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新能源汽車(chē)CAN總線(xiàn)干擾定位與排除的幾個(gè)方法

發(fā)布時(shí)間:2022-01-13 來(lái)源:ZLG致遠(yuǎn)儀器 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】CAN總線(xiàn)的應(yīng)用越來(lái)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(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(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(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。


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圖1 車(chē)輛內(nèi)通訊量隨年份變化表


如圖1所示,隨著車(chē)輛實(shí)現(xiàn)的功能逐漸增多,整車(chē)的網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)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(lái)新能源汽車(chē)將會(huì)逐步從現(xiàn)在有的CAN總線(xiàn)通訊逐步升級(jí)到CAN FD,來(lái)應(yīng)對(duì)該變化。


故障常見(jiàn)現(xiàn)象


當(dāng)CAN總線(xiàn)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(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(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(xiàn)故障定位


CAN總線(xiàn)的故障問(wèn)題絕大多數(shù)都是由于物理層傳輸出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致的,所以為了對(duì)CAN總線(xiàn)故障定位,就需要對(duì)CAN總線(xiàn)的報(bào)文進(jìn)行分析。


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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(jù)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(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(hù)快速定位共模干擾頻率。

 

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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(xiàn)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中,導(dǎo)致總線(xiàn)通訊發(fā)生異常。

 

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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(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(xiàn)導(dǎo)致通訊異常。


干擾排除方法


當(dāng)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(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(guò)這個(gè)差值則出現(xiàn)錯(cuò)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。


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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(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。

 

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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(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(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(shì)體,避免CAN導(dǎo)線(xiàn)受到干擾。如圖7所示,為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(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。

 

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圖7 屏蔽雙絞線(xiàn)


4、使用CAN網(wǎng)橋


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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(dǎo)致位采樣錯(cuò)誤。而經(jīng)過(guò)CAN網(wǎng)橋后,報(bào)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(bào)文的正常收發(fā)。


測(cè)試解決方案


這是CAN總線(xiàn)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(xiàn)延遲等。

 

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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(cè)試時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行多種測(cè)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(yuǎn)電子首款CANFD總線(xiàn)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(xiàn)開(kāi)發(fā)輔助工具,能夠適用于CANFD、CAN、LIN總線(xiàn)的測(cè)量及測(cè)試儀器,可以為行業(yè)用戶(hù)提供可靠的多總線(xiàn)測(cè)試分析平臺(tái)。


1、滿(mǎn)足CAN FD、CAN、LIN多總線(xiàn)測(cè)試分析


ZPS-CANFD完美匹合汽車(chē)電子平臺(tái)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(cè)量及測(cè)試,可高效完成總線(xiàn)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。

 

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2、強(qiáng)大的軟件眼圖,清晰查找信號(hào)畸變


基于總線(xiàn)信號(hào)特征深度定制的軟件眼圖,可直接觀(guān)測(cè)信號(hào)畸變程度,評(píng)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(biāo)準(zhǔn)和存在風(fēng)險(xiǎn)。

 

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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(xiàn)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(xiàn)信號(hào)質(zhì)量分析評(píng)估,可直觀(guān)查看總線(xiàn)信號(hào)質(zhì)量情況,規(guī)避信號(hào)傳輸失敗風(fēng)險(xiǎn)。

 

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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(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(xiàn)電阻/電容負(fù)載/斷短路/線(xiàn)纜錯(cuò)誤連接的調(diào)整,模擬應(yīng)用環(huán)境總線(xiàn)受負(fù)載變化及連接異常影響下的通信情況。

 

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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(xiàn)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!


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總結(jié)


隨著汽車(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(yīng)用。越來(lái)越多的用戶(hù)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的CAN FD進(jìn)行有效數(shù)據(jù)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(shù)據(jù),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。


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來(lái)源:ZLG致遠(yuǎn)儀器



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