【CAN总线知识】为什么主机厂愈来愈重视CAN一致性测试？

原创 ZLG致远电子 2024-05-28 11:45

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新能源汽车迅猛发展下整车CAN网络架构日益复杂，总线故障等潜在问题时刻影响着运行安全。整车零部件通过CAN一致性测试必将是安全保障的第一道门槛。

CAN一致性测试，就是要求整车CAN网络中的节点都满足CAN总线节点规范要求，缩小CAN网络中节点差异，保证CAN网络的环境稳定，有效提高CAN网络的抗干扰能力。

那主机厂为什么愈来愈重视CAN一致性测试呢？

整车CAN网络架构

以往的传统车的CAN总线网络节点较少，如仪表、发动机ECU等。但随着新能源汽车行业发展，整车CAN网络中的节点演变得极为复杂，现在新能源汽车内部CAN节点已经高达60个，细分为多个CAN网络系统，如车身部含有空调、车门、导航等节点，安全系统又含有气囊、引爆管等节点。

图1 整车复杂的CAN网络

CAN总线不一致的危害

复杂的CAN网络，各个节点质量良莠不齐会对CAN总线网络存在较大的安全隐患，通常会因为其中某一个节点的错误进而影响整体总线正常运行，乃至导致整体总线的瘫痪。

1. 总线瘫痪

比如一个CAN网络包含节点A、B、C，节点A差分电压是1.2V，而节点B的差分电压是2.0V，节点C差分电压是1.8V。当整车CAN网络工作在强电磁干扰的环境下，环境的共模干扰串扰到CAN总线中会使节点A的差分电压影响到0.9V以下，导致节点从显性电平翻转成为隐性电平，进而导致了节点A工作故障，频繁发出错误帧。在CAN总线中，错误帧虽然不被接收，但是依然占用总线传输时间，所以导致其他正常节点发送延迟或者无法发送，影响整车CAN总线正常运行环境。

解决方案：主机厂必须要求节点A、B、C的工作电压必须要工作在1.8V，乃至2.0V，这个问题便得以解决。

图2 错误帧占用总线

2. 波特率不一致导致CAN网络系统死机

位时间（位宽）和波特率是CAN总线通讯的最基本要素。位时间=1/波特率，比如波特率是500k，那位时间是2us。在相同的CAN总线采样频率下，当某一个节点的位时间发生抖动时，即位时间为1.8us或者2.2us，将导致采样点的逻辑判断出现异常，出现总线错误，导致CAN网络系统死机。

解决方案：在CAN网络准入阶段，如果对接入网络的节点进行规范化，每个节点的位时间必须满足t=2us±3%，那么CAN网络的位时间将高度一致，则可以从CAN总线物理层进行规避该问题。

图3 波特率抖动导致位时间变化

3. 显性阈值电平错误判断导致整车网络故障

通常而言，CAN总线判断显隐性的机制如下：在差分电平大于0.9V时，为显性电平；而在小于0.5V时，为隐性电平，其中在05V至0.9V之间为不确定区域。但在实际网络中，CAN总线网络中某一节点在差分电平为0.9V时，依然判断为隐性，则出现位逻辑判断错误，进而导致节点发出错误帧，使总线陷入网络故障状态。

解决方案：如在CAN网络节点准入阶段，对每个节点进行显性阈值测试，利用电压源将差分电压升高至0.9V，，保证所有节点在此差分电压都能判断为显性，并且停止发送报文，将减少该总线故障问题出现，并且减轻CAN总线网络调试的工作量。

图4

CAN一致性测试内容及解决方案

1. CAN一致性测试内容

在国内，大部分的主机厂都有CAN总线网络测试规范，主要内容包括物理层、链路层以及应用层。

物理层：通信介质的物理特性，如幅值、边沿时间等，是最重要的部分。
链路层：规定在介质上传输的排列和组织，如帧结构；
应用层：在用户、软件、网络终端之间进行信息交换，客户自定义内容较多。

物理层在介质的物理特性方面的规定，主要源自于标准ISO 11898，该部分标准高度一致。而链路层和应用层方面，因为主机厂的整车网络设计不同，其应用层测试各不一致。

图5 CAN一致性测试内容（节选）

2. CAN一致性测试方案

CAN一致性测试工具包含CAN卡、示波器、电源等设备，当前国内CAN总线工程师只能采用手动搭建测试平台并进行逐项测试，主要通过CAN卡采集报文数据，以及通过示波器进行测试波形，进而达到测试位时间、幅值、位宽等目的，但是测试方案效率较低，一般完成整体CAN一致性测试项目需要10小时乃至1天时间。

图6 手动测试架构搭建

ZLG致远电子发布的CANDT一致性测试系统基于CANScope底层分析能力，集成示波器、电源等必要设备，可覆盖主机厂CAN一致性测试标准，全自动化实现CAN总线一致性测试，为主机厂及零部件企业建立CAN总线测试及保障体系。另外，CANDT还可以根据测试结果进行输出测试报告，作为主机厂准入依据，大大降低主机厂在网络调试环节的工作量，并保证整车CAN网络环境的稳定。