【導讀】CAN總線的應用越來越廣泛，工程師在不同工況下，如何快速實現(xiàn)故障定位呢？本文將介紹CAN網(wǎng)絡故障帶來的麻煩，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，隨著車輛實現(xiàn)的功能逐漸增多，整車的網(wǎng)絡也越來越復雜，需要進行的通訊量也隨著暴漲。為了面對數(shù)據(jù)傳輸量的暴增，未來新能源汽車將會逐步從現(xiàn)在有的CAN總線通訊逐步升級到CAN FD，來應對該變化。
故障常見現(xiàn)象
當CAN總線出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)傳輸異常時，往往會出現(xiàn)多種奇怪的故障現(xiàn)象，例如：
● 儀表板顯示異常，不停跳變，與實際值；
● 車輛無法正常啟動，啟動后無法熄滅；
● 車輛某些電控系統(tǒng)功能失靈；
● 電機轉(zhuǎn)動異常，動力供應變化巨大等。
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)問題導致的，所以為了對CAN總線故障定位，就需要對CAN總線的報文進行分析。
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，在進行CAN總線故障定位時，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疊加，所以針對異常共模信號做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總線網(wǎng)絡中有某個節(jié)點產(chǎn)生了這個頻率的信號，串擾進了CAN總線網(wǎng)絡中，導致總線通訊發(fā)生異常。
圖4 CAN總線網(wǎng)絡示例圖
如圖4所示為該CAN總線網(wǎng)絡的示例圖，針對每個節(jié)點進行測試后發(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串擾進入總線導致通訊異常。
干擾排除方法
當我們確定了CAN總線的故障原因以后，需要進行干擾排除，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，兩個節(jié)點的地電位不一致，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，超過這個差值則出現(xiàn)錯誤，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，而在強干擾場合，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的干擾，等于整個屏蔽層是一個等勢體，避免CAN導線受到干擾。如圖7所示，為一個標準的屏蔽雙絞線，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，這樣就容易導致位采樣錯誤。而經(jīng)過CAN網(wǎng)橋后，報文波形經(jīng)過整形后重新發(fā)出，可以看到波形整體情況良好，能夠保證報文的正常收發(fā)。
測試解決方案
這是CAN總線的冰山模型，當前工程師只關注露出水面部分：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)測試時就需要對其進行多種測試，以增加CAN總線的魯棒性和一致性，保證通訊正常。
目前ZLG致遠電子首款CANFD總線分析測試產(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總線的測量及測試儀器，可以為行業(yè)用戶提供可靠的多總線測試分析平臺。
1、滿足CAN FD、CAN、LIN多總線測試分析
ZPS-CANFD完美匹合汽車電子平臺開發(fā)，專注于智能網(wǎng)聯(lián)汽車CANFD、CAN、LIN總線的測量及測試，可高效完成總線多層次的對比分析，從物理層模擬信號、數(shù)字邏輯信號、數(shù)據(jù)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
基于總線信號特征深度定制的軟件眼圖，可直接觀測信號畸變程度，評估CANFD總線幅值情況，進一步判斷總線傳輸是否符合標準和存在風險。
3、支持信號質(zhì)量分析，多維度評估節(jié)點信號特征
ZPS-CANFD總線分析儀從幅值、擾動和斜率等多維度參數(shù)進行CANFD總線信號質(zhì)量分析評估，可直觀查看總線信號質(zhì)量情況，規(guī)避信號傳輸失敗風險。
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置設備連接，可實現(xiàn)波特率、采樣點、終端電阻的實時調(diào)節(jié)，ZPS-CANFD提供總線電阻/電容負載/斷短路/線纜錯誤連接的調(diào)整，模擬應用環(huán)境總線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(shù)據(jù)按位干擾能力，能最大限度模擬總線擾動情況，提供控制器層面上的一致性測試能力。是驗證節(jié)點魯棒性的最佳方案！
總結
隨著汽車電子、軌道交通等行業(yè)的快速發(fā)展，CAN FD因其突出的實時性和可靠性被廣泛應用。越來越多的用戶需要對現(xiàn)場的CAN FD進行有效數(shù)據(jù)分析，通過ZPS-CANFD總線分析儀，可以實時有效分析CAN FD數(shù)據(jù)，有助于事后進行故障分析，繼而解決CAN FD總線存在的問題，從而有效提升整車網(wǎng)絡可靠性。
來源：ZLG致遠儀器
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