.2ms)

（3）无数据传输时的基础电压值约为：2.5V

（4）线色:CAN-H=橙黑CAN-L=橙棕

（5）线径:0.35mm2（6）不支持单线工作模式（7）双绞线，两条数据线相互缠绕，防止电磁波干扰和向外辐射。低速CAN总线（舒适总线）具有以下特征：（1）传输速率:100kbit/s（2）传递1bit所需时间:0.010ms.(平均一个信息大约需1.1ms)（3）无数据传输时的基础电压值为：CAN-H=0VCAN-L=5V(12V)（4）线色: CAN-H=橙绿 CAN-L=橙棕（5）

线径:0.35mm2 （6）支持单线工作模式（7）双绞线，两条数据线相互缠绕，防止电磁波干扰和向外辐射。知识准备二、CAN总线系统的基本组成车载网络主要用于各个电脑之间的信息传输共享，在系统发生故障时能够对故障信息进行存储，除此以外还要有系统休眠、唤醒等功能。以目前应用最为广泛的CAN网络为例，一个完整的车载网络应包括控制单元、数据传输线缆、网关、终端电阻几个部分。如图2-2所示。知识准备二、CAN总线系统的基本组成1.控制单元单个控制单元主要用来接收本系统内的传感器，经过运算处理后控制执行器的动作。此外，各个控制单元之间可以通过专用的接口和网线进行数据传输和共享。一个完整的控制单元包含控制器和收发器两个主要部分。其中控制器主要对各种信息和数据进行运算，将这些数据汇集在一个总线信息帧内并为信号的进一步传输做好准备。收发器主要用来接收来自网络的信息，并根据网络协议进行数据前期处理，当内部控制器对信息处理完成后，在通过收发器将信息发送至网络总线上。如图2-3所示为控制单元内部电路板，图2-4所示为其信息处理过程。知识准备根据采用的网络结构不同，目前使用的网络线缆有单线式，双绞线和光学线缆等。单线式网线主要用于LIN，class2等低速网络中，此种导线传输速率低，无需进行屏蔽。CAN网络主要采用双绞线。在信息传输过程中两条数据线来完成，彼此相互缠绕，防止电磁波干扰和向外辐射。如图2-5所示。2.数据传输线缆二、CAN总线系统的基本组成图2-5双绞线知识准备

由于在全车网络中要使用不同的子网络，这些子网络使用的协议、传输速率等均不同，因此需要网关对这些信息进行重新的解码和编译，并将所需的信息传递给其他系统，如图2-6所示。网关所起的作用类似于翻译，可以使讲不同语言的人之间进行交流。除此功能以外，网关还具有休眠及唤醒功能，比如打开车门时，发动机的控制系统也应被激活。对各控制单元的故障进行诊断和存储等功能。由于不同区域车载网络的速率和识别代号不同，因此，一个信号要从一个车载网络进入到另一个车载网络区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个数据总线系统接受，这个任务由网关(Gateway)来完成。3.网关二、CAN总线系统的基本组成图2-6

网关知识准备

除光纤使用光电信号外，其余的网络系统均使用电压信号进行数据传输。因此在导线的端部会产生反向信号。这些信号与导线上的正常信号进行叠加造成信号失真。为此需要在数据导线端部设置终端电阻来吸收这些信号能量。终端电阻不仅可以提高抗干扰能力，确保总线快速进入隐形状态，另外也可以提高信号质量。图2-7所示为使用双线的网络中终端电阻的布置形式。4.终端电阻二、CAN总线系统的基本组成图2-7

双线式网络的终端电阻知识准备

网络协议对数据传输过程中如何组织网络内的通信、如何确定信息的优先权、如何避免和排除总线冲突、总线信息格式等进行规定。是各个控制单元之间进行数据交换、运算的基础。下面就以CAN总线中的信息格式为例对上述问题进行解释。

1.显性比特和隐形比特CAN总线和LIN总线信息通过数据导线上电压的变化来传输信息。电压在低电平和高电平之间进行切换。高位状态和低位状态可以用数字0和1来表示。如图2-7所示，在信号传递过程中用高电平表示数值1，用低电平表示数值0。通过高低电平的不同组合表示不同的信息和值。三、网络协议图2-7显性比特和隐形比特知识准备2.CAN网络总线信息格式如图2-8所示为CAN网络中一个总线信息的基本结构，该信息中包含开始域、状态域等7个部分。三、网络协议（1）开始域：将要向CAN-BUS发送信息的标志。使用一个比特，且始终处于低位启用状态（显性）。（2）状态域：包括信息标识符（11bit),确定信息的优先权，且数值越小，优先级别越高。（3）控制域（检查域）：表示数据的大小即字节长度（4）数据域：要传递的信息所对应的数据（max.64bit=8byte）（5）安全域：发射数据和接收信息的控制单元检查和比较传递信息所发生的变化（检测传递数据中的错误）（6）确认域：每个控制单元，通过这两位被确认已经正确接受信息，否则将重发数据。（7）结束域：通过7位隐性显示，表示该信息数据传递结束，这里是显示错误并重发送数据的最后一次机会图2-8CAN总线信息格式知识准备3.优先级的确定在车载网络中电脑的数量多，因此要根据汽车的实际工作情况确定在某一个时刻各个信息的优先级，通过仲裁的方式避免总线信息冲突。由上图可以看出，状态域用来确认该段信息的优先级。控制单元通过比较同一时刻各信息状态域的数值大小来判断该信息的优先级。即所有控制单元同时开始向CAN-BUS发射信息时，为了避免数据冲突，在12位的状态域中预先定义数据的优先权，起始显性电位0越多（数值越小），说明其优先权级别越高。如图2-9所示，同一时刻总线在ABS系统、发动机控制系统、自动变速器三个信号的比较中发现ABS给出的信号数值最小，因此确认其最优先，体现安全优先、动力其次的控制原则。三、网络协议图2-9优先级的确定知识准备四、CAN总线传输过程1.数据转化：控制单元通过控制器将数据转化为数字信息。2.传递数据：CAN收发器向总线上传递数字信息。3.接收数据：与总线相连的控制单元均可以接收到来自同一个控制单元发送的信息。4.检查数据：控制单元检查接收数据，CAN构件的接收层判断该信息是否可用。如果该信息对本控制单元来说是有用的，则予以接收该信息；如果该信息对本控制单元来说是无用的，则可以拒绝接收。5.接受数据：控制单元接受与本系统功能有关的数字信息并将其转化；忽略无关的信息。五、CAN总线网络拓扑结构如图2-11所示，为比亚迪e5

CAN总线网络拓扑图，由图可知：比亚迪E5CAN总线网络主要包括启动网、舒适网、动力网、ESC网、空调子网等。19款比亚迪e5CAN总线网络主要包括3个主网络和4个子网络。1.动力网主要负责驱动和控制车辆，传输速率为250kbit/s，包括档位控制器、组合仪表、电池管理器、电机控制器、充配电总成等模块。主要负责车辆行驶相关模块的信号控制。终端电阻分别在网关和电池管理模块内部，均为120欧姆电阻。2.ESC网主要负责车身稳定性控制，侧重于车辆安全，属于高速CAN，包括方向盘转角传感器、ABS/ESP、诊断接口、EPB等模块，传输速率为500kbit/s，其终端电阻分别在网关和ABS模块中，均为120欧姆电阻。知识准备五、CAN总线网络拓扑结构3.舒适网主要负责传车身各功能设备之间的通信，属于低速CAN，输速率为125kbit/s，其终端电阻分别在网关和车身电脑BCM模块中，均为120欧姆电阻。4.电池子网主要负责动力电池内部温度、电压等信息的采集，传输速率为125kbit/s，其终端电阻分别在电池管理器和11个采集器模块中。5.充电网主要负责汽车充电过程中信息的通信，传输速率为125kbit/s，其终端电阻分别在电池管理器模块中。6.启动子网主要负责车辆启动的控制，属于低速CAN，传输速率为125kbit/s，其终端电阻分别在车身电脑BMC和智能钥匙I-KEY模块中。7.空调子网主要负责空调系统内部的通信。属于低速CAN，传输速率为125kbit/s，其终端电阻分别在网关和压缩机模块中。知识准备六、动力CAN总线波形分析1.正常波形分析比亚迪E5动力CAN总线传输速率为250kbit/s。用于档位控制器、组合仪表、电池管理器、电机控制器、充配电总成等模块之间的信息传递。其标准波形如图2-12所示。CAN总线空闲时电压为2.5V，总线上有信号传输时，CAN-L波形幅值在1.5V-2.5V之间高频波动，CAN-H波形幅值在2.5V-3.5V之间高频波动。在显性状态时，CAN-H为3.5V，CAN-L为1.5V，隐性状态时，电压均为2.5V。图2-12动力CAN总线标准波形知识准备六、动力CAN总线波形分析2.故障波形(1)CAN-H断路故障波形如图2-13所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-H断路后，动力CAN系统将无法进行信号传递，导致无法工作。（2）CAN-L断路故障波形如图2-14所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-L断路后，动力CAN系统将无法进行信号传递，导致无法工作。知识准备六、动力CAN总线波形分析（3）CAN-H线路串电阻故障波形如图2-15所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-H线路串联电阻后，动力CAN系统将无法进行正常的信号传递，导致动力系统工作不正常。（4）CAN-L线路串电阻故障波形如图2-16所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-L线路串联电阻后，动力CAN系统将无法进行正常的信号传递，导致动力系统工作不正常。知识准备六、动力CAN总线波形分析（5）CAN-H与CAN-L线路反接故障波形如图2-17所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-H与CAN-L线路反接后，导致波形属性相反，动力CAN系统将无法进行正常的信号传递，动力系统将无法工作。（6）CAN-H与CAN-L线路之间短路故障波形如图2-18所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-H与CAN-L线路之间短路后，动力CAN系统将无法进行正常的信号传递，导致动力系统无法工作。知识准备六、动力CAN总线波形分析（7）CAN-H对正极短路故障波形如图2-19所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-H对正极短路后，动力CAN系统将无法进行正常的信号传递，导致动力系统无法工作。CAN-L对正极短路与其类似，此处不再讲解。（8）CAN-H对负极短路故障波形如图2-20所示。图中黄色线为CAN-H，绿色线为CAN-L,当CAN-H对负极短路后，动力CAN系统将无法进行正常的信号传递，导致动力系统无法工作。CAN-L对负极短路与其类似，此处不再进行讲解。知识准备七、动力CAN总线故障诊断检修流程对于CAN总线故障，除了根据车辆自身的故障现象、仪表提示信息进行初步确认外，还可以利用诊断仪读取故障代码或数据流进一步明确CAN总线故障。如果想具体诊断CAN总线系统存在的具体故障点和故障类型，则还需要使用万用表测量其电压、电阻，使用示波器测量CAN总线信号波形等方式进一步确定故障点。1.电压测量：是指对某个控制模块的供电和接地进行测量，或对CAN-H、CAN-L的电压进行测量，通过测量结果分析其工作电压是否正常。2.电阻测量：是指对CAN总线系统的终端电阻进行测量，通过测量结果分析其电阻是否符合厂家标准。3.波形测量：是指使用示波器对CAN-H、CAN-L信号波形进行测量，通过分析波形确定故障方向。故障诊断检修实施八

、故障诊断检修实施1.

验证症状（1）首先通过向车主问诊该车的故障症状，了解之前车辆是否出现过类似情况？车辆是否出现过事故，了解车主的驾驶习惯。在维修服务系统中调取该车的维修保养记录，调取出现故障时间段的数据。（2）采取故障再现的方法验证故障现象：操纵车辆，按下启动按钮，确认仪表是否可以显示上电正常，OK灯是否正常点亮,仪表有无其他异常显示，检查换挡挡位是否正常、车辆是否可以行驶，故障现象是否再现。如果再现正确分辨是否是真的故障现象。（3）按下启动按钮上电，发现仪表“OK”灯不亮，无法上OK电，车辆无法行驶;同时仪表显示“请检查动力系统、电子驻车系统、请及时充电”等故障文本提示，且多个故障警告灯同时点亮。如图2-22所示。图2-22仪表故障提示故障诊断检修实施八

、故障诊断检修实施2.故障预诊（1）听取客户的诉求、问诊车辆情况，调取车辆维修记录了解车辆历史情况。（2）使用专用诊断仪，进入网关，读取车辆运行数据、故障码、数据流、登录维修系统查阅维修手册及维修技术报告，对故障码数据和数据流信息数据进行分析。故障故障码如图2-23所示。图2-23故障码显示故障诊断检修实施八

、故障诊断检修实施3.故障分析（1）故障产生的可能原因1)CAN网路通信线路存在故障，可能由于CAN网络线路存在短路、断路、虚接等故障导致CAN网路系统不能正常通信，从而产生该故障。2)网关、动力系统、电子驻车、动力电池等控制系统模块供电、接地等故障，可能由于某个或某几个模块的供电保险、接地点、线路等故障使模块无法正常工作，导致CAN网络系统通信异常。3)网关、动力系统、电子驻车、动力电池等控制系统模块自身故障。以上均是造成CAN总线系统故障产生的可能原因，可能由于模块内部模块芯片或集成电路等存在物理故障导致CAN网路通信异常。（2）动力CAN系统电路分析根据CAN系统拓扑图和电路原理图，分析其控制原理和线路连接控制关系。在网络系统中涉及启动网、动力网、舒适网、ESC网等，这些网络分别与网关相连接。其中动力CAN系统涉及的模块包括：整车控制器、仪表、充配电总成、电池管理器、驱动电机控制器、换挡机构等。这些模块通过动力CAN与网关连接。影响每个网络和每个模块通信是否正常的因素有：模块本身是否正常；模块供电是否正常；网络连接是否正常等。依据仪表文本或故障灯提示、故障现象、故障码等信息，初步判断为CAN网络故障。故障诊断检修实施八、故障诊断检修实施（3）故障产生的范围CAN网络系统故障一般分为三类：1）电源故障：汽车电控模块的工作电压一般在10.5-15.0V，如果汽车电源系统提供的工作电压不正常，就会使得某些电控模块出现不正常工作，这会引起整个汽车CAN总线系统出现通信故障。

2）链路故障：当出现通信线路的短路、断路或线路物理性质变化引起通信信号衰减或失真，都会导致多个电控单元工作不正常，使CAN总线系统通信异常。

3）节点故障：节点是汽车CAN总线系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块的故障。它包括软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使汽车CAN总线系统通信出现混乱或无法工作，这种故障一般会成批出现；硬件故障一般是电控模块芯片或集成电路故障，造成汽车CAN总线系统无法正常工作。如图2-23所示.故障诊断检修实施4.诊断排故（1）诊断分析

使用诊断仪检查各模块通信情况，读取故障码或数据流，根据测量结果确定故障方向和故障范围。如图2-11比亚迪e5CAN总线拓扑图所示，举例如下：1）诊断仪进行诊断时，可以进入网关模块，故障为“动力CAN总线通信故障”。分别进入动力CAN各个模块，显示无法通信，其他系统通信正常，说明动力CAN系统存在故障。2）诊断仪进行诊断时，可以进入网关模块，故障码为“舒适CAN总线通信故障”。分别进入舒适CAN各个模块，显示无法通信，其他系统通信正常，说明舒适CAN系统存在故障。3）同样方法，可以分别确认空调子网、ESC网故障。4）诊断仪进行诊断时，如果与网关无法通信，则说明诊断CAN总线、网关模块、网关模块电源存在故障。如果网关控制器无法通信，则应进一步测量网关控制器的供电和接地。通过以上初步诊断，可以大致判断是哪组CAN总线存在故障，为后续的诊断检测指明方向。八、故障诊断检修实施故障诊断检修实施4.诊断排故（2）

诊断流程

诊断流程图如图所示。

八