CAN總線由其高可靠和實時性被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、工程機械等行業(yè)，本文介紹CAN總線關(guān)閉對新能源汽車的功能和安全性能產(chǎn)生的影響，并針對工程師關(guān)注的問題，提供有效的解決方案。

CAN總線Bus Off原理汽車內(nèi)部掛有很多的ECU節(jié)點，當其中一個節(jié)點發(fā)生故障進入總線關(guān)閉狀態(tài)時，會很大程度上影響整車CAN網(wǎng)絡(luò)的通訊。例如，當汽車發(fā)生碰撞時，傳感器將電信號傳送給安全氣囊ECU，將信號進行處理，當確定需要打開安全氣囊時，ECU會立即發(fā)出點火信號，氣體發(fā)生器才會充滿氣囊，對駕駛員和乘客提供安全保護，如下圖1所示。若此時安全氣囊ECU處于總線關(guān)閉狀態(tài)，則無法正常彈出氣囊，會導致嚴重后果。

圖1 ECU工作示意圖

因此，對于新能源汽車行業(yè)工程師，了解CAN總線Bus Off原理是非常有必要的。CAN控制器可以判斷出錯誤的類型是總線上暫時的數(shù)據(jù)錯誤（如外部干擾等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動器故障、斷線、短路等）。由此，當總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯誤時，CAN控制器內(nèi)部的錯誤計數(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)點的網(wǎng)絡(luò)通信。如圖2所示：

圖2 錯誤檢測機制

哪些因素會導致CAN總線Bus Off？

引起錯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CAN_L短路/開路、CAN_L對VBAT短路、CAN_H對GND短路、CAN_L對GND短路、終端電阻開路等。

除了物理層線路因素，還有可能因為CAN控制器或收發(fā)器等元器件故障導致。同時，也有可能是由于CAN總線信號干擾導致的CAN信號收發(fā)不正確，嚴重時會導致不能正常發(fā)送報文，從而更容易導致CAN總線關(guān)閉。

例如，新能源汽車通常是指純電動汽車或者混合動力汽車，其特色是使用電池、電容來存儲能力，然后通過逆變的方式變成交流，帶動電動機驅(qū)動車輛。逆變產(chǎn)生的巨大電流形成強干擾，串擾到CAN總線上，導致控制器死機、損壞或者通訊中斷，車輛運行不穩(wěn)定。

CAN總線Bus Off恢復(fù)的解決方案

如果出現(xiàn)了Bus Off，總線上的節(jié)點需要做一些動作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都只是一些補救措施，最根本的還是需要找到引起B(yǎng)us Off的根源。

當發(fā)生CAN總線關(guān)閉時，我們可以檢查Bus Off寄存器的值，對CAN控制器的驅(qū)動及相關(guān)寄存器進行初始化操作。初始化完成后，CAN總線關(guān)閉故障就會立即解除。為了避免該節(jié)點在CAN網(wǎng)絡(luò)中頻繁發(fā)生總線關(guān)閉問題，建議在初始化后，不要立即對外發(fā)送CAN報文。

從下圖所示可以看出，當節(jié)點進入總線關(guān)閉狀態(tài)后，如果MCU僅是開啟自動恢復(fù)功能，CAN控制器在檢測到128次11個連續(xù)的隱性位后即可恢復(fù)通信，在實際的CAN通信總線中，這一條件是很容易達到的。我們已經(jīng)知道，當進入總線關(guān)閉狀態(tài)時，節(jié)點已經(jīng)發(fā)生了嚴重的錯誤，處于不可信狀態(tài)，如果迅速恢復(fù)參與總線通信，具有較高的風險，因此實際應(yīng)用中，往往會通過MCU對CAN控制器總線關(guān)閉狀態(tài)的恢復(fù)過程進行編程處理，以控制節(jié)點從總線關(guān)閉狀態(tài)恢復(fù)到錯誤主動狀態(tài)的等待時間，如圖4所示，具體包括“快恢復(fù)”和“慢恢復(fù)”策略，兩種策略一般同時應(yīng)用。

圖3

上文也提到過，由于汽車內(nèi)部存在強干擾，也會導致CAN總線關(guān)閉。針對這種現(xiàn)象，我們通過以下方式進行處理：

由于汽車內(nèi)部存在強電流產(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)計采用CTM1051隔離收發(fā)器、隔離限幅，防止ECU死機；

CAN接口增加磁環(huán)、共模電感等效果好的感性防護器件；

外接專用的信號保護器消除干擾，如ZF-12Y2；

使用網(wǎng)橋中繼設(shè)備CANBridge對部分強干擾源進行隔離。

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

CAN/CANFD總線排查利器—CANFDDTU系列

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

下圖為廣州致遠電子有限公司推出的CANFDDTU系列車載CAN(FD)-bus數(shù)據(jù)記錄儀，集成4路相互獨立且符合ISO11898標準的CAN-bus通道，支持4G實時通信，可以將CAN FD總線上的數(shù)據(jù)上傳到指定服務(wù)器；還支持北斗/GPS定位，實時記錄設(shè)備位置信息，同時支持車載以太網(wǎng)和LIN總線測試記錄，完善車載多總線測試體系，智能的網(wǎng)絡(luò)傳輸濾波器可有效減少網(wǎng)絡(luò)資源占用。標配存儲介質(zhì)為32G高速SD卡（最高支持128G），可以長時間記錄CAN FD報文信息，被廣泛應(yīng)用在高鐵列車、地鐵、風力發(fā)電機、自動駕駛車輛等故障檢測場合。

圖4 CANFDDTU-400EWGR示意圖

1、支持4G通信，數(shù)據(jù)上云

如圖5所示，CANFDDTU-400EWGR可以滿足各種應(yīng)用場景需求，可針對不同場景的CAN FD總線、LIN總線和車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行同步監(jiān)聽和實時采集，通過4G通信將數(shù)據(jù)實時上傳到指定云端服務(wù)器。

圖5CANFDDTU產(chǎn)品4G上傳數(shù)據(jù)

2、總線記錄回放，模擬現(xiàn)場數(shù)據(jù)

如圖6所示，CANFDDTU可以實時采集記錄總線數(shù)據(jù)，通過配置工具支持轉(zhuǎn)換成各種用戶常用的軟件格式，并通過設(shè)備將存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶設(shè)備，準確模擬現(xiàn)場應(yīng)用場景。

圖6CANFDDTU數(shù)據(jù)模擬示意圖

3、支持北斗/GPS定位可實時優(yōu)化軌跡算法

如圖7所示，CANFDDTU-400EWGR帶有特色的北斗/GPS定位功能，可以實時記錄設(shè)備位置信息并上傳到指定服務(wù)器。方便用戶在需要設(shè)備數(shù)據(jù)時，快速定位設(shè)備，進行算法數(shù)據(jù)分析優(yōu)化。

圖7 CANFDDTU產(chǎn)品GPS定位功能

4、一鍵觸發(fā)標記，快速定位故障

如圖8所示，CANFDDTU-400EWGR提供觸發(fā)按鍵Trigger，可實時標記CANFD報文數(shù)據(jù)，方便用戶輕松查找定位在SD卡中的記錄文件，進行故障快速定位。

圖8一鍵觸發(fā)標記功能

5、支持WiFi通訊，方便導出數(shù)據(jù)

如圖9所示，CANFDDTU-400EWGR支持WiFi通訊，通過WiFi可輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)的導出分析，助力用戶拓展使用場景。

圖9CANFDDTU產(chǎn)品WiFi傳輸功能

6、各通道電氣隔離，賦能分域記錄

如圖10所示，CANFDDTU-400EWGR可同時實現(xiàn)4通道CANFD報文記錄，針對每個汽車功能域?qū)崿F(xiàn)單通道獨立運行，提高記錄的豐富性。

圖10CANFDDTU通道隔離

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