康明斯电控发动机CAN总线故障排除:can总线故障

　　随着CAN总线技术在各类车辆上的广泛应用，相信广大技术人员和我一样迫切希望了解该系统的组成原理和故障解决方法，以便更有效的指导实际应用和处理现场问题。驻外服务期间，笔者遇到一例故障历时两周，多次现场处理才最终解决。过程十分坎坷。通过这次事件，笔者对自动变速器换挡理论、电控系统通信有了更清楚的认识。在此将整个故障处理过程展现给大家。并将CAN总线的相关知识一并奉上，希望能起到抛砖引玉的作用，与大家共同提高。
　　
　　主要故障现象
　　
　　一批高档公交车，匹配进口康明斯电控发动机和ZF自动变速器总成，在客户使用3、4个月后，频繁出现车辆行进过程中冲击大、行驶不平顺的问题，甚至有时候挂不上挡。因为该客户是该型公交的首批应用，因此发动机厂家、变速器厂家都非常重视，三方的当地服务站都上门服务尝试解决。
　　根据客户的反馈初步分析，故障出在动力总成上，似乎发动机和变速器匹配不当，换挡不平顺引起行进时冲击。到现场后，变速器和发动机厂家，接上服务软件进行实车测试。
　　
　　1　变速器厂家的分析
　　变速器电控单元做出换挡的决定主要取决于以下因素：①挡位；②车速；③发动机转速；④发动机负荷率；⑤油温水温等保护信号。其中最重要的参数是发动机转速和当前车速。自动变速器一般会选择发动机转速和负荷率均较高时升挡，以便充分发挥动力，同时保证车辆平稳行驶。
　　
　　经测试，变速器没有任何故障。厂家人员向我介绍了换挡过程：①当发动机转速很高(说明发动机尚有充沛的动力盈余)、发动机负荷率较高(说明驾驶员有加速意愿)时，变速器进行升挡操作；②升挡操作完成后，发动机转速稍有下降，但又很快恢复，车速平稳上升，完成换挡全过程，因自动变速器装配的液力变矩器有缓冲作用，因此整个过程非常平顺。
　　该车换入高挡后，发动机转速出人意料地急剧下降，说明发动机动力不足以维持高挡位状态，变速器觉察车速未上升，发动机转速下降，为不使发动机熄火。马上换入低挡。由此，车辆顿挫了一下。由于驾驶员有加速意愿，会踩着油门不放，该过程会反复几次，高挡位才顺利切入。这样升挡、降挡的反复循环，产生行进中的冲击。变速器服务人员据此认为发动机动力不足是故障主因。
　　
　　2　发动机厂家的分析
　　该发动机是达到欧Ⅲ排放的电控发动机。根据发动机服务软件的检测，发动机各系统均工作正常，发动机保养也是授权服务站亲自来操作，保养维护非常到位。厂家人员检查了加速踏板、各传感器、线束，认定发动机本身并无故障。
　　发动机和变速器的诊断软件都没有查出问题。看来是整车匹配存在一些问题了。
　　客户很着急。车子每停一天，损失上千元，离总部十万八千里的我，一时间也很难获得总部的技术支持。只好硬着头皮又进行了故障的一一排查。
　　
　　再次试车：
　　再次同发动机及变速器厂家的技术员试车，同时密切观测运行数据。发现换挡时，变速器服务软件会时不时地报“数据连接错误”，随后车辆就发生换挡冲击，两者存在一定联系。通讯故障并不是变速器自身故障，所以不会在ECU中记录，前期我们并没有关注到这里。10min的试车，服务软件记录“DATAERROR”(通讯数据错误)100多次。服务人员达成一致意见，问题出在通讯系统。
　　有了大致的目标，就要好好地了解一下通讯系统的组成和工作原理了。
　　
　　车辆的匹配
　　
　　1　不同类型发动机匹配自动变速器的区别。欧Ⅱ排放的发动机，一般采用机械喷油泵，与自动变速器匹配时，发动机转速、车速等信号，可以依靠箱体上自带的传感器，但“负荷传感器”是一个连在喷油泵拉杆上的开度信号传感器(图1)，需要外接。而电控发动机，采用高压共轨(Common Rail)或者单体泵系统时，电子油门踏板直接将油门开度信号送入发动机ECU，再由发动机ECU通过整车数据总线发布，自动变速器由数据总线获取；
　　2　数据总线的形式。尽管没有用CAN仪表，但动力总成(变速器与发动机)间的数据传输，采用J1939通讯总线，即CAN总线商用车应用协议，不会存在变速器和发动机“语言不通”的问题。
　　3　该车数据总线的物理实现。数据电缆，包含在“电控发动机辅助线束”中。整车“电控辅助线束”后端与发动机ECU相应接口连接后。增加封闭电阻，再引至车辆前部副仪表台内对接发动机诊断插座和变速器ECU。
　　
　　
　　CAN总线的知识
　　
　　CAN总线，是BOSCH公司最早提出的一种标准的串行数据传输系统的通称。主要目的是满足汽车产业中各种电子控制系统间的通信需求。利用CAN总线能有效减少线束的数量，满足大量数据的高速通讯需要。能够实现分布式控制系统各节点之间实时、可靠的数据通讯。CAN总线具有极高的可靠性，有一种通俗的说法是，一个CAN系统按照每年365天。每天工作8小时，每秒错误概率0.7计算，按统计平均，每1000年才会发生一个不可监测的错误。
　　
　　该车的CAN总线
　　
　　1　该车的CAN总线，线束分成了4个部分，如图2所示，CAN总线从车辆后部的发动机端插座(B48、B49、B50)引出线B后，在封闭电阻1的插座与C线合压(即相应的端子压接在一起)，C再穿过整个车体，引至车辆前部仪表台中，在封闭电阻2的插座再次与D线合压，再引至发动机9针诊断接口，再由诊断接口合压，用约2.5m的电缆引至安装在副仪表台内的自动变速器ECU。
　　2　从诊断接口至变速器ECU的连接线，采用了普通电缆。
　　3　封闭电阻插接件采用了普通插座。CAN总线应用的国家标准
　　为了彻底弄清故障根源，查阅了国家标准中CAN总线物理结构的拓扑要求，标准的CAN总线拓扑结构应满足如图3所示要求。
　　比对以上国标和实车的状态，可以看出该车存在以下缺陷。
　　1　“电缆短线”的长度超过了国标，车辆尾部，从发动机CAN总线插座到封闭电阻的长度为1.2m，超过0.2m。车辆前部诊断插座到变速器的ECU距离为2.5m，合计接线长度为3m，超过2m。
　　2　实车CAN总线被截成了四段，压接的方式无法保证通讯可靠。
　　3　普通插接件无法保证通讯质量。国标推荐的应用方式
　　
　　按标准推荐的连接方式扩展设备时，线路总长40m的范围内，可连接30个设备。扩展时，先拔出终端电阻。插入三通，一端连接新设备，另一端口再接终端电阻即可。
　　对于A、B插接件及三通，不少连接器公司都能提供标准的解决方案，如Deutsch公司的产品，如图4、图5所示。
　　
　　故障原因分析
　　
　　车辆正常行驶时，变速器和发动机间传递的数据量有限。但每次变挡位时，发动机和变速器需要交换大量的状态信息，以便相互确认工作状态，进而确定自身的最佳工况。升挡前，变速器电控单元会向发动机发出换挡信号，发动机在得到信号后，会提升功率(与熟练的司机会加一下油门类似)。在变速器得到发动机确认，完成换挡操作后，会继续向发动机核实其转速、负荷率等信息，确保换挡成功。如果数据线存在“软故障”，数据量小时通讯正常，数据量大时，数据传递出现错误或“拥塞”，就会出现类似“不匹配”的故障。如本案中升挡操作后，变速器无法正确的判定发动机转速和油门开度，会认定发动机动力下降，直接进行了降挡操作。而发动机在提升功率后，得到了进挡的信号，却无法进一步获得车速信号，于是降低输出功率。可见，因为数据传输不良，造成了两者相互牵制，引发了故障。
　　参照国标，总结CAN总线应用的注意事项：
　　1　CAN通讯线的总长度不大于40m，结点数不多于30个。
　　2　导线为三股绞合屏蔽线，其中一根为屏蔽线，两根为通讯线。
　　3　通讯线(CAN_H和DCAN_L)两端各需要一个120±10Ω的电阻。
　　4　屏蔽线需接地，且连接点只能有一个。
　　5　插接件应有符合要求的闭锁、偏振和保持装置，并有相应的环境保护措施。