文：馬明芳

CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)目前是汽車電子技術(shù)發(fā)展中的普遍成果，而且還在不斷地發(fā)展中。不同的廠家、不同的車型上配備的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不盡相同。CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)對于汽車發(fā)展來說有諸多優(yōu)點(diǎn)，汽車上的各種電子裝置與設(shè)備通過總線技術(shù)連接成一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，彼此之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息資源共享，減少和優(yōu)化了汽車電子控制傳感器和執(zhí)行器的數(shù)量和配置，大大減少和優(yōu)化了全車線束的數(shù)量和布局等等，使汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等達(dá)到最佳。但是，對于汽車后市場服務(wù)的維修診斷技術(shù)提出了更高的要求，增加了難度系數(shù)和工作量。本文研究CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷，目的是建立起來關(guān)于汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷模型，對其進(jìn)行可靠性分析，分析CAN總線技術(shù)的典型故障的故障原因和故障部位，梳理其故障現(xiàn)象和故障原因之間的因果關(guān)系，使其復(fù)雜性和難度有所降低，對汽車維修后市場從業(yè)人員給予技術(shù)支持。

1.CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀

對于國外CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)而言，大致采取2種方式：一種是通過故障診斷儀讀取故障波形進(jìn)行故障分析，另一種是通過檢測電阻值進(jìn)行故障分析。在很多專用的診斷設(shè)備里，已經(jīng)存儲了CAN總線的典型故障波形，只需技術(shù)人員能夠分析對比，即可分析故障類型。但是，對于國外CAN網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)而言，它們還沒有建立起來CAN總線技術(shù)的故障樹，還缺少系統(tǒng)的綜合研究和對比研究，只是處于個例和案例研究階段，還有很大的研究空間。

在國內(nèi)，對于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的研究，相對于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)而言得到了足夠的重視，很多一線技術(shù)人員和培訓(xùn)人員已經(jīng)開始逐漸研究CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障類別，力求把CAN總線的典型故障整理出來。本文也正是在這樣的背景下產(chǎn)生的。

2.CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷存在的問題

CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無論是在國外還是在國內(nèi)都處于快速發(fā)展的新興技術(shù)領(lǐng)域，很多專家集中精力致力于其故障診斷技術(shù)的研究，雖然總結(jié)了一定的規(guī)律，也取得了一定的成績，但是由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性和技術(shù)難度大，對于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷在故障樹理論研究方面一直處于空白階段。CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷研究方面還存在一定的困難和問題。

（1）CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)組成和原理特性增大了進(jìn)行故障診斷研究的難度系數(shù)。CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)涉及電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等等，在一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中往往涉及多個電子控制單元，一個故障現(xiàn)象也往往涉及多個系統(tǒng)的故障原因，錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系增大了CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷研究的難度系數(shù)。

（2）CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了故障診斷與分析的艱巨性?，F(xiàn)有車型的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多種總線聯(lián)合運(yùn)用，互相之間的彼此控制或者協(xié)調(diào)關(guān)系，使得故障分析相比較沒有網(wǎng)絡(luò)的車型而言難度加大，任務(wù)艱巨。

（3）CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷研究目前還處于起步階段，沒有大量的實(shí)際案例或者是數(shù)據(jù)的支撐，難以形成系統(tǒng)性和規(guī)范性。研究結(jié)論的準(zhǔn)確性和可靠性取決于大量數(shù)據(jù)的分析和支撐，而CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷案例還比較少，還是處于發(fā)展階段，缺乏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)事實(shí)，給研究工作帶來很大的困難，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)積累。

（4）對于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷而言，到底采用什么樣的研究方法才可以系統(tǒng)、真實(shí)、科學(xué)的形成研究結(jié)論，換句話說，采用什么樣的分析方法更適合CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷的研究，還有待于進(jìn)一步分析確認(rèn)。

盡管CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷的研究存在一定的困難和問題，但是鑒于在汽車其他系統(tǒng)的故障診斷方面已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗(yàn)和積累，采用合適的研究方法也一定適用于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障診斷。

3.CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷的研究方法

對于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷研究，針對故障現(xiàn)象分析最重要的就是對故障原因進(jìn)行分析。而對于故障分析目前比較常見的分析方法有：故障樹分析(FTA)、故障模式和影響分析(FMEA)、共同原因故障分析(CCFA) 方法等。

綜合對比這幾種常用的分析方法，故障樹分析法—FTA（Fault Tree Analysis）是一種對復(fù)雜系統(tǒng)可靠性和安全性分析的有效方法。故障樹分析法不僅可以分析單一故障原因所引起的系統(tǒng)故障，而且還可以分析由2個或多個部件同時損壞時才發(fā)生的系統(tǒng)故障，因此在復(fù)雜系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用?？紤]到CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜性，采用故障樹分析法比較合適。CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障比較典型，其相互之間的邏輯層次關(guān)系根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖分析，脈路分明，非常適合用故障樹分析法進(jìn)行層層分析演繹展開。故障樹分析法是利用邏輯樹狀圖形，把每一層事件相互之間的邏輯因果關(guān)系逐漸推理出來。樹尖是頂事件，即所謂的故障現(xiàn)象，最底層是每一個具體不能再細(xì)分的故障原因，中間是承上啟下的過渡原因。通過一層層的展開梳理，故障樹分析法把導(dǎo)致頂事件的所有影響因素按照一定的工藝順序、發(fā)生順序或重要程度繪制出因果邏輯圖，一目了然的分析出所有的故障原因，并且能夠進(jìn)行定性分析和定量分析，知道哪些原因或部件損壞會導(dǎo)致哪些故障出現(xiàn)，哪些故障的發(fā)生概率是多少。通過故障樹分析，根據(jù)分析結(jié)果采取相應(yīng)的措施，從而提高CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用可靠性，減少故障率。

4.CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障采集與分析

對CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的數(shù)據(jù)采集是進(jìn)行故障分析的前提，是建立故障樹分析法研究故障率的第一步工作任務(wù)，也是確定故障原因的重要基礎(chǔ)。只有對CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確、翔實(shí)、大量、深入和系統(tǒng)地故障分析，才能找出產(chǎn)生故障的所有原因，通過修理或者更換等后期補(bǔ)救措施，恢復(fù)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常性能。

（1）CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障分類

CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障發(fā)生情況比較復(fù)雜，故障分類對于故障樹的建立是必不可少的環(huán)節(jié)。CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障發(fā)生情況不太固定，但是基本的故障類型是比較固定的。即使是混合故障發(fā)生時，只要遵循CAN總線基本故障的分析方法，依然能夠準(zhǔn)確分析混合網(wǎng)絡(luò)故障類型。依照CAN總線網(wǎng)絡(luò)故障的實(shí)際發(fā)生概率情況，CAN總線系統(tǒng)的典型故障分類如下。

CAN 總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障分類為：CAN總線（CAN-H或CAN-L）對正極短路故障、CAN總線（CAN-H或CAN-L）對地短路故障、CAN總線CAN-H與CAN-L彼此之間短路故障、CAN總線（CAN-H或CAN-L）對某一控制單元斷路故障、CAN總線CAN-H和CAN-L在某一段信號反向傳輸故障。

（2）CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)采集途徑與記錄

對CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，把最為基礎(chǔ)的、最為典型的、最為常見的故障信息采集出來，為故障樹的建立采集第一手基礎(chǔ)資料。因?yàn)镃AN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障追蹤只能是來自企業(yè)一線實(shí)踐積累，因此在采集信息時參照汽車維修企業(yè)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障記錄表格，故障記錄表格的主要內(nèi)容詳見圖1。利用制定的故障記錄表格，對CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際故障進(jìn)行跟蹤記錄。

本文中具體的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)采集途徑，主要來源于筆者本人親自調(diào)研和實(shí)踐采集和北京市的20家包括奔馳、寶馬、奧迪在內(nèi)的多個品牌連鎖4S店。筆者對上述20家4S店關(guān)于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障進(jìn)行追蹤，根據(jù)典型故障的歸納總結(jié)進(jìn)行分析處理，填寫圖1所示的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障記錄表。通過3年時間的采集，筆者獲取了110個關(guān)于CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的典型真實(shí)故障，經(jīng)過和企業(yè)專家的分類整理，歸納出17種故障事件。分總線類型對故障進(jìn)行采集和分析。每種總線系統(tǒng)的故障均可以通過示波器調(diào)取信號波形，跟正常波形進(jìn)行信號波形對比分析后得出典型故障的故障波形。在下文中涉及的所有用博世740調(diào)取的故障波形部分，均為本人在德國進(jìn)修學(xué)習(xí)時獲得的真實(shí)故障實(shí)驗(yàn)波形。

5.CAN總線系統(tǒng)診斷故障樹模型

依據(jù)數(shù)據(jù)采集原則和途徑，建立CAN總線系統(tǒng)診斷故障樹模型如圖2和表1所示。

圖1 CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障記錄表示例

圖2 CAN總線系統(tǒng)診斷故障樹模型

6.建立CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障樹模型

通過前期對故障數(shù)據(jù)采集和分析，深入分析CAN總線系統(tǒng)的典型故障事件與故障原因之間的因果邏輯關(guān)系，建立CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷的故障樹模型，重點(diǎn)以CAN系統(tǒng)最為典型的故障“發(fā)動機(jī)不起動且儀表多項(xiàng)警告燈報警”的故障樹為例進(jìn)行分析和推理。

（1）CAN系統(tǒng)故障樹各級事件的選取

CAN系統(tǒng)故障樹頂事件就是系統(tǒng)分析最不希望發(fā)生的事件，也是顯著影響CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性水平的重大故障事件。本文選取CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓故障——發(fā)動機(jī)不起動且儀表多項(xiàng)警告燈報警（T）作為整體故障樹的頂事件。依據(jù)CAN系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖和故障原因分析結(jié)果，把此CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中與本故障征兆相關(guān)的系統(tǒng)或電壓分配器進(jìn)一步逐層細(xì)分，依次選取為中間事件：N10/1帶熔絲和繼電器的前側(cè)信號采集及促動控制SAM控制單元（A1）、X30/34車內(nèi)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)/駕駛室電壓分配器插座(A2)、X30/31底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)/駕駛室電壓分配器插座(A3)、X30/30底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)/車架地板總成電壓分配器插座(A4)、A13電動駐車制動器控制單元(A5)。底事件是導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不起動且儀表多項(xiàng)報警的各系統(tǒng)發(fā)生的直接和不可再分的原因。本文所建立的CAN系統(tǒng)故障樹分為5層：頂事件(T)、第2層（A1-A5）、第3層（B1-10）、第4層(C1-C4)、底層（X1-X45）。故障樹中涉及的所有事件詳見表4、表5。

表1 CAN總線系統(tǒng)故障事件代碼及名稱

表2 CAN系統(tǒng)故障樹所用到的邏輯門和事件符號及含義

（2）CAN系統(tǒng)故障樹的建立

在建立CAN系統(tǒng)故障樹所用到的邏輯門和事件符號及含義見表2。

CAN的常見故障模式當(dāng)前顯性顯示的故障征兆：“發(fā)動機(jī)不起動且儀表ESP、ABS、AB等多項(xiàng)警告燈報警”為頂事件，采取正向推理原理，一直搜索到底事件即故障原因。

CAN系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。發(fā)動機(jī)不起動且多項(xiàng)儀表報警燈報警，屬于CAN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的典型故障表征。根據(jù)故障診斷儀進(jìn)入N92網(wǎng)關(guān)初診的結(jié)果并且結(jié)合圖3可知，主要故障原因與N10/1（帶熔絲和繼電器的前側(cè)信號采集及促動控制SAM控制單元）、X30/34（車內(nèi)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (CAN)/駕駛室電壓分配器插座）、X30/31（底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (CAN)/駕駛室電壓分配器插座）、X30/30（底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (CAN)/車架地板總成電壓分配器插座）、A13（電動駐車制動器控制單元）等幾方面有關(guān)系。

圖3 CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖

（待續(xù)）