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新能源汽車CAN總線干擾定位與排除的幾個方法

發(fā)布時間:2022-01-13 來源:ZLG致遠儀器 責任編輯:wenwei

【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(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。


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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(luò)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。


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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。

 

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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總線網(wǎng)絡(luò)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(luò)中,導致總線通訊發(fā)生異常。

 

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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。


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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。

 

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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。

 

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圖7 屏蔽雙絞線


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(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,總線延遲等。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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!


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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(luò)可靠性。


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來源:ZLG致遠儀器



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