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CAN 總線上的測量

科目:

  • 介紹
  • 診斷 CAN 總線訊號低/中速
  • 高速診斷CAN總線訊號
  • 用萬用電錶診斷

介紹:
如果懷疑 CAN 總線故障,可以透過測量線路上的電壓電平等方式進行診斷。
CAN 總線訊息的內容最初並不重要。我們可以使用萬用電錶和示波器對 CAN 總線進行測量。使用萬用電表進行測量確實有其限制;測量電壓時,僅顯示平均值。測量中斷或短路時,萬用電錶的作用有限。需要使用示波器來測量電壓位準並評估訊號是否具有乾淨的路徑。

該頁面解釋了 CAN 總線系統的工作原理以及訊息的結構 CAN總線。 本頁重點在於如何測量 CAN 總線 示波器萬用表 並描述了可能的故障和原因。

診斷CAN總線訊號低/中速:
使用雙通道示波器,可以同時測量相對於接地的 CAN-high 和 CAN-low。下面的兩張示波器影像顯示了舒適匯流排的 CAN 總線訊號。這也稱為“低速”或“中速”。我們經常在舒適電子設備中找到該網絡,例如車門電子設備、BCM、空調控制單元和儀表板。電壓如下:

  • CAN-低:靜止時 0 伏特,活動時 4 伏特;
  • CAN-高:空閒 5 伏特,活動 1 伏特。

當我們將兩個測量通道的零線設定到 Y 軸相同的高度時,訊號合併。 因此,建議將 CAN-low 的 Y 軸向上移動以進行讀取。 在下面的第二張圖中,零線的高度發生了變化,以便可以正確比較 CAN 高低電壓曲線。

請注意:與高速 CAN 網路不同,低速和中速 CAN 網路通常不配備終端電阻。因此,對故障進行的測量也不同。本節顯示低速和中速網路可能出現的中斷,下一節顯示高速網路。

CAN-high 與 CAN-low(低速),零線與 Y 軸處於相同高度
透過移動 Y 軸對 CAN-high 和 CAN-low 進行相同的測量

CAN-高電平對地短路:
CAN 高電平存在接地短路。 如果絕緣損壞,接線可能會與車身接觸,或 ECU 中會發生接地短路。

在下面的測量中,我們看到通道 B 上有一條 0 伏特的恆定電壓線。

CAN高線對地短路

CAN-low 接地短路:
CAN-low 中存在接地短路。 如果絕緣損壞,接線可能會與車身接觸,或 ECU 中會發生接地短路。

在下面的測量中,我們看到通道 A 上有一條 0 伏特的恆定電壓線。

CAN 低電平對地短路

CAN-high 與正極短路:
在 CAN 高點有一個正向閉合。 如果線束中多根電線的絕緣層損壞,則線路可能會相互接觸,或在 ECU 中發生正極短路。

在下面的兩個測量中我們看到:

  1. 通道超量程:通道B(紅色)的電壓範圍需增加;
  2. 在通道 B 上,我們看到(在 20 V 範圍內)一條等於電池電壓的恆壓線。
CAN 高電位與正極 (1) 短路。 超出測量範圍。
CAN 高電位與正極 (2) 短路。 測量範圍已調整。

CAN-low 與正極短路:
CAN-low 有一個正極電路。 如果線束中多根電線的絕緣層損壞,則線路可能會相互接觸,或在 ECU 中發生正極短路。

在下面的兩個測量中我們看到:

  1. 通道超量程:通道A(藍色)的電壓範圍需增加;
  2. 在通道 A 上,我們看到(在 20 V 範圍內)一條等於電池電壓的恆壓線。
CAN 低電位與正極 (1) 短路。 超出測量範圍。
CAN 低電位與正極 (2) 短路。 測量範圍已調整。

CAN-high 與 CAN-low 短路:
當 CAN-low 相互連接時,CAN-low 會改變 CAN-high 的電壓曲線。 CAN-high 和 CAN-low 之間的短路可能發生在接線中,其中兩條 CAN 總線導線的絕緣層已磨損,或由於 ECU 的印刷電路板有缺陷。

在下圖中,我們看到 CAN 高線和低線相互短路的雙通道測量。

CAN-high 和 CAN-low 之間短路

CAN-high 上的通訊偶爾會下降:
與 CAN High 中的一個控制單元的通訊中斷。 此控制單元不再透過 CAN-high 發送和接收數據,但 CAN-low 仍然運作。 這意味著溝通和閱讀仍然是可能的。

當相關控制單元的插頭斷開時,CAN-low資料也會消失,並且CAN-high和CAN-low之間的差異不再可見。

在下圖中,我們看到 CAN 高電平在某個點保持凹陷,而資料在 CAN 低電平上發送。

CAN-high 狀態下通訊偶爾會中斷

在 CAN-low 上通訊偶爾會遺失:
與 CAN-low 中的一個控制單元的通訊中斷。 此控制單元不再透過 CAN-low 發送和接收數據,但 CAN-high 仍然運作。 這意味著溝通和閱讀仍然是可能的。

當相關控制單元的插頭斷開時,CAN-high 資料也會消失,並且 CAN-high 和 CAN-low 之間的差異不再可見。

在下圖中,我們看到 CAN-low 在某個點保持隱性,而資料在 CAN-high 上發送。

CAN 低電平時通訊偶爾會中斷

高速診斷CAN總線訊號:
對高通訊速度非常重要的ECU配備了高速CAN網路。例如,這包括內燃機的 ECU、自動變速箱、ABS/ESP/EBS 和安全氣囊。高速網路總是配備有終端電阻。因此,接線和 ECU 中的故障也會導致不同的電壓分佈,這有時會比舒適網路更難以診斷。像往常一樣,在我們處理故障之前,首先會顯示無故障的情況。

高速網路的電壓如下:

  • CAN-高:空閒 2,5 伏特,活動 3,5;
  • CAN-低:空閒 2,5 伏,活動 1,5 伏特。

當 CAN 高電位和低電平均為 2,5 伏特時,總線為隱性(靜止狀態)。當 CAN 高電平上升且 CAN 低電平下降時,總線變為主導並形成一個位元。下圖顯示了正確的高速 CAN 總線訊號的螢幕截圖。

當測量此類訊號並且可見大量雜訊時,建議從車輛上取下電池充電器並將示波器連接到車輛的接地(汽車示波器背面有一個「接地」連接),並且取樣頻率可以使訊號更加純淨。取樣率使訊號平滑,因此如果偏離標準值太遠,CAN 訊號可能會失真太多。

為清楚起見,在下圖中,CAN-high 為紅色,CAN-low 為藍色。

CAN-high 與 CAN-low(高速),零線與 Y 軸處於相同高度

CAN-高電平對地短路:
CAN 高電平存在接地短路。 如果絕緣損壞,接線可能會與車身接觸,或 ECU 中會發生接地短路。

在下面的測量中,您可以看到 CAN-high(紅色)恰好為 0 伏,因為它對地短路。 CAN-low(藍)略高於零線。當放大這個訊號時,這會變得更加清晰。由於 CAN-high 正好為 0 伏特,而 CAN-low 則高出零點幾伏,因此我們可以得出結論,CAN-high 與地發生短路。

CAN高線對地短路

CAN-low 接地短路:
CAN-low 中存在接地短路。 如果絕緣損壞,接線可能會與車身接觸,或 ECU 中會發生接地短路。

在下面的測量中,我們看到 CAN-low 為 0 伏特。儘管有些噪音是可見的,但我們可以忽略它。 CAN-low 接地短路。我們看到 CAN 高壓電線持續上升,但這還不足以開始通訊。示波器影像也顯示 CAN-low 的電壓始終低於 CAN-high(紅色始終略高於藍色),這意味著我們可以假設 CAN-low 接地短路。

CAN 低電平對地短路

CAN-high 與正極短路:
在 CAN 高點有一個正向閉合。 如果線束中多根電線的絕緣層損壞,則線路可能會相互接觸,或在 ECU 中發生正極短路。

在下圖中,我們看到類似 CAN-low 接地短路情況的現象。 CAN-high(紅色)已升至 12 伏特左右的板載電壓。 CAN-low(藍色)的電壓也有所增加,並且仍在嘗試透過降低訊號進行通訊。由於未建立通信,負電壓峰值會繼續重複。

CAN 高電平與正極短路

CAN-low 與正極短路:
CAN-low 有一個正極電路。 如果線束中多根電線的絕緣層損壞,則線路可能會相互接觸,或在 ECU 中發生正極短路。

在下面的測量中,我們看到 CAN-high 和 CAN-low 約為 12 伏特。然而,CAN-low 的電壓比 CAN-high 高約 200 mV。 CAN-low 也隨之提升了 CAN-high。這說明CAN-low與+短路了。

CAN-低電平與正極短路

CAN-high 與 CAN-low 短路:
當 CAN-low 相互連接時,CAN-low 會改變 CAN-high 的電壓曲線。 CAN-high 和 CAN-low 之間的短路可能發生在接線中,其中兩條 CAN 總線導線的絕緣層已磨損,或由於 ECU 的印刷電路板有缺陷。

在下圖中,我們看到 CAN-high 和 CAN-low 彼此短路的雙通道測量。兩個通道上的電壓均為 2,5 伏特。

CAN-high 和 CAN-low 短接在一起

用萬用電錶診斷:
使用萬用電表測量 CAN 總線電壓位準是不明智的。 萬用電表顯示許多不同電壓下的平均值,因此無法做出正確的診斷。 必須使用示波器來測量電壓。

我們可以使用萬用電表測量(僅)帶有終端電阻的高速CAN網路的電阻。以下的測量結果顯示了三種不同情況下的歐姆電阻:正常運作的系統、開路以及 CAN-high 和 CAN-low 之間的短路。在低/中(舒適)網路中,很少使用終端電阻,並且無法執行這些測量。

無幹擾:
在頁面上 CAN總線 據描述,網路中有兩個終端電阻。 終端電阻的阻值均為 120 歐姆。 在無故障系統中,我們將測量 CAN-high 和 CAN-low 之間的 60 歐姆替換電阻。

請注意:只有在所有控制單元的電源都關閉的情況下,我們才能測量這一點!

中斷:
如果 CAN 高線或 CAN 低線發生中斷,我們將不再測量 60 歐姆的替換電阻。 圖中我們只測量電阻R2(120歐姆)的值。

短路:
在 CAN 總線線相互連接(即相互短路)的情況下,我們測量到大約 0 歐姆的電阻值。

在下一次故障期間,兩條 CAN 線都會中斷。 現在總線上會有很多幹擾(噪音)。 如果幹擾和反射太大,導致訊息失真,則節點 1、3、4 可以相互通訊。 因此,節點2和5也可以在遇到相同問題的情況下相互通訊。

某些 CAN 網路在一條線路中斷時也能正常運作。 錯誤代碼將被存儲,並且來自各個系統的訊息將透過警告燈通知駕駛員。 這些網路配備了容錯 CAN 收發器。 根據所使用的收發器,可能會發生不同類型的錯誤,而不會遺失節點之間的通訊。 這些 CAN 收發器也可以在上述正極和接地短路故障(當然還有各種錯誤訊息)的情況下正常運作。

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