标签: can总线

一、引言 随着汽车新四化“ 电动化、网联化、智能化、共享化 ”全面推进，几乎每一项新技术的诞生都离不开 汽车电子 的身影。其中， 电子控制单元 （Electronic Control Unit，ECU）作为汽车电子控制系统的核心。与 传统ECU 相比，采用 AUTOSAR （AUTomotive Open System ARchitecture，汽车开放系统架构）这种分层架构，极大降低了汽车嵌入式系统软、硬件耦合度。 图1 传统软件架构与AUTOSAR架构对比 此外，随着国内新能源汽车 相关控制器正向开发需求 的增长， AUTOSAR规范 越来越受到大家的关注，并且应用需求也越来越大。国内一些 主流整车厂 以及 零部件供应商 都开始致力于符合AUTOSAR规范的车用控制器软件开发。 二、汽车电子控制系统 汽车电子控制系统 由传感器（Sensor）、电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）和执行器（Actuator）组成。 图2 汽车电子控制系统基本构成 传感器 作为 信号输入装置 ，用来检测和采集各种信息，如温度、压力、转速等，可以将非电量信号转换为电信号传给电子控制单元。 ECU 也即 汽车嵌入式系统 （Automotive Embedded System，AES），ECU对传感器的信号进行处理，通过 控制算法 向执行器发出控制指令。硬件部分主要由微控制器（Microcontroller，MCU）及外围电路组成；软件部分主要包括硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer，HAL）、嵌入式操作系统及底层软件和应用软件层。 执行器 为执行某种控制功能的装置，用于 接收来自ECU的控制指令 ，并对控制对象实施相应的操作。 三、ECU开发流程中总线通讯：ARXML 规则下的标准化协作 ECU 实际开发流程 中，从需求分析与定义到系统集成测试， 总线通讯 贯穿始终。 比如在 需求分析与定义阶段 ，开发团队首先要梳理 整车功能需求 ，明确各 ECU 需要实现的功能及彼此间的 数据交互需求 。 基于这些需求，工程师使用 ARXML （AUTOSAR Extensible Markup Language）文件 定义 ECU 间的通讯协议 ，包括选择 CAN、Flexray 还是 SOME/IP 总线，以及详细规划报文结构、信号编码等内容。 以 CAN 总线 为例，ARXML 文件中会明确 CAN 报文的 ID、数据长度、信号位置及编码方式等信息。开发人员依据这些规范进行 代码实现 ，确保各个 ECU 在 CAN 总线上准确收发数据。 在 集成测试阶段 ，ARXML 文件提供的标准化描述，能帮助测试人员快速搭建测试用例，验证 ECU 间的通讯逻辑是否符合预期。比如，通过对比 ARXML 定义的信号与实际总线上抓取的数据 ，精准定位通讯异常问题，极大提升开发效率与系统稳定性。 四、ADTF：汽车数据与时间触发框架（Automotive Data and Time-Triggered Framework） ADTF 作为一款 专业的汽车数据与时间触发框架软件 ，是一个 基于层级 和 面向服务 的系统架构。 图3 ADTF 系统架构 大家也可以看出来， ADTF 同样采用 模块化的设计 ，与 AUOSAR CP 架构层级设计有异曲同工之妙 。基于Runtime来封装底层服务，通过 插件开发 可以生成各类工具箱，完成ECU开发中各类测试任务。比如在 总线类数据的解析 与 测试领域 有着卓越表现。它具备强大的 多总线数据处理能力 ，比如adtf_car_communication_toolbox、adtf_device_toolbox。能够 无缝接入 CAN、Flexray、SOME/IP 等多种汽车总线 ，并基于 ARXML 规则 对总线数据进行解析。 五、应用案例 在 ADTF Car Communication Toolbox 中，基于 “AUTOSAR ARXML 文件对汽车总线通信数据进行解码，实现了 CAN、FlexRay 和 SOME/IP 等总线协议的解析。 图4 Decoding CAN using arxml database 图5 Decoding FlexRay using arxml database 图6 Decoding SOMEIP using arxml database 该工具包通过 集成 ARXML 解析能力 ， 使 ADTF 具备汽车总线通信的解码功能 ，适用于 车载网络开发 、 测试与分析场景 ，帮助工程师将原始总线数据转换为可理解的信号流，提升汽车电子系统的开发效率。 六、结语 在汽车电子技术飞速发展的当下， 基于 ARXML 规则的总线通讯标准化与高效解析能够加快ECU开发流程 。 ADTF 具备多总线数据解析与测试能力，深度结合 ARXML 规则，为 CAN、Flexray、SOME/IP 等总线数据处理提供测试解决方案。 无论是 ECU 开发过程中的协议验证，还是整车集成测试中的问题定位，ADTF 都能快速部署完成测试开发。

诊断意义： 传统的漏电检测通常使用高精度电流钳，配合拔插保险丝、断开线束分段检查的方法，来排查不同回路中是否存在静态电流异常问题。或使用热成像仪，来寻找休眠后仍在工作的部件。 但一条供电回路上往往存在多个模块，模块间又通过总线进行通信。如果总线上有个模块，偶发性地 “醒来”，则其发出的报文，最终会导致其它模块被“唤醒工作”。至此，插拔保险丝、使用热成像仪的方式都无法有效找出哪个模块最先“醒来” 。 你也无法得知它是自己 “醒来”，还是它因 接收 到了 “别人唤醒它的信号才醒来”。比如车身模块“醒来”是因为接受到了门锁信号。 图 1 CAN总线示意 使用虹科 Pico汽车示波器监测CAN总线信号，我们可以知道哪个CAN网络里的哪个模块最先“醒来”；我们也可以同时监测这个模块的触发条件，以确定这个模块是自己自动“醒来”，还是因为接收到了触发条件才“醒来”。比如车身模块接受到了门锁信号才“醒来”，导致其它模块都被“唤醒”，最终漏电电流过大。那么故障根源就在门锁信号这里。接下来，我们就通过一个故障模拟测试，向大家展示完整的“唤醒过程”与诊断思路。 诊断测试： 实验车型： 2013款纳智捷 纳5，该车 总共有两路 CAN网络：CAN 1网络和CAN 2网络 。 示波器连接： A通道（蓝色）：在电瓶负极串联一个0.1欧的功率电阻，测量电阻两端的电压降。（使用Pico软件的数学通道功能得出电流波形，电压÷电阻=电流） B通道（红色）：CAN 1网络的CAN H D通道（黄色）：CAN 2网络的CAN H 图 2 电瓶负极串联 0.1欧的电阻 图 3B通道测量CAN1网络信号 图 4 D通道通过CAN测试盒监控CAN2网络信号 漏电发生时的波形： 捕捉到漏电发生时的波形，通过数学通道将 A通道测量到的电压降，计算为电流波形。 如图 5 所示，可以发现 CAN 2（黄色）最先上电。与此同时，当总线上开始有报文时，车辆静态电流增大（即出现漏电）。随后CAN1总线也开始上电并出现报文。 这一波形表明， CAN 2网络最先被“唤醒”，而非CAN 1网络。 图 5 漏电发生时的相关波形 于是对 CAN2（黄色）总线进行串行译码，如图 6 所示，得知最先发送报文的模块 ID是721。且其ACK（应答段）为1，即其往外发报文，但没有其它模块接收它的报文，所以没有应答。 因为此段时间，其它模块还在休眠，所以没 “人”应答它。这也就证明，ID为721的模块是最先被唤醒的。 图 6 对 CAN2 H进行串行译码 而到第 152个报文时，其ACK（应答段）为0，说明有其它模块接收到了它的报文，应答了它。 往后的时间，我们也看到了更多其他 ID发送的报文。这一数据表明，是ID为721的模块唤醒了其他模块。 图 7 CAN2 H 上其他模块被唤醒 进一步排查思路： 接下来的排查方法就比较简单了，分为两步： 1、确认ID：721究竟为哪一个模块？ 方法 1：拔模块 逐个拔掉模块的导线连接器，记录下此时的总线波形并进行出译码，当拔掉某个模块发现 ID：721不见了，表明其对应ID就是721。 方法 2：测同步电流 用电流钳夹在各个模块的 CAN线上，记录下如电流有变化时，刚好跟ID：721波形同步，即说明你夹的模块的ID就是721。 如图 8，我们测量总线信号的同时，使用60A电流钳（TA473）在TCM处测量CAN L的电流。当TCM电流出现变化时，对应ID为34A和340。这表明，ID：34A与340均属于TCM模块。 图 8 TCM处CAN L的电流波形 2、确认是该模块是自身有故障，还是接收到其它触发信号才被唤醒？ 确认的方法： 查车辆相关资料，确认 721被唤醒的条件。用Pico示波器同时监测这些条件信号和CAN 2，如果某一个条件信号先于ID：721波形发生，即可判断是这个条件导致ID：721模块被唤醒。如没有条件信号发生，ID：721模块自己唤醒了，则说明模块自身有故障。 文章作者： 陈国飞 虹科 汽车售后事业部负责人，虹科高级工程师， 16年汽车售后诊断技术经验。精通示波器诊断和噪音振动检测技术，善于解决汽车诊断的疑难杂症。

故障现象　 一辆 2010款捷豹XFL车，搭载3.0 L发动机，累计行驶里程约为35万km。车主反映，该车组合仪表上的制动警告灯、动态稳定控制系统（DSC）警告灯异常点亮（图1），且提示“DSC NOT AVAILABLE （DSC不可用）”。 图 1　故障时的组合仪表 故障诊断　 使用故障检测仪检测，在 ABS控制单元中存储有故障代码“U0074-13 控制模块通信总线B 断开－断路”（图2），且无法清除。 图 2　存储的故障代码 查看维修手册上关于故障代码 “U0074-13”的说明，提示检查偏航速率和横向加速度传感器与ABS控制单元之间的专用高速CAN总线是否存在断路。 偏航速率和横向加速度传感器用于测量车辆的偏航速率和横向加速度，并将测量结果通过专用高速 CAN 总线传递给ABS控制单元。偏航速率和横向加速度传感器安装在后行李架上，由2颗螺栓固定，其控制电路如图3 所示。 图 3　偏航速率和横向加速度传感器控制电路 用万用表测量偏航速率和横向加速度传感器专用高速 CAN总线的信号电压，CAN H信号电压为2.5 V，CAN L 信号电压为1.4 V，均偏低。用Pico示波器测量偏航速率和横向加速度传感器专用高速CAN总线的信号波形（图4），发现CAN L信号明显异常，CAN H 与CAN L的信号电压均被明显拉低，且偶尔会同时降低至0.7 V左右，由此怀疑偏航速率和横向加速度传感器专用高速CAN总线对搭铁短路。 图 4　异常的专用高速CAN总线信号波形 脱开导线连接器 C13-C，发现ABS控制单元侧的专用高速CAN总线信号波形恢复正常（图5），而偏航速率和横向加速度传感器侧的专用高速CAN总线信号波形异常，CAN H与CAN L的信号电压均为一条0 V的直线。 图 5　正常的专用高速CAN总线信号波形 案例刊于： 《汽车维护与修理》杂志 2024·11 上半月刊 案例作者： 蔡永福

故障现象 一辆 2016款奔驰C200L车，搭载274 920发动机，累计行驶里程约为13万km。该车组合仪表上的防侧滑故障灯、转向助力故障灯、安全气囊故障灯等偶尔异常点亮，且此时将挡位置于R挡，中控显示屏提示“后视摄像头不可用”，无法显示倒车影像。 故障诊断 用故障检测仪检测，发现多个控制单元中均存储有通信类故障代码（图 1），其中故障代码“U015587 与仪表盘的通信存在故障。信息缺失”出现的频次较高 。 图 1　存储的故障代码1 而组合仪表中存储有故障代码 “U006488 与用户界面控制器区域网络（CAN）总线的通信存在功能故障。总线关闭”（图2）。 图 2 存储的故障代码2 由图 3可知，组合仪表和后视摄像头控制单元均在用户界面控制器区域网络（CAN HMI）总线上。结合故障现象及故障代码分析，怀疑CAN HMI偶尔发生通信故障。 图 3 CAN HMI总线拓扑 用虹科 Pico汽车示波器从后视摄像头控制单元中间导线连接器处测量CAN HMI总线波形，未出现故障时的波形如图4所示，总线空闲时，CAN L线和CAN H线的电压均约为2.3 V（正常应约为2.5 V），偏低；CAN L线和CAN H线上的电压之和有一点波动，在总线空闲时约为4.6 V，传输数据时约为5 V；CAN L线和CAN H 线上的电压差正常，在总线空闲时约为0 V，传输数据时约为2 V。 图 4　未出现故障时的CAN HMI总线波形 出现故障时的波形如图 5所示，CAN H线上的电压信号偶尔下翻，与CAN L线上的电压信号重合，此时CAN L线和CAN H线上的电压差约为0 V，无法传输数据，这是CAN H线发生断路时的典型故障波形。 图 5　故障时的CAN HMI总线波形 由于后视摄像头控制单元中存储的故障代码最多（有 8个与其他控制单元失去通信的故障代码），且故障出现时倒车影像不可用，决定先检查后视摄像头控制单元的CAN HMI总线。进一步检查发现，该车后视摄像头控制单元配置了电动折叠盖，上面的CAN L线和CAN H线的绝缘层均断裂，露出了铜丝，其中CAN L线的铜丝未折断，而CAN H线的铜丝已折断（图6）。 图 6　CAN H线的铜丝已折断 故障排除 修复后视摄像头控制单元的 CAN HMI 总线后反复试车，故障未再出现，故障排除。 故障总结 如图 7所示，组合仪表（IC）在车身系统（Body）总线上，后视摄像头控制单元（RFK）在智能驾驶辅助系统（Adas）总线上，这说明通用型故障检测仪上的通信网络拓扑结构往往不准确，容易误导维修人员，因此在诊断通信网络故障时，应以维修手册上的通信网络拓扑结构为准。 图 7　通用型故障检测仪上的通信网络拓扑结构 案例作者： 乐翔， Tech Gear汽车诊断学院优秀学员，现任杭州捷盛行汽车服务有限公司技术经理、开思杭州地区技术顾问；2015年获保时捷全球认证技师资质；2016年取得汽车维修高级技师资格证书。 https://www.qichebo.com/

故障现象 一辆 2011款雪铁龙世嘉车，搭载1.6 L 发动机，累计行驶里程约为19.8万km。车主反映，该车刮水器偶尔会自动工作，且前照灯偶尔会自动点亮。 故障诊断 接车后试车发现，除了上述故障现象以外，当用遥控器解锁时，刮水器偶尔会工作几下。用故障检测仪检测，读得多个故障代码，但均与故障现象无明显关联；尝试读取智能控制盒（ BSI1）和发动机室熔丝盒（PSF1）的数据流，发现诊断设备不支持；进入“带固定中央控制开关的多功能转向盘”系统，读取数据流，发现故障出现时，“雨刮开关按钮控制”显示为“未激活”，正常。 由图 1可知，转向盘下的开关单元（CV00）接收到刮水器开关（与CV400 集成一体）信号后，通过舒适CAN总线将其传递至PSF1，然后PSF1控制内部继电器吸合，为刮水器电动机供电，刮水器电动机开始工作。 图 1　刮水器电动机控制原理示意 经过反复测试发现，脱开 CV400导线连接器后，刮水器电动机会进入间歇工作模式。分析认为，这是正常现象，启用了安全行车应急工作模式。使用 虹科 P ico 汽车 示波器测量舒适 CAN H信号波形（图2），发现信号上偶尔会出现异常的高电位 。 图 2　异常的舒适CAN H信号波形 对信号进行译码（图 3），发现只要异常的高电位出现，对应的报文就存在错误，且出现错误的报文ID有多个。 图 3　对舒适CAN H信号进行译码 对比脱开 CV00导线连接器前后报文ID数量的变化，发现报文ID 094是由CV00发出的。筛选报文ID 094（图4），发现该报文偶尔异常（红色报文异常，黑色报文正常），且均是由异常的高电位引起的。 图 4　筛选报文ID 094 分析认为，由于 CV00通过舒适CAN总线发送的报文偶尔异常，导致PSF1无法接收刮水器开关及前照灯开关信号，为保证行车安全，PSF1控制刮水器电动机和前照灯进入应急工作模式。 那么舒适 CAN总线上异常的高电位是什么引起的呢？根据经验初步排除舒适CAN总线虚接、断路、短路的可能，推断CV00损坏或舒适CAN总线上的其他控制单元损坏。依次脱开舒适CAN总线上控制单元的导线连接器，当脱开发动机室右前照灯后方的防盗报警控制器（图5）导线连接器后，舒适CAN总线上异常的高电位未再出现，且故障现象也未再出现，由此推断防盗报警控制器损坏。 图 5　脱开防盗报警控制器导线连接器 故障排除　 更换防盗报警控制器后试车，故障现象未再出现，故障排除。 故障总结 本案例是由于防盗报警控制器损坏，导致了 CAN总线上偶尔异常的高电位。这一错误带来了连锁反应，影响了转向盘下开关单元CV00的正常通信，致使车辆进入行车应急工作模式，导致了刮水机或前照灯的异常工作。 可见总线上各控制模块之间，存在着相互影响的关系，牵一发而动全身。这种协同关系通过万用表、诊断仪等设备是无法有效识别的。而通过示波器的串行译码功能，软件可以帮你自动识别异常的模块 ID，帮助技师更为快速、准确地识别故障! 案例作者： 杨增雨