本文介紹CAN總線關(guān)閉對(duì)新能源汽車的功能和安全性能產(chǎn)生的影響，并對(duì)此提出一些合理的建議。

2019年10月26日第三屆中國(guó)（佛山）氫能源大會(huì)中展示了氫燃料電池城市客車，與目前的純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)汽車相比，作為一種新的驅(qū)動(dòng)形式出現(xiàn)。但是，新能源汽車整車網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)依舊離不開CAN總線通訊。

工程師們通過(guò)CAN總線讀取車上的車速、轉(zhuǎn)速等信號(hào)可以控制整車上眾多的ECU單元。但是，你知道CAN總線關(guān)閉會(huì)對(duì)新能源汽車的功能帶來(lái)哪些影響嗎？本文來(lái)做詳細(xì)分析。

為何CAN總線依舊能在新能源汽車中扮演重要角色？

從事汽車相關(guān)行業(yè)的小伙伴們，都知道CAN總線，它是當(dāng)今汽車各電控單元之間通信的總線標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在幾乎所有的汽車廠家都選擇使用CAN總線通信。CAN總線起初便是基于BOSCH公司為了解決汽車的電子控制單元增多帶來(lái)的布線空間矛盾、汽車重量增加等諸多問(wèn)題而誕生的。同時(shí)，CAN總線將汽車內(nèi)部各電控單元之間連接成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了信息的共享，大大減少了汽車的線束，如圖1所示：

圖1 汽車整車網(wǎng)絡(luò)

相比于，目前流行的以太網(wǎng)和485總線，CAN總線具有以下的特點(diǎn)：

總線訪問(wèn)——非破壞性仲裁的載波偵聽、多路訪問(wèn)、沖突避免；

多主機(jī)廣播式結(jié)構(gòu)，自動(dòng)優(yōu)先級(jí)仲裁，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)；

傳輸錯(cuò)誤自動(dòng)重發(fā)，自動(dòng)CRC校驗(yàn)接收，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；

差分信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，適合汽車內(nèi)部強(qiáng)干擾的環(huán)境；

硬件報(bào)文濾波功能，減輕CPU負(fù)擔(dān)。

基于以上的特點(diǎn)，CAN總線能保證實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，保證汽車整車網(wǎng)絡(luò)的通訊正常，在新能源汽車行業(yè)具有不可替代的地位。

什么是CAN總線關(guān)閉？

汽車內(nèi)部掛有很多的ECU節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，會(huì)很大程度上影響整車CAN網(wǎng)絡(luò)的通訊。例如，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，傳感器將電信號(hào)傳送給安全氣囊ECU，將信號(hào)進(jìn)行處理，當(dāng)確定需要打開安全氣囊時(shí)，ECU會(huì)立即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，氣體發(fā)生器才會(huì)充滿氣囊，對(duì)駕駛員和乘客提供安全保護(hù)，如圖2所示。若此時(shí)安全氣囊ECU處于總線關(guān)閉狀態(tài)，則無(wú)法正常彈出氣囊，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

圖2 安全氣囊ECU工作示意圖

那么，什么是CAN總線關(guān)閉呢？

CAN控制器可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部干擾等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線、短路等）。由此，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，CAN控制器內(nèi)部的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器累積到總線關(guān)閉的閥值，可將引起此故障單元從總線上隔離出去，不參與跟總線其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信。如圖3所示：

圖3 錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制

CAN總線關(guān)閉的成因分析

引起錯(cuò)誤的原因大多是由物理故障引起的，主要是CAN線路產(chǎn)生的。其中包括：CAN＿H開路、CAN＿L開路、CAN＿H對(duì)CAN＿L短路／開路、CAN＿L對(duì)VBAT短路、CAN＿H對(duì)GND短路、CAN＿L對(duì)GND短路、終端電阻開路等。

除了物理層線路因素，還有可能因?yàn)镃AN控制器或收發(fā)器等元器件故障導(dǎo)致。同時(shí)，也有可能是由于CAN總線信號(hào)干擾導(dǎo)致的CAN信號(hào)收發(fā)不正確，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不能正常發(fā)送報(bào)文，從而更容易導(dǎo)致CAN總線關(guān)閉。

例如，新能源汽車通常是指純電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力汽車，其特色是使用電池、電容來(lái)存儲(chǔ)能力，然后通過(guò)逆變的方式變成交流，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。逆變產(chǎn)生的巨大電流形成強(qiáng)干擾，串?dāng)_到CAN總線上，導(dǎo)致控制器死機(jī)、損壞或者通訊中斷，車輛運(yùn)行不穩(wěn)定。

CAN總線關(guān)閉如何恢復(fù)？

如果出現(xiàn)了BUS OFF，總線上的節(jié)點(diǎn)需要做一些動(dòng)作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都只是一些補(bǔ)救措施，最根本的還是需要找到引起B(yǎng)US OFF的根源。

當(dāng)發(fā)生CAN總線關(guān)閉時(shí)，我們可以檢查BUS OFF寄存器的值，對(duì)CAN控制器的驅(qū)動(dòng)及相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化操作。初始化完成后，CAN總線關(guān)閉故障就會(huì)立即解除。為了避免該節(jié)點(diǎn)在CAN網(wǎng)絡(luò)中頻繁發(fā)生總線關(guān)閉問(wèn)題，建議在初始化后，不要立即對(duì)外發(fā)送CAN報(bào)文。

上文也提到過(guò)，由于汽車內(nèi)部存在強(qiáng)干擾，也會(huì)導(dǎo)致CAN總線關(guān)閉。針對(duì)這種現(xiàn)象，我們通過(guò)以下方式進(jìn)行處理：

由于汽車內(nèi)部存在強(qiáng)電流產(chǎn)生的空間磁干擾，應(yīng)該將CAN線纜雙絞程度加大；

CAN接口設(shè)計(jì)采用CTM1051隔離收發(fā)器、隔離限幅，防止ECU死機(jī)；

CAN接口增加磁環(huán)、共模電感等效果好的感性防護(hù)器件；

外接專用的信號(hào)保護(hù)器消除干擾，如ZF－12Y2；

使用網(wǎng)橋中繼設(shè)備CANBridge對(duì)部分強(qiáng)干擾源進(jìn)行隔離。

綜合上述，汽車CAN總線關(guān)閉故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)分析物理層包括CAN線路、CAN控制器及收發(fā)器、CAN信號(hào)干擾等外在因素，同時(shí)分析CAN寄存器及軟件處理，重新初始化CAN驅(qū)動(dòng)和恢復(fù)正常后，定時(shí)嘗試往外發(fā)送報(bào)文。

CAN網(wǎng)絡(luò)黑匣子－CANDTU

新能源汽車在發(fā)送總線關(guān)閉情況時(shí)，我們也希望能夠有對(duì)應(yīng)的CAN報(bào)文去分析，尤其是針對(duì)偶發(fā)性的故障時(shí)，我們更需要有可靠的CAN報(bào)文來(lái)作為判斷依據(jù)。

廣州致遠(yuǎn)電子有限公司推出CAN網(wǎng)絡(luò)總線“黑匣子”，我們稱之為CANDTU，如圖4所示，CANDTU集成有2路或4路符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立CAN－bus通道，并可標(biāo)配存儲(chǔ)介質(zhì)為32G高速SD卡，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間記錄、條件記錄、預(yù)觸發(fā)記錄和定時(shí)記錄等多種模式，并可以將記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CSV格式，或者CANOE、CANScope等各種主流分析軟件的格式供后期處理分析。

圖4 CANDTU系列產(chǎn)品示意圖

CANDTU可以長(zhǎng)時(shí)間記錄CAN報(bào)文，以便于工程師查找數(shù)據(jù)，但是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和偶發(fā)性故障無(wú)法進(jìn)行定位和分析。