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CAN 总线上的测量

翁德沃彭:

  • 介绍
  • 诊断 CAN 总线信号低/中速
  • 高速诊断CAN总线信号
  • 用万用表诊断

内嵌:
如果怀疑 CAN 总线存在故障,可以通过测量线路上的电压电平等方式进行诊断。
CAN 总线消息的内容最初并不重要。我们可以使用万用表和示波器对 CAN 总线进行测量。使用万用表进行测量确实有局限性;测量电压时,仅显示平均值。测量中断或短路时,万用表的作用有限。需要使用示波器来测量电压电平并评估信号是否具有干净的路径。

该页面解释了 CAN 总线系统的工作原理以及消息的结构 CAN总线。 本页重点介绍如何测量 CAN 总线 示波器万用表 并描述了可能的故障和原因。

诊断CAN总线信号低/中速:
使用双通道示波器,可以同时测量相对于地的 CAN-high 和 CAN-low。下面的两张示波器图像显示了舒适总线的 CAN 总线信号。这也称为“低速”或“中速”。我们经常在舒适电子设备中找到该网络,例如车门电子设备、BCM、空调控制单元和仪表板。电压如下:

  • CAN-低:静止时 0 伏,活动时 4 伏;
  • CAN-高:空闲 5 伏,活动 1 伏。

当我们将两个测量通道的零线设置到 Y 轴相同的高度时,信号合并。 因此,建议将 CAN-low 的 Y 轴向上移动以进行读取。 在下面的第二张图中,零线的高度发生了变化,以便可以正确比较 CAN 高低电压曲线。

请注意:与高速 CAN 网络不同,低速和中速 CAN 网络通常不配备终端电阻。因此,对故障进行的测量也不同。本节显示低速和中速网络可能出现的中断,下一节显示高速网络。

CAN-high 和 CAN-low(低速),零线与 Y 轴处于同一高度
通过移动 Y 轴对 CAN-high 和 CAN-low 进行相同的测量

CAN-高电平对地短路:
CAN 高电平存在接地短路。 如果绝缘损坏,接线可能会与车身接触,或者 ECU 中会发生接地短路。

在下面的测量中,我们看到通道 B 上有一条 0 伏的恒定电压线。

CAN高线对地短路

CAN-low 接地短路:
CAN-low 中存在接地短路。 如果绝缘损坏,接线可能会与车身接触,或者 ECU 中会发生接地短路。

在下面的测量中,我们看到通道 A 上有一条 0 伏的恒定电压线。

CAN 低电平对地短路

CAN-high 与正极短路:
在 CAN 高点有一个正向闭合。 如果线束中多根电线的绝缘层损坏,则线路可能会相互接触,或者在 ECU 中发生正极短路。

在下面的两个测量中我们看到:

  1. 通道超量程:通道B(红色)的电压范围需要增加;
  2. 在通道 B 上,我们看到(在 20 V 范围内)一条等于电池电压的恒压线。
CAN 高电平与正极 (1) 短路。 超出测量范围。
CAN 高电平与正极 (2) 短路。 测量范围已调整。

CAN-low 与正极短路:
CAN-low 有一个正极电路。 如果线束中多根电线的绝缘层损坏,则线路可能会相互接触,或者在 ECU 中发生正极短路。

在下面的两个测量中我们看到:

  1. 通道超量程:通道A(蓝色)的电压范围需要增加;
  2. 在通道 A 上,我们看到(在 20 V 范围内)一条等于电池电压的恒压线。
CAN 低电平与正极 (1) 短路。 超出测量范围。
CAN 低电平与正极 (2) 短路。 测量范围已调整。

CAN-high 与 CAN-low 短路:
当 CAN-low 相互连接时,CAN-low 会改变 CAN-high 的电压曲线。 CAN-high 和 CAN-low 之间的短路可能发生在接线中,其中两条 CAN 总线导线的绝缘层已磨损,或者由于 ECU 的印刷电路板存在缺陷。

在下图中,我们看到 CAN 高线和低线相互短路的双通道测量。

CAN-high 和 CAN-low 之间短路

CAN-high 上的通信偶尔会下降:
与 CAN High 中的一个控制单元的通信中断。 该控制单元不再通过 CAN-high 发送和接收数据,但 CAN-low 仍然起作用。 这意味着沟通和阅读仍然是可能的。

当相关控制单元的插头断开时,CAN-low数据也会消失,并且CAN-high和CAN-low之间的差异不再可见。

在下图中,我们看到 CAN-高电平在某个点保持凹陷,而数据在 CAN-低电平上发送。

CAN-high 状态下通信偶尔会中断

在 CAN-low 上通信偶尔会丢失:
与 CAN-low 中的一个控制单元的通信中断。 该控制单元不再通过 CAN-low 发送和接收数据,但 CAN-high 仍然起作用。 这意味着沟通和阅读仍然是可能的。

当相关控制单元的插头断开时,CAN-high 数据也会消失,并且 CAN-high 和 CAN-low 之间的差异不再可见。

在下图中,我们看到 CAN-low 在某个点保持隐性,而数据在 CAN-high 上发送。

CAN 低电平时通信偶尔会中断

高速诊断CAN总线信号:
对高通信速度非常重要的ECU配备了高速CAN网络。例如,这包括内燃机的 ECU、自动变速箱、ABS/ESP/EBS 和安全气囊。高速网络总是配备有终端电阻。因此,接线和 ECU 中的故障也会导致不同的电压分布,这有时会比舒适网络更难以诊断。与往常一样,在我们处理故障之前,首先会显示无故障的情况。

高速网络的电压如下:

  • CAN-高:空闲 2,5 伏,活动 3,5;
  • CAN-低:空闲 2,5 伏,活动 1,5 伏。

当 CAN 高电平和低电平均为 2,5 伏时,总线为隐性(静止状态)。当 CAN 高电平上升且 CAN 低电平下降时,总线变为主导并形成一个位。下图显示了正确的高速 CAN 总线信号的屏幕截图。

当测量此类信号并且可见大量噪声时,建议从车辆上取下电池充电器并将示波器连接到车辆的接地(汽车示波器背面有一个“接地”连接),并且采样频率可以使信号更加纯净。采样率使信号平滑,因此如果偏离标准值太远,CAN 信号可能会失真太多。

为清楚起见,在下图中,CAN-high 为红色,CAN-low 为蓝色。

CAN-high 和 CAN-low(高速),零线与 Y 轴处于同一高度

CAN-高电平对地短路:
CAN 高电平存在接地短路。 如果绝缘损坏,接线可能会与车身接触,或者 ECU 中会发生接地短路。

在下面的测量中,您可以看到 CAN-high(红色)恰好为 0 伏,因为它对地短路。 CAN-low(蓝色)略高于零线。当放大这个信号时,这会变得更加清晰。由于 CAN-high 正好为 0 伏,而 CAN-low 则高出零点几伏,因此我们可以得出结论,CAN-high 与地发生短路。

CAN高线对地短路

CAN-low 接地短路:
CAN-low 中存在接地短路。 如果绝缘损坏,接线可能会与车身接触,或者 ECU 中会发生接地短路。

在下面的测量中,我们看到 CAN-low 为 0 伏。尽管有些噪音是可见的,但我们可以忽略它。 CAN-low 接地短路。我们看到 CAN 高压线持续上升,但这还不足以开始通信。示波器图像还显示 CAN-low 的电压始终低于 CAN-high 的电压(红色始终略高于蓝色),这意味着我们可以假设 CAN-low 接地短路。

CAN 低电平对地短路

CAN-high 与正极短路:
在 CAN 高点有一个正向闭合。 如果线束中多根电线的绝缘层损坏,则线路可能会相互接触,或者在 ECU 中发生正极短路。

在下图中,我们看到类似于 CAN-low 接地短路情况的现象。 CAN-high(红色)已升至 12 伏左右的板载电压。 CAN-low(蓝色)的电压也有所增加,并且仍在尝试通过降低信号进行通信。由于未建立通信,负电压峰值会继续重复。

CAN 高电平与正极短路

CAN-low 与正极短路:
CAN-low 有一个正极电路。 如果线束中多根电线的绝缘层损坏,则线路可能会相互接触,或者在 ECU 中发生正极短路。

在下面的测量中,我们看到 CAN-high 和 CAN-low 约为 12 伏。然而,CAN-low 的电压比 CAN-high 高约 200 mV。 CAN-low 也随之提升了 CAN-high。这说明CAN-low与+短路了。

CAN-低电平与正极短路

CAN-high 与 CAN-low 短路:
当 CAN-low 相互连接时,CAN-low 会改变 CAN-high 的电压曲线。 CAN-high 和 CAN-low 之间的短路可能发生在接线中,其中两条 CAN 总线导线的绝缘层已磨损,或者由于 ECU 的印刷电路板存在缺陷。

在下图中,我们看到 CAN-high 和 CAN-low 彼此短路的双通道测量。两个通道上的电压均为 2,5 伏。

CAN-high 和 CAN-low 短接在一起

用万用表诊断:
使用万用表测量 CAN 总线电压电平是不明智的。 万用表显示许多不同电压下的平均值,因此无法做出正确的诊断。 必须使用示波器来测量电压。

我们可以使用万用表测量(仅)带有终端电阻的高速CAN网络的电阻。下面的测量结果显示了三种不同情况下的欧姆电阻:正常运行的系统、开路以及 CAN-high 和 CAN-low 之间的短路。在低/中(舒适)网络中,很少使用终端电阻,并且无法执行这些测量。

无干扰:
在页面上 CAN总线 据描述,网络中有两个终端电阻。 终端电阻的阻值均为 120 欧姆。 在无故障系统中,我们将测量 CAN-high 和 CAN-low 之间的 60 欧姆替换电阻。

请注意:只有在所有控制单元的电源都关闭的情况下,我们才能测量这一点!

中断:
如果 CAN 高线或 CAN 低线发生中断,我们将不再测量 60 欧姆的替换电阻。 图中我们只测量电阻R2(120欧姆)的值。

短路:
在 CAN 总线线相互连接(即相互短路)的情况下,我们测量到大约 0 欧姆的电阻值。

在下一次故障期间,两条 CAN 线都会中断。 现在总线上会有很多干扰(噪音)。 如果干扰和反射太大,导致消息失真,则节点 1、3、4 可以相互通信。 因此,节点2和5也可以在遇到相同问题的情况下相互通信。

某些 CAN 网络在一根线路中断时也能正常工作。 错误代码将被存储,并且来自各个系统的消息将通过警告灯通知驾驶员。 这些网络配备了容错 CAN 收发器。 根据所使用的收发器,可能会发生不同类型的错误,而不会丢失节点之间的通信。 这些 CAN 收发器也可以在上述正极和接地短路故障(当然还有各种错误消息)的情况下正常工作。

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