摘要：CAN總線是當(dāng)今汽車各電控單元間通信的總線標(biāo)準(zhǔn)，并廣泛應(yīng)用在新能源車中。新能源車的CAN總線故障和隱患將影響駕駛體驗(yàn)甚至行車安全，如何進(jìn)行CAN總線故障定位及干擾排除呢？本文為設(shè)計(jì)師們提供幾點(diǎn)建議。
一、行業(yè)現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車保有量已經(jīng)突破三億大關(guān)。由于大量的燃油車帶來(lái)嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，因此全面禁售燃油車的日程在全世界范圍內(nèi)被提起。國(guó)內(nèi)新能源汽車動(dòng)力以鋰電池為主，整個(gè)行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展階段。我們注意到，除新能源車、充電樁之外無(wú)人駕駛、智慧停車等延伸行業(yè)也步入快速發(fā)展期。上述行業(yè)都有一個(gè)共同點(diǎn)——使用CAN總線，因此，CAN總線的應(yīng)用問(wèn)題始終貫穿在新能源行業(yè)的發(fā)展中。
圖1 CAN總線應(yīng)用行業(yè)
二、新能源車常見故障
新能源汽車中的CAN總線故障可從兩個(gè)方面考慮，即通信應(yīng)用層和物理層。應(yīng)用層的問(wèn)題比較依靠軟件的抓包或仿真，而物理層則更依賴硬件的測(cè)試和模擬。在物理層，CAN總線故障的誘因集中在以下幾個(gè)方面：干擾問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯?wèn)題、總線容抗阻抗控制、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)范及一致性等，本片文章重點(diǎn)為大家介紹干擾問(wèn)題及干擾解決。
圖2 保證CAN穩(wěn)定的核心設(shè)計(jì)
三、干擾定位解決方案
如何進(jìn)行CAN總線物理層的干擾定位呢？我們需要借助專業(yè)的干擾分析工具——頻譜分析，CANScope是專業(yè)的CAN總線分析工具，其FFT分析功能可以對(duì)CAN_L、CAN_H、CAN_差分、CAN_共模分別測(cè)試，定位干擾頻點(diǎn)。一般地，CAN總線應(yīng)用在工業(yè)通訊時(shí)干擾來(lái)源不固定，特別依賴此類頻點(diǎn)分析工具，而當(dāng)CAN總線應(yīng)用于新能源汽車時(shí)其干擾源比較單一，多來(lái)源于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，此時(shí)分析儀可做整改前、整改后的驗(yàn)證工具。圖4是FFT分析功能的實(shí)際測(cè)試案例，CANScope通過(guò)FFT頻譜分析統(tǒng)計(jì)定位到干擾源頻率與逆變器頻率吻合。
圖3 被干擾后的CAN總線波形
圖4 使用CANScope的FFT功能
四、干擾排除解決方案
定位到干擾后如何進(jìn)行干擾排除呢？我們從干擾的來(lái)源入手。干擾的來(lái)源有兩個(gè)，傳導(dǎo)與輻射。針對(duì)傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的干擾，我們采取隔離的方式阻斷干擾傳播；針對(duì)輻射過(guò)來(lái)的干擾，我們采取屏蔽方式隔絕干擾傳播。
隔離方案，在CAN收發(fā)器總線端加光耦或磁耦器件，同時(shí)為CAN收發(fā)器提供隔離供電，這種隔離方式常被稱作分立器件式隔離方案，如圖5。對(duì)于一些對(duì)體積、防護(hù)等級(jí)、穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合，一體式隔離方案是最優(yōu)選擇。在新能源客車中，大功率空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)市場(chǎng)干擾到總線通信導(dǎo)致空調(diào)功能異常，準(zhǔn)車規(guī)級(jí)的CTM1051(A)HQ?（圖6）在此類場(chǎng)景下有廣泛應(yīng)用。
圖5 分立器件隔離方案
圖6 準(zhǔn)車規(guī)級(jí)CAN總線隔離模塊CTM1051(A)HQ
以上討論的隔離都是板級(jí)隔離，適用于車型開發(fā)階段，如果由干擾導(dǎo)致的故障出現(xiàn)在車輛出廠后或者售后階段，隔離方式請(qǐng)使用CAN隔離網(wǎng)橋。
圖7 CANBridge+在總線隔離中的應(yīng)用
屏蔽方案，選擇的CAN通訊線纜應(yīng)具備至少一層可靠的屏蔽層，并且保證最外層屏蔽層通過(guò)單點(diǎn)接到參考地。如果遇到屏蔽層不可避免從中間某處截?cái)啵瑒t應(yīng)針對(duì)每一段做單點(diǎn)接地處理，如圖8。
圖8 屏蔽層單點(diǎn)接地處理
除屏蔽層外，通信線的橫截面積、直流阻抗值、寄生容抗、單位長(zhǎng)度的雙絞數(shù)等參數(shù)都會(huì)影響到通信質(zhì)量，如何平衡成本與通信距離間的關(guān)系，本文提供圖10數(shù)據(jù)供讀者參考。
圖9 CAN總線專用雙絞屏蔽線
圖10 CAN總線線材參數(shù)與通訊距離