卡罗拉轿车CAN总线通信系统结构与故障检修

2024年3月8日发(作者：大众高尔夫历代车型)

卡罗拉轿车CAN总线通信系统结构与故障检修

黎永键;陈述官

【摘 要】CAN是现代轿车广泛使用的现场总线技术.文中介绍了丰田卡罗拉轿车CAN总线通信系统的结构以及数据传输原理,分析了CAN总线故障诊断与排除主要步骤.然后,以一辆进厂维修的卡罗拉轿车CAN总线通信系统故障为例,详细介绍了故障检测的过程和测量结果分析,最终确定故障原因并排除故障.最后,总结维修经验,并就解决此类CAN总线故障提出了建议.

【期刊名称】《广东交通职业技术学院学报》

【年(卷),期】2018(017)001

【总页数】5页(P29-33)

【关键词】卡罗拉轿车;CAN总线;原理;故障检修

【作 者】黎永键;陈述官

【作者单位】广东农工商职业技术学院,广东广州511365;广东农工商职业技术学院,广东广州511365

【正文语种】中 文

【中图分类】U472

CAN（Controller Area Network，控制器局域网）是一种先进的现场总线技术，具有信息传输速率快、可靠性高、成本低等优点[1]。因此，CAN总线技术在现代轿车应用广泛，在汽车车载网络的领域占据主导地位[2]。与其他现场总线技术比

较，CAN总线的特征是：数据传输原理是基于串行数据通讯协议、短帧数据结构、非破坏总线仲裁等技术[3]。随着汽车电子控制技术的普及，汽车上普遍采用CAN总线连接各控制模块以形成车载局域网络。以2013款丰田卡罗拉轿车为例，其CAN数据总线连接了6块ECU（Electronic–Controlled Unit，电子控制单元），包括组合仪表ECU、主车身ECU、动力转向ECU、电视摄像机ECU、防滑控制ECU、认证ECU[4]。在实际使用中，CAN总线技术简化了整车线束结构，使汽车电气系统的线路布置更合理[5]。但是，由于CAN总线内部结构较复杂，且CAN总线通信系统故障涉及到汽车多个控制子系统，其故障现象与故障原因往往不能直接建立起联系。例如，某车的实际故障点是在汽车轮胎部分，但故障现象却表现为发动机动力性下降、加速不良、自动跳挡等[6]。如果维修人员不了解CAN总线结构原理，则很难建立起故障排除思路，无法制定解决问题的方案，从而影响了维修工作效率。

本文首先介绍丰田卡罗拉轿车CAN总线通信系统结构与原理，分析和探讨CAN总线故障的诊断思路和步骤，并通过维修案例说明故障检测与维修的完整过程。

1 卡罗拉CAN总线通信系统结构及原理

1.1 CAN通信系统整体结构

卡罗拉CAN总线通信系统结构如图1所示，由CAN1号总线和MS总线组成，可进行500 kbps和250 kbps的高速通信。CAN1号总线和MS总线两端都带有120Ω的终端电阻，位于组合仪表和ECM（点火控制模块）之间，并通过主车身ECU连接至各电子控制单元以及传感器。ECM和组合仪表之间连接2个终接电阻器的双绞线为主总线；连接其它ECU的双绞线为支线。通过系统进行通讯的电子控制单元或传感器有防滑控制ECU、横摆率传感器、转向角传感器、主车身ECU、中央气囊传感器总成、认证ECU（带智能上车和起动系统）、空调放大器、组合仪表、动力转向、电视摄像机ECU、DLC3。

图1 卡罗拉CAN总线结构

1.2 卡罗拉CAN总线数据传输原理

各控制单元节点与CAN总线是通过发送器和接收器进行数据的实时交换。CAN总线由CANH和CANL的双绞线所组成，其数据传输（图2）原理基于以下3个方面的内容：差动驱动电压、差动信号放大、噪声过滤技术[7]。

(1)差动驱动电压。差动信号是以主线CANH电压减去主线CANL电压，如图2(a)所示。根据CAN信号状态，可分为静态与动态。静态下，两条主线的电压相等，则差动电压为0；动态下，主线CANH的电压值约为3.5 V，CANL约为1.5 V，则差动电压为2 V。

(2)差动信号放大。在求出差动驱动电压的基础上，经信号放大器将信号转换，将处理后的数据发送至CAN控制寄存器内。

(3)干扰脉冲过滤。卡罗拉轿车的CAN总线两条主线采用铰接的方式，其差动信号是主线电压之差，这种方式可过滤干扰脉冲信号，使数据传输更精确。

图2 CAN总线传输数据

2 CAN通信系统故障诊断与检修方法

2.1 故障检测工具

图3为丰田车系专用检测工具IT2功能界面。其使用方法如下：

(1)选择网关。进入系统主界面后，选择要检测的总线。

(2)读故障码。根据故障现象选择对应的系统总成，进入读故障码功能项，即可查询控制单元保存的故障码。

图3 IT2功能界面

图4 卡罗拉CAN总线故障诊断流程

(3)读数据流。从数据流可以观察传感器、执行器的动态参数变化，通过实际值与标准值的比较，判断系统是否正常工作。

2.2 故障检修步骤

卡罗拉轿车CAN通信系统故障检修的基本步骤如图4所示，可按照以下思路进行检修。

第一步，基本检查。主要检查内容包括：电源系统电压、各总成部件的运转情况、故障指示灯情况、读故障码等。

第二步，CAN总线检查。其主要内容包括：通信故障情况、CANH与CANL之间的电阻、CANH与CANL对电源正极短路情况、CANH与CANL对负极短路情况

第三步，CAN总线波形。用示波器观察波形变化情况，是否符合标准波形的要求，以判断故障点。

3 故障检修实例

3.1 故障现象

一辆2010年产的丰田卡罗拉轿车进厂维修，其行驶里程为50 000 km，发动机型号为2ZR-FE，排量1.8 L。车主反映发动机故障指示灯、ABS故障灯、动力转向指示灯在车辆启动后仍不熄灭。

3.2 基本检查

确认故障。起动发动机，发动机能运转，但是发动机故障指示灯、ABS故障灯、动力转向指示灯一直闪烁。

读故障码。使用丰田车系专用检测工具IT2读取CAN总线通信系统的故障码，选择功能菜单，进入相应的操作页面后按照“读故障码-清故障码-再读故障码”进行。通过操作发现车载局域网的多个节点控制单元无法通信，可知CAN总线通信系统故障。

3.3 CAN通信系统故障诊断与检测

首先查找丰田卡罗拉轿车CAN总线通信系统的DLC3诊断接口的各端子含义，如图5所示。

然后，按照检测基本步骤进行故障诊断。

(1)检查CANH与CANL之间的电阻值。用万用表欧姆挡测量DLC3诊断接口的端子E11-6（CANH）和端子E11-14（CANL）之间的电阻值。测量结果为60Ω。参考维修手册，参照表1，可知其标准范围是：54～69Ω。因此，CANH与CANL之间未发生短路或断路，属于正常情况。按照维修手册的说明进行下一步操作。

(2)检查CAN总线对蓄电池正极的短路情况。断开蓄电池负极电缆线，用万用表分别测量E11-6、E11-14与E11-16（BAT）之间的电阻值，测量结果均为无穷大。参考维修手册，参照表1，可知其标准范围：6 kΩ或更大。因此，CAN总线对蓄电池正极未发生短路。按照维修手册的说明进行下一步操作。

图5 DLC3端子结构图

表1 DLC3诊断连接器端子检测标准值?

(3)检查CAN总线对搭铁的短路情况。用万用表分别测量E11-6、E11-14与E11-4之间电阻值，参照表1，可知标准范围是：200Ω或更大。测量值为：E11-6与E11-4（搭铁）之间的电阻值为0Ω，E11-14与E11-4之间的电阻值为250Ω。根据标准值范围，可判断CANH与打铁点之间存在短路故障。

(4)检查故障点。关闭点火开关，断开CAN1号接线连接器。根据卡罗拉轿车维修手册查找CAN总线通信网络电路部分，如图6所示。使用万用表红表笔依次检查各控制单元的CANH线与打铁点之间的电阻值，结果发现：E61-23与E11-4之间的电阻值约为0Ω。查看维修手册，参照表2，可知标准范围是：200Ω或更大。因此，可判断E61-23（即主车身ECU）对搭铁短路故障。

(5)确定故障原因。为确定故障具体位置，进行进一步的检查。首先断开主车身ECU的插接器，然后测量E61-22与E61-23之间的电阻，并参照表2的标准值。若测量值为0Ω，说明是主车身ECU的CANL与CANH之间线路短路；若测量值

为无穷大，则说明主车身ECU内部出现短路。经过检查，其测量值为无穷大，因此，判断主车身ECU内部电路故障。查阅主车身ECU的技术资料，可知其1号端子的内部与搭铁线之间并联了一个滤波器。通过检测发现该滤波器被击穿而导致车身ECU故障。由于车身ECU内部的滤波器电路较复杂，其修复成本高，从汽车维修的角度，建议更换。

图6 卡罗拉轿车CAN总线的零件连接示意

表2 主车身ECU各端子与搭铁电阻标准值?

3.4 故障排除

根据故障诊断的结果，更换主车身ECU。将汽车CAN总线线束连接好，确认无误后重新起动发动机，发动机能正常运转，且各故障指示灯熄灭，说明系统恢复正常。经过多次试车和行驶，该车没有再出现之前的故障现象，证明本次维修是成功的。

4 结语

CAN总线通信系统结构较复杂，汽车维修人员必须深刻理解其结构原理，熟知故障诊断与排除的一般步骤。在此基础上，维修人员需要熟练掌握专用检测仪器的使用方法，能够根据故障现象初步判断故障原因，并通过实际的检测与数据分析快速定位故障点。在制定维修方案的过程中，设计的理念应遵循由浅入深、由外到内的基本规律，借助于汽车维修手册和专业检测仪器，可减少不必要的资源浪费，有效地提高工作效率。

[1]蔡元兵．卡罗拉轿车CAN-BUS总线故障诊断与排除[J]．汽车维护与修理，2012，(1)：19-20.

[2]魏春源．BOSCH汽车工程手册[M]．北京：北京理工大学出版社，2015．

[3]侯 勇，周克媛．基于大众的CAN-BUS总线控制系统的故障诊断方法[J]．北京工业职业技术学院学报，2014，13(2)：15-18．

[4]李 红．车载丰田卡罗拉轿车CAN通信系统及其检修[J]．汽车维护与修理，

2012，(11)：32-34.

[5]黎永键，关 伟，简浩钧．大众迈腾轿车CAN总线系统原理与故障检修[J]．公路与汽运，2017，(3)．

[6]李东江，张大成．汽车车载网络系统(CAN-BUS)原理与检修[M]．北京：机械工业出版社，2005.

[7]宋 健．卡罗拉1ZR-FE发动机CAN总线系统故障排除及诊断经验总结[J]．汽车使用技术，2014，(2)．

[8]朱 军．汽车故障诊断方法[M]．北京：人民交通出版社，2016．