康明斯电控发动机CAN总线故障排除:can总线故障
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发布时间：2023-06-22 03:23
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时间：2024-05-31 22:50
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。
