can总线是当今汽车各电控单元间通信的总线标准,并广泛应用在新能源车中。新能源车的can总线故障和隐患将影响驾驶体验甚至行车安全,如何进行can总线故障定位及干扰排除呢?本文为设计师们提供几点建议。
行业现状
目前,国内机动车保有量已经突破三亿大关。由于大量的燃油车带来严峻的环境问题,因此全面禁售燃油车的日程在全世界范围内被提起。国内新能源汽车动力以锂电池为主,整个行业已经进入高速发展阶段。我们注意到,除新能源车、充电桩之外无人驾驶、智慧停车等延伸行业也步入快速发展期。上述行业都有一个共同点——使用can总线,因此,can总线的应用问题始终贯穿在新能源行业的发展中。
新能源车常见故障
新能源汽车中的can总线故障可从两个方面考虑,即通信应用层和物理层。应用层的问题比较依靠软件的抓包或仿真,而物理层则更依赖硬件的测试和模拟。在物理层,can总线故障的诱因集中在以下几个方面:干扰问题、网络拓扑问题、总线容抗阻抗控制、节点设计规范及一致性等。本篇文章重点为大家介绍干扰问题及干扰解决,对其他问题感兴趣的读者请关注“zlg致远电子”微信公众号,在公众号-菜单栏中搜索关键字以查找相关内容。
图2保证can稳定的核心设计
干扰定位解决方案
如何进行can总线物理层的干扰定位呢?我们需要借助专业的干扰分析工具——频谱分析,canscope是专业的can总线分析工具,其fft分析功能可以对can_l、can_h、can_差分、can_共模分别测试,定位干扰频点。
一般地,can总线应用在工业通讯时干扰来源不固定,特别依赖此类频点分析工具,而当can总线应用于新能源汽车时其干扰源比较单一,多来源于电机驱动器,此时分析仪可做整改前、整改后的验证工具。图4是fft分析功能的实际测试案例,canscope通过fft频谱分析统计定位到干扰源频率与逆变器频率吻合。
图3被干扰后的can总线波形
图4使用canscope的fft功能
干扰排除解决方案
定位到干扰后如何进行干扰排除呢?我们从干扰的来源入手。干扰的来源有两个,传导与辐射:
针对传导过来的干扰,我们采取隔离的方式阻断干扰传播;
针对辐射过来的干扰,我们采取屏蔽方式隔绝干扰传播。
1、隔离方案,在can收发器总线端加光耦或磁耦器件,同时为can收发器提供隔离供电,这种隔离方式常被称作分立器件式隔离方案,如图5。对于一些对体积、防护等级、稳定性要求高的场合,一体式隔离方案是最优选择。在新能源客车中,大功率空调压缩机系统市场干扰到总线通信导致空调功能异常,准车规级的ctm1051(a)hq (图6)在此类场景下有广泛应用。
图5分立器件隔离方案
图6准车规级can总线隔离模块ctm1051(a)hq
以上讨论的隔离都是板级隔离,适用于车型开发阶段,如果由干扰导致的故障出现在车辆出厂后或者售后阶段,隔离方式请使用can隔离网桥。
图7canbridge+在总线隔离中的应用
2、屏蔽方案,选择的can通讯线缆应具备至少一层可靠的屏蔽层,并且保证最外层屏蔽层通过单点接到参考地。如果遇到屏蔽层不可避免从中间某处截断,则应针对每一段做单点接地处理,如图8。
图8屏蔽层单点接地处理
除屏蔽层外,通信线的横截面积、直流阻抗值、寄生容抗、单位长度的双绞数等参数都会影响到通信质量,如何平衡成本与通信距离间的关系,本文提供图10数据供读者参考。
图9can总线专用双绞屏蔽线
图10can总线线材参数与通讯距离
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CAN总线的应用问题始终贯穿在新能源行业的发展中
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