新能源汽车CAN总线干扰定位与排除的几个方法
品慧电子讯CAN总线的应用越来越广泛，工程师在不同工况下，如何快速实现故障定位呢？本文将介绍CAN网络故障带来的麻烦，以及快速定位故障的几种方法，可以帮您快速完成判断并进行选择。
新能源汽车的未来发展
现在大数据、物联网、智能家居等概念已经渗透进了千家万户，也渗透到了汽车工业的未来，典型例子就是汽车的自动化驾驶。
图1 车辆内通讯量随年份变化表
如图1所示，随着车辆实现的功能逐渐增多，整车的网络也越来越复杂，需要进行的通讯量也随着暴涨。为了面对数据传输量的暴增，未来新能源汽车将会逐步从现在有的CAN总线通讯逐步升级到CAN FD，来应对该变化。
故障常见现象
当CAN总线出现故障或数据传输异常时，往往会出现多种奇怪的故障现象，例如：
● 仪表板显示异常，不停跳变，与实际值；
● 车辆无法正常启动，启动后无法熄灭；
● 车辆某些电控系统功能失灵；
● 电机转动异常，动力供应变化巨大等。
CAN总线故障定位
CAN总线的故障问题绝大多数都是由于物理层传输出现问题导致的，所以为了对CAN总线故障定位，就需要对CAN总线的报文进行分析。
图2 CAN总线异常状态波形图
新能源汽车中常见的问题是干扰问题。如图2所示是使用我司CAN总线分析仪捕获到的某车辆通讯的波形，在进行CAN总线故障定位时，要根据波形情况来判定异常干扰的原因。
可以看到在CAN_H和CAN_L上均有异常共模信号叠加，所以针对异常共模信号做FFT频谱分析，帮助用户快速定位共模干扰频率。
图3 FFT分析结果
如图3所示为FFT分析结果，可以看到干扰主要集中在1264KHz附近，证明在该CAN总线网络中有某个节点产生了这个频率的信号，串扰进了CAN总线网络中，导致总线通讯发生异常。
图4 CAN总线网络示例图
如图4所示为该CAN总线网络的示例图，针对每个节点进行测试后发现该共模干扰频率与逆变器频率吻合，最终确定是由于逆变器信号串扰进入总线导致通讯异常。
干扰排除方法
当我们确定了CAN总线的故障原因以后，需要进行干扰排除，那么下面将介绍常用的抗干扰解决方案。
1、增加隔离模块
干扰不但影响信号，更严重的会导致板子死机或者烧毁，所以接口和电源的隔离是抗干扰的第一步。隔离的主要目的是：避免地回流烧毁电路板和限制干扰的幅度。如图5所示，未隔离时，两个节点的地电位不一致，导致有回流电流，产生共模信号，CAN的抗共模干扰能力是-12~7V，超过这个差值则出现错误，如果共模差超过±36V，烧毁收发器或者电路板。增加CTM隔离模块后，就隔绝了地回流，限制了干扰幅度，增加了总线抗干扰性。
图5 差分抗干扰示意图
2、增加双绞程度
CAN总线为了提高抗干扰能力，采用CANH和CANL差分传输，达到效果就是遇到干扰后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不变。如图6所示。
图6 差分抗干扰示意图
CANH和CANL要紧密地绞在一起，通常双绞线只有33绞/米，而在强干扰场合，双绞程度要到45-55绞/米才能达到较好的抗干扰效果。
3、CAN线保证屏蔽效果与正确接地
带屏蔽层的CAN线，可以良好地抵御电场的干扰，等于整个屏蔽层是一个等势体，避免CAN导线受到干扰。如图7所示，为一个标准的屏蔽双绞线，CANH和CANL通过铝箔和无氧铜丝屏蔽网包裹，如图7所示。需要注意的是和与接插件的连接，在连接部分允许有短于25mm的电缆不用双绞。较好的CAN屏蔽线带有2层屏蔽层，称为双层屏蔽线，其中内层的CAN_GND是与CAN收发器的地连接，外层的Shield是与外壳大地相连。
图7 屏蔽双绞线
4、使用CAN网桥
图8 CAN网桥抗干扰示意图
通过图8可以看到，波形在经过CAN网桥之前，由于总线电容过大，下降沿变得非常缓，形成了镰刀状，这样就容易导致位采样错误。而经过CAN网桥后，报文波形经过整形后重新发出，可以看到波形整体情况良好，能够保证报文的正常收发。
测试解决方案
这是CAN总线的冰山模型，当前工程师只关注露出水面部分：发送是否正常和协议解析，但是底层还有很多影响的因素，如压力测试，总线延迟等。
图9 CAN总线冰山模型
为了保证CAN总线的通讯正常，在研发测试时就需要对其进行多种测试，以增加CAN总线的鲁棒性和一致性，保证通讯正常。
目前ZLG致远电子首款CANFD总线分析测试产品已经正式发布，ZPS-CANFD作为第二代总线开发辅助工具，能够适用于CANFD、CAN、LIN总线的测量及测试仪器，可以为行业用户提供可靠的多总线测试分析平台。
1、满足CAN FD、CAN、LIN多总线测试分析
ZPS-CANFD完美匹合汽车电子平台开发，专注于智能网联汽车CANFD、CAN、LIN总线的测量及测试，可高效完成总线多层次的对比分析，从物理层模拟信号、数字逻辑信号、数据链路层、协议层、应用层剖析对比展示。
2、强大的软件眼图，清晰查找信号畸变
基于总线信号特征深度定制的软件眼图，可直接观测信号畸变程度，评估CANFD总线幅值情况，进一步判断总线传输是否符合标准和存在风险。
3、支持信号质量分析，多维度评估节点信号特征
ZPS-CANFD总线分析仪从幅值、扰动和斜率等多维度参数进行CANFD总线信号质量分析评估，可直观查看总线信号质量情况，规避信号传输失败风险。
4、总线故障模拟，快速定位故障
ZPS-CANFD总线分析仪支持一键设置设备连接，可实现波特率、采样点、终端电阻的实时调节，ZPS-CANFD提供总线电阻/电容负载/断短路/线缆错误连接的调整，模拟应用环境总线受负载变化及连接异常影响下的通信情况。
5、鲁棒性测试
ZPS-CANFD分析仪支持CANFD帧数据按位干扰能力，能最大限度模拟总线扰动情况，提供控制器层面上的一致性测试能力。是验证节点鲁棒性的最佳方案！
总结
随着汽车电子、轨道交通等行业的快速发展，CAN FD因其突出的实时性和可靠性被广泛应用。越来越多的用户需要对现场的CAN FD进行有效数据分析，通过ZPS-CANFD总线分析仪，可以实时有效分析CAN FD数据，有助于事后进行故障分析，继而解决CAN FD总线存在的问题，从而有效提升整车网络可靠性。
来源：ZLG致远仪器
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