CAN總線由其高可靠和實(shí)時(shí)性被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、工程機(jī)械等行業(yè)，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，并針對(duì)工程師關(guān)注的問(wèn)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(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(kāi)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)，如下圖1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1 ECU工作示意圖

因此，對(duì)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(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2所示：

圖2 錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制

哪些因素會(huì)導(dǎo)致CAN總線Bus Off？

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(kāi)路、CAN_L開(kāi)路、CAN_H對(duì)CAN_L短路/開(kāi)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(kāi)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(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。

從下圖所示可以看出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)后，如果MCU僅是開(kāi)啟自動(dòng)恢復(fù)功能，CAN控制器在檢測(cè)到128次11個(gè)連續(xù)的隱性位后即可恢復(fù)通信，在實(shí)際的CAN通信總線中，這一條件是很容易達(dá)到的。我們已經(jīng)知道，當(dāng)進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的錯(cuò)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(fēng)險(xiǎn)，因此實(shí)際應(yīng)用中，往往會(huì)通過(guò)MCU對(duì)CAN控制器總線關(guān)閉狀態(tài)的恢復(fù)過(guò)程進(jìn)行編程處理，以控制節(jié)點(diǎn)從總線關(guān)閉狀態(tài)恢復(fù)到錯(cuò)誤主動(dòng)狀態(tài)的等待時(shí)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(shí)應(yīng)用。

圖3

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/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(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)。

下圖為廣州致遠(yuǎn)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(dú)立且符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的CAN-bus通道，支持4G實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)記錄設(shè)備位置信息，同時(shí)支持車載以太網(wǎng)和LIN總線測(cè)試記錄，完善車載多總線測(cè)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(biāo)配存儲(chǔ)介質(zhì)為32G高速SD卡（最高支持128G），可以長(zhǎng)時(shí)間記錄CAN FD報(bào)文信息，被廣泛應(yīng)用在高鐵列車、地鐵、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、自動(dòng)駕駛車輛等故障檢測(cè)場(chǎng)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(chǎng)景需求，可針對(duì)不同場(chǎng)景的CAN FD總線、LIN總線和車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步監(jiān)聽(tīng)和實(shí)時(shí)采集，通過(guò)4G通信將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(chǎng)數(shù)據(jù)

如圖6所示，CANFDDTU可以實(shí)時(shí)采集記錄總線數(shù)據(jù)，通過(guò)配置工具支持轉(zhuǎn)換成各種用戶常用的軟件格式，并通過(guò)設(shè)備將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶設(shè)備，準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。

圖6CANFDDTU數(shù)據(jù)模擬示意圖

3、支持北斗/GPS定位可實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)，快速定位設(shè)備，進(jìn)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(biāo)記，快速定位故障

如圖8所示，CANFDDTU-400EWGR提供觸發(fā)按鍵Trigger，可實(shí)時(shí)標(biāo)記CANFD報(bào)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(jìn)行故障快速定位。

圖8一鍵觸發(fā)標(biāo)記功能

5、支持WiFi通訊，方便導(dǎo)出數(shù)據(jù)

如圖9所示，CANFDDTU-400EWGR支持WiFi通訊，通過(guò)WiFi可輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出分析，助力用戶拓展使用場(chǎng)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(shí)實(shí)現(xiàn)4通道CANFD報(bào)文記錄，針對(duì)每個(gè)汽車功能域?qū)崿F(xiàn)單通道獨(dú)立運(yùn)行，提高記錄的豐富性。

圖10CANFDDTU通道隔離

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