【CAN總線知識】為什么主機廠愈來愈重視CAN一致性測試？

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

CAN一致性測試，就是要求整車CAN網(wǎng)絡中的節(jié)點都滿足CAN總線節(jié)點規(guī)范要求，縮小CAN網(wǎng)絡中節(jié)點差異，保證CAN網(wǎng)絡的環(huán)境穩(wěn)定，有效提高CAN網(wǎng)絡的抗干擾能力。

那主機廠為什么愈來愈重視CAN一致性測試呢？

整車CAN網(wǎng)絡架構

以往的傳統(tǒng)車的CAN總線網(wǎng)絡節(jié)點較少，如儀表、發(fā)動機ECU等。但隨著新能源汽車行業(yè)發(fā)展，整車CAN網(wǎng)絡中的節(jié)點演變得極為復雜，現(xiàn)在新能源汽車內部CAN節(jié)點已經(jīng)高達60個，細分為多個CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)，如車身部含有空調、車門、導航等節(jié)點，安全系統(tǒng)又含有氣囊、引爆管等節(jié)點。

圖1 整車復雜的CAN網(wǎng)絡

? CAN總線不一致的危害

復雜的CAN網(wǎng)絡，各個節(jié)點質量良莠不齊會對CAN總線網(wǎng)絡存在較大的安全隱患，通常會因為其中某一個節(jié)點的錯誤進而影響整體總線正常運行，乃至導致整體總線的癱瘓。

1. 總線癱瘓

比如一個CAN網(wǎng)絡包含節(jié)點A、B、C，節(jié)點A差分電壓是1.2V，而節(jié)點B的差分電壓是2.0V，節(jié)點C差分電壓是1.8V。當整車CAN網(wǎng)絡工作在強電磁干擾的環(huán)境下，環(huán)境的共模干擾串擾到CAN總線中會使節(jié)點A的差分電壓影響到0.9V以下，導致節(jié)點從顯性電平翻轉成為隱性電平，進而導致了節(jié)點A工作故障，頻繁發(fā)出錯誤幀。在CAN總線中，錯誤幀雖然不被接收，但是依然占用總線傳輸時間，所以導致其他正常節(jié)點發(fā)送延遲或者無法發(fā)送，影響整車CAN總線正常運行環(huán)境。

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

圖2 錯誤幀占用總線

2. 波特率不一致導致CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)死機

位時間（位寬）和波特率是CAN總線通訊的最基本要素。位時間=1/波特率，比如波特率是500k，那位時間是2us。在相同的CAN總線采樣頻率下，當某一個節(jié)點的位時間發(fā)生抖動時，即位時間為1.8us或者2.2us，將導致采樣點的邏輯判斷出現(xiàn)異常，出現(xiàn)總線錯誤，導致CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)死機。

解決方案：在CAN網(wǎng)絡準入階段，如果對接入網(wǎng)絡的節(jié)點進行規(guī)范化，每個節(jié)點的位時間必須滿足t=2us±3%，那么CAN網(wǎng)絡的位時間將高度一致，則可以從CAN總線物理層進行規(guī)避該問題。

圖3 波特率抖動導致位時間變化

3. 顯性閾值電平錯誤判斷導致整車網(wǎng)絡故障

通常而言，CAN總線判斷顯隱性的機制如下：在差分電平大于0.9V時，為顯性電平；而在小于0.5V時，為隱性電平，其中在05V至0.9V之間為不確定區(qū)域。但在實際網(wǎng)絡中，CAN總線網(wǎng)絡中某一節(jié)點在差分電平為0.9V時，依然判斷為隱性，則出現(xiàn)位邏輯判斷錯誤，進而導致節(jié)點發(fā)出錯誤幀，使總線陷入網(wǎng)絡故障狀態(tài)。

解決方案：如在CAN網(wǎng)絡節(jié)點準入階段，對每個節(jié)點進行顯性閾值測試，利用電壓源將差分電壓升高至0.9V，，保證所有節(jié)點在此差分電壓都能判斷為顯性，并且停止發(fā)送報文，將減少該總線故障問題出現(xiàn)，并且減輕CAN總線網(wǎng)絡調試的工作量。

圖4

? CAN一致性測試內容及解決方案

1. CAN一致性測試內容

在國內，大部分的主機廠都有CAN總線網(wǎng)絡測試規(guī)范，主要內容包括物理層、鏈路層以及應用層。

物理層：通信介質的物理特性，如幅值、邊沿時間等，是最重要的部分。鏈路層：規(guī)定在介質上傳輸?shù)呐帕泻徒M織，如幀結構；應用層：在用戶、軟件、網(wǎng)絡終端之間進行信息交換，客戶自定義內容較多。

物理層在介質的物理特性方面的規(guī)定，主要源自于標準ISO 11898，該部分標準高度一致。而鏈路層和應用層方面，因為主機廠的整車網(wǎng)絡設計不同，其應用層測試各不一致。

圖5 CAN一致性測試內容（節(jié)選）

2. CAN一致性測試方案

CAN一致性測試工具包含CAN卡、示波器、電源等設備，當前國內CAN總線工程師只能采用手動搭建測試平臺并進行逐項測試，主要通過CAN卡采集報文數(shù)據(jù)，以及通過示波器進行測試波形，進而達到測試位時間、幅值、位寬等目的，但是測試方案效率較低，一般完成整體CAN一致性測試項目需要10小時乃至1天時間。

圖6?手動測試架構搭建ZLG致遠電子發(fā)布的CANDT一致性測試系統(tǒng)基于CANScope底層分析能力，集成示波器、電源等必要設備，可覆蓋主機廠CAN一致性測試標準，全自動化實現(xiàn)CAN總線一致性測試，為主機廠及零部件企業(yè)建立CAN總線測試及保障體系。另外，CANDT還可以根據(jù)測試結果進行輸出測試報告，作為主機廠準入依據(jù)，大大降低主機廠在網(wǎng)絡調試環(huán)節(jié)的工作量，并保證整車CAN網(wǎng)絡環(huán)境的穩(wěn)定。

圖7?CANDT一致性測試系統(tǒng)架構