【CAN總線知識(shí)】為什么主機(jī)廠愈來愈重視CAN一致性測(cè)試？

新能源汽車迅猛發(fā)展下整車CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)日益復(fù)雜，總線故障等潛在問題時(shí)刻影響著運(yùn)行安全。整車零部件通過CAN一致性測(cè)試必將是安全保障的第一道門檻。

CAN一致性測(cè)試，就是要求整車CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都滿足CAN總線節(jié)點(diǎn)規(guī)范要求，縮小CAN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)差異，保證CAN網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境穩(wěn)定，有效提高CAN網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。

那主機(jī)廠為什么愈來愈重視CAN一致性測(cè)試呢？

整車CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

以往的傳統(tǒng)車的CAN總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較少，如儀表、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU等。但隨著新能源汽車行業(yè)發(fā)展，整車CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)演變得極為復(fù)雜，現(xiàn)在新能源汽車內(nèi)部CAN節(jié)點(diǎn)已經(jīng)高達(dá)60個(gè)，細(xì)分為多個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如車身部含有空調(diào)、車門、導(dǎo)航等節(jié)點(diǎn)，安全系統(tǒng)又含有氣囊、引爆管等節(jié)點(diǎn)。

圖1 整車復(fù)雜的CAN網(wǎng)絡(luò)

? CAN總線不一致的危害

復(fù)雜的CAN網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)質(zhì)量良莠不齊會(huì)對(duì)CAN總線網(wǎng)絡(luò)存在較大的安全隱患，通常會(huì)因?yàn)槠渲心骋粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤進(jìn)而影響整體總線正常運(yùn)行，乃至導(dǎo)致整體總線的癱瘓。

1. 總線癱瘓

比如一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)包含節(jié)點(diǎn)A、B、C，節(jié)點(diǎn)A差分電壓是1.2V，而節(jié)點(diǎn)B的差分電壓是2.0V，節(jié)點(diǎn)C差分電壓是1.8V。當(dāng)整車CAN網(wǎng)絡(luò)工作在強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下，環(huán)境的共模干擾串?dāng)_到CAN總線中會(huì)使節(jié)點(diǎn)A的差分電壓影響到0.9V以下，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)從顯性電平翻轉(zhuǎn)成為隱性電平，進(jìn)而導(dǎo)致了節(jié)點(diǎn)A工作故障，頻繁發(fā)出錯(cuò)誤幀。在CAN總線中，錯(cuò)誤幀雖然不被接收，但是依然占用總線傳輸時(shí)間，所以導(dǎo)致其他正常節(jié)點(diǎn)發(fā)送延遲或者無法發(fā)送，影響整車CAN總線正常運(yùn)行環(huán)境。

解決方案：主機(jī)廠必須要求節(jié)點(diǎn)A、B、C的工作電壓必須要工作在1.8V，乃至2.0V，這個(gè)問題便得以解決。

圖2 錯(cuò)誤幀占用總線

2. 波特率不一致導(dǎo)致CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)死機(jī)

位時(shí)間（位寬）和波特率是CAN總線通訊的最基本要素。位時(shí)間=1/波特率，比如波特率是500k，那位時(shí)間是2us。在相同的CAN總線采樣頻率下，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)的位時(shí)間發(fā)生抖動(dòng)時(shí)，即位時(shí)間為1.8us或者2.2us，將導(dǎo)致采樣點(diǎn)的邏輯判斷出現(xiàn)異常，出現(xiàn)總線錯(cuò)誤，導(dǎo)致CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)死機(jī)。

解決方案：在CAN網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入階段，如果對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行規(guī)范化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位時(shí)間必須滿足t=2us±3%，那么CAN網(wǎng)絡(luò)的位時(shí)間將高度一致，則可以從CAN總線物理層進(jìn)行規(guī)避該問題。

圖3 波特率抖動(dòng)導(dǎo)致位時(shí)間變化

3. 顯性閾值電平錯(cuò)誤判斷導(dǎo)致整車網(wǎng)絡(luò)故障

通常而言，CAN總線判斷顯隱性的機(jī)制如下：在差分電平大于0.9V時(shí)，為顯性電平；而在小于0.5V時(shí)，為隱性電平，其中在05V至0.9V之間為不確定區(qū)域。但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，CAN總線網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)在差分電平為0.9V時(shí)，依然判斷為隱性，則出現(xiàn)位邏輯判斷錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)發(fā)出錯(cuò)誤幀，使總線陷入網(wǎng)絡(luò)故障狀態(tài)。

解決方案：如在CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)入階段，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行顯性閾值測(cè)試，利用電壓源將差分電壓升高至0.9V，，保證所有節(jié)點(diǎn)在此差分電壓都能判斷為顯性，并且停止發(fā)送報(bào)文，將減少該總線故障問題出現(xiàn)，并且減輕CAN總線網(wǎng)絡(luò)調(diào)試的工作量。

圖4

? CAN一致性測(cè)試內(nèi)容及解決方案

1. CAN一致性測(cè)試內(nèi)容

在國內(nèi)，大部分的主機(jī)廠都有CAN總線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試規(guī)范，主要內(nèi)容包括物理層、鏈路層以及應(yīng)用層。

物理層：通信介質(zhì)的物理特性，如幅值、邊沿時(shí)間等，是最重要的部分。鏈路層：規(guī)定在介質(zhì)上傳輸?shù)呐帕泻徒M織，如幀結(jié)構(gòu)；應(yīng)用層：在用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端之間進(jìn)行信息交換，客戶自定義內(nèi)容較多。

物理層在介質(zhì)的物理特性方面的規(guī)定，主要源自于標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898，該部分標(biāo)準(zhǔn)高度一致。而鏈路層和應(yīng)用層方面，因?yàn)橹鳈C(jī)廠的整車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不同，其應(yīng)用層測(cè)試各不一致。

圖5 CAN一致性測(cè)試內(nèi)容（節(jié)選）

2. CAN一致性測(cè)試方案

CAN一致性測(cè)試工具包含CAN卡、示波器、電源等設(shè)備，當(dāng)前國內(nèi)CAN總線工程師只能采用手動(dòng)搭建測(cè)試平臺(tái)并進(jìn)行逐項(xiàng)測(cè)試，主要通過CAN卡采集報(bào)文數(shù)據(jù)，以及通過示波器進(jìn)行測(cè)試波形，進(jìn)而達(dá)到測(cè)試位時(shí)間、幅值、位寬等目的，但是測(cè)試方案效率較低，一般完成整體CAN一致性測(cè)試項(xiàng)目需要10小時(shí)乃至1天時(shí)間。

圖6?手動(dòng)測(cè)試架構(gòu)搭建ZLG致遠(yuǎn)電子發(fā)布的CANDT一致性測(cè)試系統(tǒng)基于CANScope底層分析能力，集成示波器、電源等必要設(shè)備，可覆蓋主機(jī)廠CAN一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)CAN總線一致性測(cè)試，為主機(jī)廠及零部件企業(yè)建立CAN總線測(cè)試及保障體系。另外，CANDT還可以根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行輸出測(cè)試報(bào)告，作為主機(jī)廠準(zhǔn)入依據(jù)，大大降低主機(jī)廠在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試環(huán)節(jié)的工作量，并保證整車CAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的穩(wěn)定。

圖7?CANDT一致性測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)