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甚至行車安全，如何進行 CAN 總線故障定位及干擾排除呢？本文為設(shè)計師們提供幾點建議。

一、行業(yè)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)機動車保有量已經(jīng)突破三億大關(guān)。由于大量的燃油車帶來嚴(yán)峻的環(huán)境問題，因此全面禁售燃油車的日程在全世界范圍內(nèi)被提起。國內(nèi)新能源汽車動力以鋰電池為主，整個行業(yè)已經(jīng)進入高速發(fā)展階段。我們注意到，除新能源車、充電樁之外無人駕駛、智慧停車等延伸行業(yè)也步入快速發(fā)展期。上述行業(yè)都有一個共同點——使用 CAN 總線，因此，CAN 總線的應(yīng)用問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 總線故障可從兩個方面考慮，即通信應(yīng)用層和物理層。應(yīng)用層的問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試和模擬。在物理層，CAN 總線故障的誘因集中在以下幾個方面：干擾問題、網(wǎng)絡(luò)拓撲問題、總線容抗阻抗控制、節(jié)點設(shè)計規(guī)范及一致性等，本片文章重點為大家介紹干擾問題及干擾解決。

圖 2 保證 CAN 穩(wěn)定的核心設(shè)計

三、干擾定位解決方案

如何進行 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 CAN_L、CAN_H、CAN_ 差分、CAN_ 共模分別測試，定位干擾頻點。一般地，CAN 總線應(yīng)用在工業(yè)通訊時干擾來源不固定，特別依賴此類頻點分析工具，而當(dāng) CAN 總線應(yīng)用于新能源汽車時其干擾源比較單一，多來源于電機驅(qū)動器，此時分析儀可做整改前、整改后的驗證工具。圖 4 是 FFT 分析功能的實際測試案例，CANScope 通過 FFT 頻譜分析統(tǒng)計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行干擾排除呢？我們從干擾的來源入手。干擾的來源有兩個，傳導(dǎo)與輻射。針對傳導(dǎo)過來的干擾，我們采取隔離的方式阻斷干擾傳播；針對輻射過來的干擾，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。對于一些對體積、防護等級、穩(wěn)定性要求高的場合，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)壓縮機系統(tǒng)市場干擾到總線通信導(dǎo)致空調(diào)功能異常，準(zhǔn)車規(guī)級的 CTM1051(A)HQ （圖 6）在此類場景下有廣泛應(yīng)用。

圖 5 分立器件隔離方案

圖 6 準(zhǔn)車規(guī)級 CAN 總線隔離模塊 CTM1051(A)HQ

以上討論的隔離都是板級隔離，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單點接到參考地。如果遇到屏蔽層不可避免從中間某處截斷，則應(yīng)針對每一段做單點接地處理，如圖 8。

圖 8 屏蔽層單點接地處理

除屏蔽層外，通信線的橫截面積、直流阻抗值、寄生容抗、單位長度的雙絞數(shù)等參數(shù)都會影響到通信質(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