【導(dǎo)讀】CAN總線的應(yīng)用越來越廣泛，工程師在不同工況下，如何快速實(shí)現(xiàn)故障定位呢？本文將介紹CAN網(wǎng)絡(luò)故障帶來的麻煩，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。
新能源汽車的未來發(fā)展
現(xiàn)在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等概念已經(jīng)滲透進(jìn)了千家萬戶，也滲透到了汽車工業(yè)的未來，典型例子就是汽車的自動(dòng)化駕駛。
圖1 車輛內(nèi)通訊量隨年份變化表
如圖1所示，隨著車輛實(shí)現(xiàn)的功能逐漸增多，整車的網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜，需要進(jìn)行的通訊量也隨著暴漲。為了面對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量的暴增，未來新能源汽車將會(huì)逐步從現(xiàn)在有的CAN總線通訊逐步升級(jí)到CAN FD，來應(yīng)對(duì)該變化。
故障常見現(xiàn)象
當(dāng)CAN總線出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)傳輸異常時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)多種奇怪的故障現(xiàn)象，例如：
● 儀表板顯示異常，不停跳變，與實(shí)際值；
● 車輛無法正常啟動(dòng)，啟動(dòng)后無法熄滅；
● 車輛某些電控系統(tǒng)功能失靈；
● 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)異常，動(dòng)力供應(yīng)變化巨大等。
CAN總線故障定位
CAN總線的故障問題絕大多數(shù)都是由于物理層傳輸出現(xiàn)問題導(dǎo)致的，所以為了對(duì)CAN總線故障定位，就需要對(duì)CAN總線的報(bào)文進(jìn)行分析。
圖2 CAN總線異常狀態(tài)波形圖
新能源汽車中常見的問題是干擾問題。如圖2所示是使用我司CAN總線分析儀捕獲到的某車輛通訊的波形，在進(jìn)行CAN總線故障定位時(shí)，要根據(jù)波形情況來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(hào)疊加，所以針對(duì)異常共模信號(hào)做FFT頻譜分析，幫助用戶快速定位共模干擾頻率。
圖3 FFT分析結(jié)果
如圖3所示為FFT分析結(jié)果，可以看到干擾主要集中在1264KHz附近，證明在該CAN總線網(wǎng)絡(luò)中有某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生了這個(gè)頻率的信號(hào)，串?dāng)_進(jìn)了CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致總線通訊發(fā)生異常。
圖4 CAN總線網(wǎng)絡(luò)示例圖
如圖4所示為該CAN總線網(wǎng)絡(luò)的示例圖，針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)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(hào)串?dāng)_進(jìn)入總線導(dǎo)致通訊異常。
干擾排除方法
當(dāng)我們確定了CAN總線的故障原因以后，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(hào)，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致板子死機(jī)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(jié)點(diǎn)的地電位不一致，導(dǎo)致有回流電流，產(chǎn)生共模信號(hào)，CAN的抗共模干擾能力是-12~7V，超過這個(gè)差值則出現(xiàn)錯(cuò)誤，如果共模差超過±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，增加了總線抗干擾性。
圖5 差分抗干擾示意圖
2、增加雙絞程度
CAN總線為了提高抗干擾能力，采用CANH和CANL差分傳輸，達(dá)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，通常雙絞線只有33絞/米，而在強(qiáng)干擾場(chǎng)合，雙絞程度要到45-55絞/米才能達(dá)到較好的抗干擾效果。
3、CAN線保證屏蔽效果與正確接地
帶屏蔽層的CAN線，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(shì)體，避免CAN導(dǎo)線受到干擾。如圖7所示，為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽雙絞線，CANH和CANL通過鋁箔和無氧銅絲屏蔽網(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屏蔽線帶有2層屏蔽層，稱為雙層屏蔽線，其中內(nèi)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
4、使用CAN網(wǎng)橋
圖8 CAN網(wǎng)橋抗干擾示意圖
通過圖8可以看到，波形在經(jīng)過CAN網(wǎng)橋之前，由于總線電容過大，下降沿變得非常緩，形成了鐮刀狀，這樣就容易導(dǎo)致位采樣錯(cuò)誤。而經(jīng)過CAN網(wǎng)橋后，報(bào)文波形經(jīng)過整形后重新發(fā)出，可以看到波形整體情況良好，能夠保證報(bào)文的正常收發(fā)。
測(cè)試解決方案
這是CAN總線的冰山模型，當(dāng)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(cè)試，總線延遲等。
圖9 CAN總線冰山模型
為了保證CAN總線的通訊正常，在研發(fā)測(cè)試時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行多種測(cè)試，以增加CAN總線的魯棒性和一致性，保證通訊正常。
目前ZLG致遠(yuǎn)電子首款CANFD總線分析測(cè)試產(chǎn)品已經(jīng)正式發(fā)布，ZPS-CANFD作為第二代總線開發(fā)輔助工具，能夠適用于CANFD、CAN、LIN總線的測(cè)量及測(cè)試儀器，可以為行業(yè)用戶提供可靠的多總線測(cè)試分析平臺(tái)。
1、滿足CAN FD、CAN、LIN多總線測(cè)試分析
ZPS-CANFD完美匹合汽車電子平臺(tái)開發(fā)，專注于智能網(wǎng)聯(lián)汽車CANFD、CAN、LIN總線的測(cè)量及測(cè)試，可高效完成總線多層次的對(duì)比分析，從物理層模擬信號(hào)、數(shù)字邏輯信號(hào)、數(shù)據(jù)鏈路層、協(xié)議層、應(yīng)用層剖析對(duì)比展示。
2、強(qiáng)大的軟件眼圖，清晰查找信號(hào)畸變
基于總線信號(hào)特征深度定制的軟件眼圖，可直接觀測(cè)信號(hào)畸變程度，評(píng)估CANFD總線幅值情況，進(jìn)一步判斷總線傳輸是否符合標(biāo)準(zhǔn)和存在風(fēng)險(xiǎn)。
3、支持信號(hào)質(zhì)量分析，多維度評(píng)估節(jié)點(diǎn)信號(hào)特征
ZPS-CANFD總線分析儀從幅值、擾動(dòng)和斜率等多維度參數(shù)進(jìn)行CANFD總線信號(hào)質(zhì)量分析評(píng)估，可直觀查看總線信號(hào)質(zhì)量情況，規(guī)避信號(hào)傳輸失敗風(fēng)險(xiǎn)。
4、總線故障模擬，快速定位故障
ZPS-CANFD總線分析儀支持一鍵設(shè)置設(shè)備連接，可實(shí)現(xiàn)波特率、采樣點(diǎn)、終端電阻的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，ZPS-CANFD提供總線電阻/電容負(fù)載/斷短路/線纜錯(cuò)誤連接的調(diào)整，模擬應(yīng)用環(huán)境總線受負(fù)載變化及連接異常影響下的通信情況。
5、魯棒性測(cè)試
ZPS-CANFD分析儀支持CANFD幀數(shù)據(jù)按位干擾能力，能最大限度模擬總線擾動(dòng)情況，提供控制器層面上的一致性測(cè)試能力。是驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)魯棒性的最佳方案！
總結(jié)
隨著汽車電子、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(yīng)用。越來越多的用戶需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的CAN FD進(jìn)行有效數(shù)據(jù)分析，通過ZPS-CANFD總線分析儀，可以實(shí)時(shí)有效分析CAN FD數(shù)據(jù)，有助于事后進(jìn)行故障分析，繼而解決CAN FD總線存在的問題，從而有效提升整車網(wǎng)絡(luò)可靠性。
來源：ZLG致遠(yuǎn)儀器
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