基于新能源汽车CAN总线波形的故障诊断方法
河南工业贸易职业学院汽车工程学院河南省郑州市450012
据不完全统计，2021年我国新能源汽车的年产销已经超过300万辆[1]，截至目前，保有量超过500万辆，位居世界第一。随新能源汽车产业发展而来的是汽车后市场的服务升级。新能源汽车的检测与维修是新能源汽车后市场的一个重要板块。其是否能够健康发展关系到新能源汽车产业的发展速度和发展质量。CAN总线是新能源汽车进行信息交互的重要载体，特别是动力CAN总线的通信，关系到新能源汽车的高压上电以及高压安全。目前，大多数汽车维修企业认为新能源车涉及高压，CAN总线的诊断与维修技术含量较高，存在畏难情绪，造成诊断效率低、维修质量差的局面。本研究针对新能源汽车CAN总线故障提出快速化、低成本的诊断方法，实现了新能源汽车的快速诊断与维修，降低了企业维修成本。
CAN总线由双绞线、收发器、控制单元等组成[2]，收发器和控制单元多集中在一起。两根双绞线一条被标记为CAN-H，另一条被标记为CAN-L[3]。CAN总线两条双绞线之间的电阻值一般为60Ω，由两个120Ω的电阻并联而成，被称为终端电阻。美国汽车工程师学会将CAN总线按照系统的复杂程度、信息量、传输速度、可靠性等分为A、B、C、D、E五类[4]。在新能源汽车中根据CAN总线传输数据的功能分为动力总线、车身总线、诊断总线、UDS总线、底盘总线等。
总线型结构的CAN总线连接原理如图1所示。由同一个总线连接起来的控制单元接收与发送信息的协议、速度等均相同。CAN总线通过仲裁判断控制单元发送信息的优先级别，优先级别高的具有优先发送权利。任何一个控制单元作为信息发送单元时，其他均作为信息接收单元，接收单元可以选择接收对自己有用的信息。
图1总线型拓扑结构连接原理图
当总线上控制单元不发送信息时，CAN-H和CAN-L导线上的电压均为2.5V，称之为隐性电压，当总线上控制单元发送信息时，CAN-H导线上跳变为3.5V的显性电压，CAN-L导线上跳变为1.5V的显性电压，如图2(a)所示。信号接收器接收到信号后对CAN-H和CAN-L电压进行计算，得到差分电压，如图2(b)所示。控制单元对一组差分电压进行分析、翻译和校验，得到对应的信息。
图2CAN总线波形
CAN总线的拓扑结构有星型、环型、总线型。星型结构中央处理器负载较重，线路负载率较低，拓展性较差；环型结构可靠性差，拓展麻烦；总线型结构传输效率高，拓展性能好。目前应用比较广泛的为总线型拓扑结构。
比亚迪秦的CAN总线包含动力CAN总线、舒适网CAN总线、ESC网CAN总线、电池子网CAN总线、充电CAN总线等，均采用总线型拓扑结构。其动力CAN总线的电路原理如图3所示[5]。经测试，两个120Ω的终端电阻一个在电池管理器中，另一个在网关中。
图3比亚迪秦的动力CAN总线电路原理图
吉利帝豪EV450的CAN总线包含动力CAN总线、车身CAN总线、底盘CAN总线、UDSCAN总线等，均采用总线型拓扑结构。其动力CAN总线的电路原理如图4所示[6]。经测试，两个120Ω的终端电阻一个在电池管理单元BMS中，另一个在电机控制单元MCU中。
图4吉利EV450的动力CAN总线电路原理图
CAN总线的开路包含CAN-H开路和CAN-L开路，以及两者同时开路。通过对比亚迪秦EV、吉利帝豪EV450纯电动汽车试验表明，对于总线型CAN网络，某一个控制单元的CAN-H或者CAN-L开路，将导致该控制单元无法与其他控制单元通信。如果该控制单元（例如：BMS、MCU等）参与上电流程，会导致车辆无法正常上电和行驶；而另一些节点（例如：诊断口）的总线开路对车辆的运行没有影响。
逐一设置拓扑结构中节点的CAN总线开路，同时测量总线开路节点处的波形和其他节点处的波形，结果如图5所示。对开路状态下的故障波形进行分析可知：CAN-H开路、开路节点接收信息时，测得开路节点处CAN-H波形“从”了CAN-L的波形，其他节点处的波形基本正常；CAN-L开路、开路节点接收信息时，测得开路节点处CAN-L波形“从”了CAN-H的波形，其他节点处的波形基本正常。
图5CAN总线开路波形图
对+B短路包含CAN-H对+B短路和CAN-L对+B短路，以及同时对+B短路。通过对比亚迪秦EV、吉利帝豪EV450纯电动汽车试验表明，对于总线型CAN网络，某一个控制单元的CAN-H或者CAN-L对+B短路，其他控制单元的CAN-H或者CAN-L也会对+B短路。该CAN网络中的所有节点之间均无法实现通讯，导致该CAN网络所涉及的功能无法