荣威燃料电池轿车CAN通讯故障诊断研究

2023年11月25日发(作者：奔驰amg one)

荣威燃料电池轿车CAN通讯故障诊断研究

梁伟铭,丁阳

2008-01-21 [ 字体：大 中 小 ]

0 引言

上海汽车荣威燃料电池轿车采用CAN总线（ISO 11898－2）构建动力系统各部件之间的通讯网络。相比

传统车型，燃料电池轿车的电磁环境更为复杂，由于使用了多个能产生较大传导性干扰和瞬态干扰的DC/DC

电源转换器、电机，燃料电池轿车的CAN通讯更易受到干扰而出现故障。

图1为荣威燃料电池轿车CAN网络的拓扑结构，CANA网络联接的部件有：整车控制器（VMS）、电液动

力转向控制器（EHPS）、制动模块控制器（ABS）、网关防盗模块、组合仪表以及空调控制器。

图1 荣威燃料电池轿车CAN网络架构

1 CAN通讯测试分析工具

在CAN总线领域，Vector公司提供的产品用于CAN网络的测试和分析。在荣威燃料电池轿车CAN网络

通讯调试的过程中，主要使用CANoe/CANalyser和CANscope。

CANoe/CANalyse可跟踪总线数据的实时变化、统计报文的频率、错误帧出现的频率，还可以记录总线

数据进行回放。在CAN通讯故障调试中，可以利用CANoe/CANalyser作为网关隔离可能产生强干扰的节点以

确定干扰源和干扰路径。

CANscope是一款CAN物理层的分析工具，可以设置各种触发条件显示记录总线的CAN－H、CAN－L及差

分电压的波形，观察CAN信号的畸变情况，分析噪声的特性。

2 CAN网络故障诊断方法

2.1 CAN通讯故障描述

经过测试，发现荣威燃料电池轿车CAN网络的通讯存在如下故障：

（1）点火开关处于Ignition档，高压电关断的情况下，CANA网络通讯正常，无错误帧；

（2）接通高压电启动动力系统后，CANA网络出现错误帧，错误帧出现的频率约20～90f/s，之后组合

仪表或EHPS停止通讯。

2.2 干扰信号分析

根据CANscope对错误帧的分析，在高压电接通的状态下，CANA网络出现干扰信号，干扰信号出现的周

期为0.1ms，在CAN－H、CAN－L两线差分电压上引起的幅值达到±1V。

图2 出现错误帧时记录的波形

图3中，错误帧的前一位是隐性位，但是干扰信号引起这个位的差分电压出现谐波，幅值约±1 V，超

出了ISO 11898－2规范要求的电平范围，因此节点判断通讯出现故障，发出了错误帧。

图3 第3个干扰信号放大图

相邻两个干扰信号之间的时间是50bit，CANA网络波特率为500Kb/s，因此干扰信号出现的周期是。

2.3 CAN网络通讯测试

（1）CANoe网关隔离

CANoe网关是通过CAPL语言编程转发隔离节点与连接网络的报文，使用CANoe网关并结合CANscope，

可以检测某一网段的信号特性和干扰程度，是查找CAN通讯故障的有效手段。

在CAN通讯故障原因的查找过程中，使用CANoe网关把CANA网络分割成两个网段，网关连接的两个网

段通讯正常，未出现错误帧，但是用CANscope监测网络信号，在高压电接通时仍然可以发现同样的干扰信

号，只是幅值略小。这表明上述的干扰信号是造成CANA网络通讯故障的原因

（2）更换通讯介质

在调试过程中，当使用双绞线把VMS、EHPS、组合仪表单独联接后，三者能够正常通讯，原因是：这样

单独联接的网络线较短与动力线束距离远，干扰信号的幅值不大，不足以造成错误帧。而CANA网络从乘员

舱到VMS、EHPS的路径长，与其它线束捆绑在一起，干扰信号引起的幅值大，能够引起错误帧。这两种情况

下干扰都是存在的。

2.4 干扰源查找方法

确定了导致通讯故障的原因是CAN网络存在干扰，而且是在高压电接通的情况下才会出现干扰。在实验

过程中，高压通电后，驱动电机、燃料电池DC/DC、燃料电池、空调压缩机均未运行。运行的部件包括：EHPS、

12V系统DC/DC、水冷系统。因此可以测试这3个系统以确定干扰源。

（1）接通高压电，控制EHPS不运行，断开水冷系统高压电路，只有12V系统DC/DC网络通讯正常，无

错误帧，CANscope观察不到干扰信号。波形如图4。

图4 水冷系统不工作/EHPS不运行时的波形

（2）接通高压电，12 V系统DC/DC工作，控制EHPS运行，断开水冷系统高压电路，网络通讯正常，

无错误帧，CANscope观察不到干扰信号，波形如图5。

图5 水冷系统不工作/EHPS运行时的波形

（3）接通高压电，12V系统DC/DC、EHPS、水冷系统三者都下作。

在此情况下，CAN网络通讯不正常，错误帧为40f/s，图6是一个发送成功的报文，但是在波形图上可

以看到干扰信号的存在。

图6 水冷系统工作时的波形

上述实验表明水冷系统工作时产生的干扰信号是造成CAN通讯故障的原因。通过现场的检查，发现水冷

系统到水泵电机的高压线未进行屏蔽，造成干扰信号幅值过大引起CAN通讯故障。

3 结语

燃料电池汽车广泛使用电机、DC/DC电源转换器等部件，各部件的控制器通过CAN总线进行通讯，而大

量使用的电机、DC/DC开关电源等部件则会产生很强的干扰，为了保障CAN网络进行可靠通信，建议采取以

下措施：

（1）使用高压的电机、DC/DC、燃料电池等部件，高压电应做好屏蔽，并把屏蔽层可靠接地，尽可能减

少干扰释放；

（2）使用高压的电机、DC/DC、燃料电池等部件，合理布置位置和高压线束走向，缩短高压线束长度；

（3）高压线束和低压线束尽可能远离，避免平行、捆绑在一起。

（4）CAN通讯线束应合理布置，缩短长度。