【導讀】CAN總線(xiàn)的應用越來(lái)越廣泛，工程師在不同工況下，如何快速實(shí)現故障定位呢？本文將介紹CAN網(wǎng)絡(luò )故障帶來(lái)的麻煩，以及快速定位故障的幾種方法，可以幫您快速完成判斷并進(jìn)行選擇。
新能源汽車(chē)的未來(lái)發(fā)展
現在大數據、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等概念已經(jīng)滲透進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，也滲透到了汽車(chē)工業(yè)的未來(lái)，典型例子就是汽車(chē)的自動(dòng)化駕駛。
圖1 車(chē)輛內通訊量隨年份變化表
如圖1所示，隨著(zhù)車(chē)輛實(shí)現的功能逐漸增多，整車(chē)的網(wǎng)絡(luò )也越來(lái)越復雜，需要進(jìn)行的通訊量也隨著(zhù)暴漲。為了面對數據傳輸量的暴增，未來(lái)新能源汽車(chē)將會(huì )逐步從現在有的CAN總線(xiàn)通訊逐步升級到CAN FD，來(lái)應對該變化。
故障常見(jiàn)現象
當CAN總線(xiàn)出現故障或數據傳輸異常時(shí)，往往會(huì )出現多種奇怪的故障現象，例如：
● 儀表板顯示異常，不停跳變，與實(shí)際值；
● 車(chē)輛無(wú)法正常啟動(dòng)，啟動(dòng)后無(wú)法熄滅；
● 車(chē)輛某些電控系統功能失靈；
● 電機轉動(dòng)異常，動(dòng)力供應變化巨大等。
CAN總線(xiàn)故障定位
CAN總線(xiàn)的故障問(wèn)題絕大多數都是由于物理層傳輸出現問(wèn)題導致的，所以為了對CAN總線(xiàn)故障定位，就需要對CAN總線(xiàn)的報文進(jìn)行分析。
圖2 CAN總線(xiàn)異常狀態(tài)波形圖
新能源汽車(chē)中常見(jiàn)的問(wèn)題是干擾問(wèn)題。如圖2所示是使用我司CAN總線(xiàn)分析儀捕獲到的某車(chē)輛通訊的波形，在進(jìn)行CAN總線(xiàn)故障定位時(shí)，要根據波形情況來(lái)判定異常干擾的原因。
可以看到在CAN_H和CAN_L上均有異常共模信號疊加，所以針對異常共模信號做FFT頻譜分析，幫助用戶(hù)快速定位共模干擾頻率。
圖3 FFT分析結果
如圖3所示為FFT分析結果，可以看到干擾主要集中在1264KHz附近，證明在該CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中有某個(gè)節點(diǎn)產(chǎn)生了這個(gè)頻率的信號，串擾進(jìn)了CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，導致總線(xiàn)通訊發(fā)生異常。
圖4 CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )示例圖
如圖4所示為該CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的示例圖，針對每個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行測試后發(fā)現該共模干擾頻率與逆變器頻率吻合，最終確定是由于逆變器信號串擾進(jìn)入總線(xiàn)導致通訊異常。
干擾排除方法
當我們確定了CAN總線(xiàn)的故障原因以后，需要進(jìn)行干擾排除，那么下面將介紹常用的抗干擾解決方案。
1、增加隔離模塊
干擾不但影響信號，更嚴重的會(huì )導致板子死機或者燒毀，所以接口和電源的隔離是抗干擾的第一步。隔離的主要目的是：避免地回流燒毀電路板和限制干擾的幅度。如圖5所示，未隔離時(shí)，兩個(gè)節點(diǎn)的地電位不一致，導致有回流電流，產(chǎn)生共模信號，CAN的抗共模干擾能力是-12~7V，超過(guò)這個(gè)差值則出現錯誤，如果共模差超過(guò)±36V，燒毀收發(fā)器或者電路板。增加CTM隔離模塊后，就隔絕了地回流，限制了干擾幅度，增加了總線(xiàn)抗干擾性。
圖5 差分抗干擾示意圖
2、增加雙絞程度
CAN總線(xiàn)為了提高抗干擾能力，采用CANH和CANL差分傳輸，達到效果就是遇到干擾后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不變。如圖6所示。
圖6 差分抗干擾示意圖
CANH和CANL要緊密地絞在一起，通常雙絞線(xiàn)只有33絞/米，而在強干擾場(chǎng)合，雙絞程度要到45-55絞/米才能達到較好的抗干擾效果。
3、CAN線(xiàn)保證屏蔽效果與正確接地
帶屏蔽層的CAN線(xiàn)，可以良好地抵御電場(chǎng)的干擾，等于整個(gè)屏蔽層是一個(gè)等勢體，避免CAN導線(xiàn)受到干擾。如圖7所示，為一個(gè)標準的屏蔽雙絞線(xiàn)，CANH和CANL通過(guò)鋁箔和無(wú)氧銅絲屏蔽網(wǎng)包裹，如圖7所示。需要注意的是和與接插件的連接，在連接部分允許有短于25mm的電纜不用雙絞。較好的CAN屏蔽線(xiàn)帶有2層屏蔽層，稱(chēng)為雙層屏蔽線(xiàn)，其中內層的CAN_GND是與CAN收發(fā)器的地連接，外層的Shield是與外殼大地相連。
圖7 屏蔽雙絞線(xiàn)
4、使用CAN網(wǎng)橋
圖8 CAN網(wǎng)橋抗干擾示意圖
通過(guò)圖8可以看到，波形在經(jīng)過(guò)CAN網(wǎng)橋之前，由于總線(xiàn)電容過(guò)大，下降沿變得非常緩，形成了鐮刀狀，這樣就容易導致位采樣錯誤。而經(jīng)過(guò)CAN網(wǎng)橋后，報文波形經(jīng)過(guò)整形后重新發(fā)出，可以看到波形整體情況良好，能夠保證報文的正常收發(fā)。
測試解決方案
這是CAN總線(xiàn)的冰山模型，當前工程師只關(guān)注露出水面部分：發(fā)送是否正常和協(xié)議解析，但是底層還有很多影響的因素，如壓力測試，總線(xiàn)延遲等。
圖9 CAN總線(xiàn)冰山模型
為了保證CAN總線(xiàn)的通訊正常，在研發(fā)測試時(shí)就需要對其進(jìn)行多種測試，以增加CAN總線(xiàn)的魯棒性和一致性，保證通訊正常。
目前ZLG致遠電子首款CANFD總線(xiàn)分析測試產(chǎn)品已經(jīng)正式發(fā)布，ZPS-CANFD作為第二代總線(xiàn)開(kāi)發(fā)輔助工具，能夠適用于CANFD、CAN、LIN總線(xiàn)的測量及測試儀器，可以為行業(yè)用戶(hù)提供可靠的多總線(xiàn)測試分析平臺。
1、滿(mǎn)足CAN FD、CAN、LIN多總線(xiàn)測試分析
ZPS-CANFD完美匹合汽車(chē)電子平臺開(kāi)發(fā)，專(zhuān)注于智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)CANFD、CAN、LIN總線(xiàn)的測量及測試，可高效完成總線(xiàn)多層次的對比分析，從物理層模擬信號、數字邏輯信號、數據鏈路層、協(xié)議層、應用層剖析對比展示。
2、強大的軟件眼圖，清晰查找信號畸變
基于總線(xiàn)信號特征深度定制的軟件眼圖，可直接觀(guān)測信號畸變程度，評估CANFD總線(xiàn)幅值情況，進(jìn)一步判斷總線(xiàn)傳輸是否符合標準和存在風(fēng)險。
3、支持信號質(zhì)量分析，多維度評估節點(diǎn)信號特征
ZPS-CANFD總線(xiàn)分析儀從幅值、擾動(dòng)和斜率等多維度參數進(jìn)行CANFD總線(xiàn)信號質(zhì)量分析評估，可直觀(guān)查看總線(xiàn)信號質(zhì)量情況，規避信號傳輸失敗風(fēng)險。
4、總線(xiàn)故障模擬，快速定位故障
ZPS-CANFD總線(xiàn)分析儀支持一鍵設置設備連接，可實(shí)現波特率、采樣點(diǎn)、終端電阻的實(shí)時(shí)調節，ZPS-CANFD提供總線(xiàn)電阻/電容負載/斷短路/線(xiàn)纜錯誤連接的調整，模擬應用環(huán)境總線(xiàn)受負載變化及連接異常影響下的通信情況。
5、魯棒性測試
ZPS-CANFD分析儀支持CANFD幀數據按位干擾能力，能最大限度模擬總線(xiàn)擾動(dòng)情況，提供控制器層面上的一致性測試能力。是驗證節點(diǎn)魯棒性的最佳方案！
總結
隨著(zhù)汽車(chē)電子、軌道交通等行業(yè)的快速發(fā)展，CAN FD因其突出的實(shí)時(shí)性和可靠性被廣泛應用。越來(lái)越多的用戶(hù)需要對現場(chǎng)的CAN FD進(jìn)行有效數據分析，通過(guò)ZPS-CANFD總線(xiàn)分析儀，可以實(shí)時(shí)有效分析CAN FD數據，有助于事后進(jìn)行故障分析，繼而解決CAN FD總線(xiàn)存在的問(wèn)題，從而有效提升整車(chē)網(wǎng)絡(luò )可靠性。
來(lái)源：ZLG致遠儀器
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