摘要：随着新能源汽车行业的快速发展，控制单元不断增多, CAN总线技术应用越来越广泛。本文以吉利帝豪EV300为例，阐述了电动汽车中动力CAN总线系统的结构原理，并结合故障波形，对动力CAN总线系统中的各类故障及机理进行了分析研究。
近年来，新能源汽车行业快速发展，为了对更多的汽车运行参数进行控制，车内电子控制单元、通讯系统越来越多。控制单元数量的增加，使得它们之间信息的交换也越来越频繁，用导线进行点对点的连接传输方式很难满足以上交换的数据量。因此，就必须采用申行数据传输系统方式。CAN总线能实现汽车内传统的点对点互连方式向总线式系统连接的转变，大大降低了汽车内电子系统布线的复杂度。CAN总线具有可靠性高、控制方便、数据密度大以及数据传输快等优点。目前CAN总线系统在汽车领域主要分为动力CAN总线、舒适CAN总线、信息娱乐系统CAN总线、电子组合仪表CAN总线和诊断CAN总线五种类型。本文以吉利帝豪EV300为例，对电动汽车动力CAN系统进行故障分析与研究。
一、吉利帝豪EV300动力CAN总线系统结构原理
(一)系统结构
吉利帝豪EV300动力CAN网络控制模块包括BMS、0BC、TCU、PEU等，其中BMS与PEU控制模块内各有120欧姆的终端电阻，可通过OBD接口对动力CAN总线系统进行监控。
(二)信号传输原理
动力CAN总线是双绞差分总线，串行数据总线H和串行数据总线L从静止或闲置电平驱动到相反的极限。大约为2.5V的闲置电平判定为隐性传输数据并解释为逻辑1;将线路驱动至极限时，动力CAN总线串行数据总线H将升高1V，而动力CAN总线串行数据总线L将降低IV,极限电压差2V判定为显性传输数据并解释为逻辑0。
二、吉利帝豪EV300动力CAN总线系统故障类型
吉利帝豪EV300电动汽车动力CAN总线系统故障主要有短路和断路两类，其中短路包括CAN-H分别对地短路和对电源正极短路，CAN-L分别对地短路和对电源正极短路共四种情况;断路包括CAN-H断路和CAN-L断路两种情况。不同的故障类型导致CAN总线输出不同的信号波形，在汽车上出现不同的故障码，下面将逐一进行分析。
(一)动力CAN-H对地短路
动力CAN-H对地短路时，CAN-H 及CAN-L信号电压均约为0V，该波形导致动力CAN总线网络中的PEU、0BC、BMS等控制器模块无法正常通讯，车辆出现电机控制器报文循环计数错误、车载充电机报文循环计数错误等相应的故障码。
(二)动力CAN-H对电源正极短路
图1CAN-H对电源正极短路波形
动力CAN-H对电源正极短路波形，如图1所示，CAN-H电压约为12V，与电源正极电压相同, CAN-L电压波形为约2.5V至约12V,该波形导致动力CAN总线网络中的PEU、0BC、BMS等控制器模块无法正常通讯，车辆出现电机控制器报文循环计数错误、车载充电机报文循环计数错误等相应的故障码。
(三)动力CAN-L对地短路
图2CAN-L对地短路波形
动力CAN-L对地短路波形，如图2所示，CAN-L电压约为0V,与接地点电压相同，而CAN-H 电压为约0.2V至约2.5V,虽然CAN-L与CAN-H电压波形与正常状态不同，但是两者差分信号压差与正常状态基本相同，控制单元仍然能对差分信号进行比较计算，输出正常的逻辑电平，故车辆可以正常工作。
(四)动力CAN-L对电源正极短路
动力CAN-L对电源正极短路时，CAN-H、 CAN-L 电压均约为12V，与电源正极电压相同，该波形导致其中的PEU、0BC、BMS等控制器模块无法正常通讯，车辆出现电机控制器报文循环计数错误、车载充电机报文循环计数错误等相应的故障码。
(五)动力CAN-H断路
动力CAN-H断路时CAN-H波形始终处于空闲模式的基本电压约2.5V状态，CAN-L波形正常，导致此控制器模块无法正常通讯，该故障分为以下两种情况:
(1)VCU控制模块CAN-H断路。因吉利EV300的VCU具有整车网关及网络管理的功能，VCU的CAN-H断路会导致诊断总线无法通过网关转接到动力CAN总线上，与其中的PEU、OBC、BMS等控制器模块失去通讯，车辆出现电机控制器报文循环计数错误、车载充电机报文循环计数错误等相应的故障码。
(2)其他控制模块CAN-H断路( VCU除外)。CAN-H断路的控制模块无法与总线网络通讯，控制模块内部的错误计数器不断累计，计数超过255时该模块自动与总线脱离，出现相应模块的报文循环计数错误故障码。
(六)动力CAN-L断路
动力CAN-L断路时CAN-L波形始终处于空闲模式的基本电压2.5V状态，CAN-H 波形正常，导致此控制器模块无法正常通讯，该故障分为VCU控制模块CAN-H断路和其他控制模块CAN- H断路两种情况，故障机理及故障码与上(五)中动力CAN-H断路相同。
三、吉利帝豪EV300动力CAN总线系统故障分析总结
吉利帝豪EV300动力CAN总线网络上各个控制模块通过CAN- H和CAN-L两条线路实现信号的串行差分传输，通过CAN收发器进行逻辑电平和差分信号之间的转换，从而实现各控制模块之间的信息交互。通过对动力CAN总线的各类故障进行分析，可以得到以下两点结论:
(1)CAN-L对地短路因控制单元仍能进行正常的逻辑状态的比较计算，车辆正常;其他短路故障往往导致整个动力CAN总线系统信号异常，多个控制模块通讯异常并出现故障码。
(2) VCU断路故障因网关原因，多个控制模块通讯异常，均出现故障码;其他控制模块断路故障导致该模块脱离CAN总线，仅出现该模块相应的故障码。
四、结语
本文以吉利帝豪EV300的动力CAN总线系统为例，结合故障波形，系统分析了电动汽车动力CAN系统的各类故障及机理，对于电动汽车动力CAN系统的学习和故障检测与维修都具有-一定的指导意义。
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来源 | 期刊《产业创新研究》
作者：孙常林 李琳 邢合理 (潍坊职业学院)
