校金龍

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院， 河南 鄭州 451191）

2022年新能源汽車銷量達(dá)到535萬輛，占汽車銷量的23.05%，相比于上年增長了81.48%，而比亞迪新能源汽車銷量為185.7萬輛，占據(jù)新能源汽車銷量的34.71%?？梢娦履茉雌嚢l(fā)展勢頭迅猛，正在快速地占據(jù)汽車市場，而比亞迪新能源汽車是新能源汽車中的主力軍，同時(shí)在高職院校實(shí)訓(xùn)設(shè)備中應(yīng)用較多，因此有必要對比亞迪新能源汽車的故障診斷進(jìn)行深入研究。CAN總線相較于普通線束結(jié)構(gòu)特殊，故障診斷困難，維修有特殊要求，本文基于2019款比亞迪秦EV開展CAN總線故障診斷探究[1]。

1 比亞迪秦EV CAN網(wǎng)絡(luò)總線

如圖1所示，2019款比亞迪秦EV的CAN網(wǎng)絡(luò)包含4個(gè)大網(wǎng)絡(luò)和3個(gè)小網(wǎng)絡(luò)，其中BIC子網(wǎng)在電池包內(nèi)部[2]。

圖1 比亞迪秦EV CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1） 動力網(wǎng)。動力CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度為500kb/s，采用總線型方式連接，入網(wǎng)的主要模塊包含診斷口、擋位傳感器、整車控制器、電機(jī)控制器、電池管理器、充配電總成等。該網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)有2個(gè)120Ω的終端電阻[3]，分別在網(wǎng)關(guān)和電池管理器中。該網(wǎng)絡(luò)主要傳輸動力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，在上電過程中參與動力系統(tǒng)防盜認(rèn)證。該網(wǎng)絡(luò)下的電池子網(wǎng)和BIC子網(wǎng)用于向電池管理器傳輸采集到的電池包的溫度、電壓等數(shù)據(jù)信息，同時(shí)可以將均衡命令發(fā)送到電池包的執(zhí)行器對電芯電量進(jìn)行均衡。電池子網(wǎng)的終端電阻分別在動力電池管理器和通信轉(zhuǎn)換模塊中。

2） 舒適CAN網(wǎng)絡(luò)1。舒適CAN網(wǎng)絡(luò)1數(shù)據(jù)傳輸速度為125kb/s，主要包含組合開關(guān)、左前車門組合開關(guān)、BCM、SRS ECU等模塊。該網(wǎng)絡(luò)中的2個(gè)終端電阻分別在網(wǎng)關(guān)和CAN總線中。該網(wǎng)絡(luò)下的啟動子網(wǎng)主要用于傳輸遙控鑰匙認(rèn)證信息，從而進(jìn)行車輛上鎖或解鎖，啟動子網(wǎng)的終端電阻分別并聯(lián)在BCM和I-KEY（智能鑰匙控制單元） 中。值得注意的是BCM集成在儀表板配電盒中。

3） 舒適CAN網(wǎng)絡(luò)2。舒適CAN網(wǎng)絡(luò)2數(shù)據(jù)傳輸速度為125kb/s，主要包含空調(diào)控制器、8寸PAD、收放機(jī)、PTC加熱器、電動壓縮機(jī)等模塊，該網(wǎng)絡(luò)的2個(gè)終端電阻分別并聯(lián)在網(wǎng)關(guān)和線束中。該網(wǎng)絡(luò)是娛樂、舒適網(wǎng)絡(luò)，主要傳輸車載娛樂設(shè)備及駕駛艙熱管理相關(guān)信息。

4） ESC網(wǎng)。ESC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度為500kb/s，主要包含ESP、CEPS、EPB、胎壓監(jiān)測等模塊，該網(wǎng)絡(luò)的2個(gè)終端電阻分別并聯(lián)在網(wǎng)關(guān)和線束中，主要傳輸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)相關(guān)信息。

2 比亞迪秦EV進(jìn)入及啟動策略

2.1 無鑰匙進(jìn)入策略

圖2為比亞迪秦EV無鑰匙進(jìn)入及高低壓上電控制結(jié)構(gòu)圖。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)駕駛員按壓微動開關(guān)并拉動門把手時(shí)，微動開關(guān)將開門信號傳輸給I-KEY模塊，I-KEY模塊通過天線廣播低頻信號尋找鑰匙，鑰匙接收信號后廣播高頻信號，I-KEY模塊通過內(nèi)置的接收模塊接收高頻信號并解析防盜代碼，防盜信息確認(rèn)后I-KEY通過啟動CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送車門解鎖信息至BCM，控制解鎖車門[4]。

圖2 比亞迪秦EV無鑰匙進(jìn)入及高低壓上電控制結(jié)構(gòu)圖

2.2 高低壓上電策略

踩下制動踏板，同時(shí)按下一鍵啟動開關(guān)時(shí)，BCM會通過啟動子網(wǎng)詢問智能鑰匙控制器合法鑰匙是否在車上，這時(shí)智能鑰匙控制器會再次尋找鑰匙，并進(jìn)行防盜代碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后將結(jié)果通過啟動子網(wǎng)反饋給BCM，此時(shí)BCM控制IG1、IG2、IG3、IG4繼電器閉合，喚醒動力CAN網(wǎng)絡(luò)各模塊[5]。

動力CAN網(wǎng)絡(luò)各模塊喚醒后進(jìn)行自檢，自檢包含BMS對電池包電壓、溫度等信息的檢查，以及對高壓互鎖檢查和各控制模塊自身狀況檢查等。各控制單元自檢無異常后，BMS先控制負(fù)極接觸器閉合，再控制預(yù)充接觸器閉合，當(dāng)高壓母線的電壓上升至電池包電壓90%或者兩者電壓差小于50V時(shí)控制正極接觸器閉合，最后斷開預(yù)充接觸器，完成高低壓上電。高壓上電后DCDC進(jìn)入工作狀態(tài)。

需要注意的是比亞迪秦EV的舒適CAN網(wǎng)絡(luò)故障不會影響車輛高低壓上電，但是ESC CAN網(wǎng)絡(luò)故障會導(dǎo)致車輛高壓無法上高壓電。

3 CAN總線故障形式及現(xiàn)象

3.1 CAN總線故障形式

CAN總線是雙絞線構(gòu)造，一條定義為CANH，另一條定義為CANL。CAN總線的故障形式多種多樣，表1給出了CAN總線故障的基本形式，主要包含開路、短路、虛接等形式，延申的故障形式還有對信號線（例如互鎖信號、CP信號等）短路或虛接，CANH與CANL交叉等，本文只討論基本形式。不同CAN網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致的故障現(xiàn)象不一樣，不同CAN網(wǎng)絡(luò)故障的波形也不一樣，也有一些CAN故障不會導(dǎo)致車輛出現(xiàn)故障現(xiàn)象，例如動力CANH搭鐵虛接250Ω電阻、動力CANL搭鐵接250Ω電阻。下面基于比亞迪秦EV的進(jìn)入系統(tǒng)和高低壓上電控制策略，對基本形式的CAN總線故障帶來的故障現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)分析。

表1 CAN線故障的基本形式

3.2 CAN總線故障試驗(yàn)分析

通過大量試驗(yàn)得出表2所示的故障現(xiàn)象對應(yīng)的啟動子網(wǎng)故障的基本形式。啟動子網(wǎng)只連接智能鑰匙控制器和BCM，當(dāng)啟動子網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，智能鑰匙控制系統(tǒng)無法將防盜驗(yàn)證結(jié)果傳輸給車身控制模塊，車身控制模塊無法發(fā)布車門解鎖命令進(jìn)行車門解鎖。圖3為列舉的4種不影響功能的啟動子網(wǎng)故障的波形圖?；贑AN總線工作原理，通過對波形進(jìn)行研究，在這7種故障形勢下，顯性狀態(tài)，CANH與CANL之間存在一定的差分電壓，故無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)工作正常。

表2 啟動子網(wǎng)故障及現(xiàn)象

圖3 啟動子網(wǎng)故障的波形圖

通過對動力CAN總線網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)MCU處進(jìn)行故障試驗(yàn)，得出表3所示故障現(xiàn)象對應(yīng)的故障基本形式。當(dāng)動力CAN總線出現(xiàn)故障時(shí)，VCU、BCM、電池管理器、電機(jī)控制器等各模塊無法進(jìn)行自檢及上電信息交互，車輛無法完成高壓上電[6]。圖4a、4b、4c分別對應(yīng)比亞迪秦動力CAN總線CANH搭鐵虛接250Ω的波形圖、CANL搭鐵虛接250Ω電阻的波形圖、CANH對CANL虛接250Ω電阻的波形圖。根據(jù)CAN總線工作原理，在這3種故障形勢下，控制單元能夠識別CANH和CANL的差分波形，高壓系統(tǒng)能夠正常上電。

表3 動力CAN總線故障及現(xiàn)象

圖4 動力CAN總線波形圖

通過對ESC總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中網(wǎng)關(guān)處進(jìn)行故障試驗(yàn)，研究得出表4所示故障現(xiàn)象對應(yīng)的CAN總線故障的基本形式。當(dāng)網(wǎng)關(guān)處CAN總線出現(xiàn)故障時(shí)，ESP、EPB、胎壓監(jiān)測等各模塊無法進(jìn)行信息交互，車輛無法完成高壓上電。相同原理，在CANL搭鐵短路、CANL搭鐵虛接250Ω、CANH與CANL之間虛接250Ω電阻的情況下，車輛能夠正常完成高低壓上電，無故障提示信息且能正常下電。

4 結(jié)語

CAN總線故障的形式和故障現(xiàn)象多種多樣，不同種類的CAN總線適用于不同的領(lǐng)域，不同的故障形式會引發(fā)不同的故障現(xiàn)象，即使在同一種故障形式下，條件不同，所出現(xiàn)的故障現(xiàn)象也是不同的，例如虛接不同的電阻值，就會得到不同的結(jié)果。本文在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對CAN總線的各種故障形式進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，總結(jié)了影響比亞迪秦純電動汽車無鑰匙進(jìn)入、高低壓上電的CAN總線故障形式，分析了不影響CAN總線功能的故障形式，給新能源汽車維修從業(yè)人員及職業(yè)院校師生提供了參考，希望對相關(guān)從業(yè)人員技術(shù)水平有一點(diǎn)幫助，也為促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一點(diǎn)綿薄之力。