CAN總線由其高可靠和實時性被廣泛應用于新能源汽車、軌道交通、醫療、工程機械等行業，本文介紹CAN總線關閉對新能源汽車的功能和安全性能産生的影響，并針對工程師關注的問題，提供有效的解決方案。

一、CAN總線Bus Off原理

汽車内部挂有很多的ECU節點，當其中一個節點發生故障進入總線關閉狀态時，會很大程度上影響整車CAN網絡的通訊。例如，當汽車發生碰撞時，傳感器将電信号傳送給安全氣囊ECU，将信号進行處理，當确定需要打開安全氣囊時，ECU會立即發出點火信号，氣體發生器才會充滿氣囊，對駕駛員和乘客提供安全保護，如下圖1所示。若此時安全氣囊ECU處于總線關閉狀态，則無法正常彈出氣囊，會導緻嚴重後果。

圖1 ECU工作示意圖

因此，對于新能源汽車行業工程師，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誤的類型是總線上暫時的數據錯誤（如外部幹擾等）還是持續的數據錯誤（如單元内部故障、驅動器故障、斷線、短路等）。由此，當總線上發生持續數據錯誤時，CAN控制器内部的錯誤計數器累積到總線關閉的阈值，可将引起此故障單元從總線上隔離出去，不參與跟總線其他節點的網絡通信。如圖2所示：

圖2 錯誤檢測機制

二、哪些因素會導緻CAN總線Bus Off？

引起錯誤的原因大多是由物理故障引起的，主要是CAN線路産生的。其中包括：CAN_H開路、CAN_L開路、CAN_H對CAN_L短路/開路、CAN_L對VBAT短路、CAN_H對GND短路、CAN_L對GND短路、終端電阻開路等。

除了物理層線路因素，還有可能因為CAN控制器或收發器等元器件故障導緻。同時，也有可能是由于CAN總線信号幹擾導緻的CAN信号收發不正确，嚴重時會導緻不能正常發送報文，從而更容易導緻CAN總線關閉。

例如，新能源汽車通常是指純電動汽車或者混合動力汽車，其特色是使用電池、電容來存儲能力，然後通過逆變的方式變成交流，帶動電動機驅動車輛。逆變産生的巨大電流形成強幹擾，串擾到CAN總線上，導緻控制器死機、損壞或者通訊中斷，車輛運行不穩定。

三、CAN總線Bus Off恢複的解決方案

如果出現了Bus Off，總線上的節點需要做一些動作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都隻是一些補救措施，最根本的還是需要找到引起Bus Off的根源。

當發生CAN總線關閉時，我們可以檢查Bus Off寄存器的值，對CAN控制器的驅動及相關寄存器進行初始化操作。初始化完成後，CAN總線關閉故障就會立即解除。為了避免該節點在CAN網絡中頻繁發生總線關閉問題，建議在初始化後，不要立即對外發送CAN報文。

從下圖所示可以看出，當節點進入總線關閉狀态後，如果MCU僅是開啟自動恢複功能，CAN控制器在檢測到128次11個連續的隐性位後即可恢複通信，在實際的CAN通信總線中，這一條件是很容易達到的。我們已經知道，當進入總線關閉狀态時，節點已經發生了嚴重的錯誤，處于不可信狀态，如果迅速恢複參與總線通信，具有較高的風險，因此實際應用中，往往會通過MCU對CAN控制器總線關閉狀态的恢複過程進行編程處理，以控制節點從總線關閉狀态恢複到錯誤主動狀态的等待時間，如圖4所示，具體包括“快恢複”和“慢恢複”策略，兩種策略一般同時應用。

圖3

上文也提到過，由于汽車内部存在強幹擾，也會導緻CAN總線關閉。針對這種現象，我們通過以下方式進行處理：

• 由于汽車内部存在強電流産生的空間磁幹擾，應該将CAN線纜雙絞程度加大；
• CAN接口設計采用CTM1051隔離收發器、隔離限幅，防止ECU死機；
• CAN接口增加磁環、共模電感等效果好的感性防護器件；
• 外接專用的信号保護器消除幹擾，如ZF-12Y2；
• 使用網橋中繼設備CANBridge對部分強幹擾源進行隔離。

綜合上述，汽車CAN總線關閉故障發生時，應分析物理層包括CAN線路、CAN控制器及收發器、CAN信号幹擾等外在因素，同時分析CAN寄存器及軟件處理，重新初始化CAN驅動和恢複正常後，定時嘗試往外發送報文。

四、CAN/CANFD總線排查利器—CANFDDTU

新能源汽車在發送總線關閉情況時，我們也希望能夠有對應的CAN報文去分析，尤其是針對偶發性的故障時，我們更需要有可靠的CAN報文來作為判斷依據。

下圖為廣州緻遠電子有限公司推出的CANFDDTU系列車載CAN(FD)-bus數據記錄儀，集成4路相互獨立且符合ISO11898标準的CAN-bus通道，支持4G實時通信，可以将CAN FD總線上的數據上傳到指定服務器；還支持北鬥/GPS定位，實時記錄設備位置信息，同時支持車載以太網和LIN總線測試記錄，完善車載多總線測試體系，智能的網絡傳輸濾波器可有效減少網絡資源占用。标配存儲介質為32G高速SD卡（最高支持128G），可以長時間記錄CAN FD報文信息，被廣泛應用在高鐵列車、地鐵、風力發電機、自動駕駛車輛等故障檢測場合。

圖4 CANFDDTU-400EWGR示意圖

1、支持4G通信，數據上雲

如圖5所示，CANFDDTU-400EWGR可以滿足各種應用場景需求，可針對不同場景的CAN FD總線、LIN總線和車載以太網數據進行同步監聽和實時采集，通過4G通信将數據實時上傳到指定雲端服務器。

圖5 CANFDDTU産品4G上傳數據

2、總線記錄回放，模拟現場數據

如圖6所示，CANFDDTU可以實時采集記錄總線數據，通過配置工具支持轉換成各種用戶常用的軟件格式，并通過設備将存儲的數據發送到用戶設備，準确模拟現場應用場景。

圖6 CANFDDTU數據模拟示意圖

3、支持北鬥/GPS定位可實時優化軌迹算法

如圖7所示，CANFDDTU-400EWGR帶有特色的北鬥/GPS定位功能，可以實時記錄設備位置信息并上傳到指定服務器。方便用戶在需要設備數據時，快速定位設備，進行算法數據分析優化。

圖7 CANFDDTU産品GPS定位功能

4、一鍵觸發标記，快速定位故障

如圖8所示，CANFDDTU-400EWGR提供觸發按鍵Trigger，可實時标記CANFD報文數據，方便用戶輕松查找定位在SD卡中的記錄文件，進行故障快速定位。

圖8 一鍵觸發标記功能

5、支持WiFi通訊，方便導出數據

如圖9所示，CANFDDTU-400EWGR支持WiFi通訊，通過WiFi可輕松實現數據的導出分析，助力用戶拓展使用場景。

圖9 CANFDDTU産品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可同時實現4通道CANFD報文記錄，針對每個汽車功能域實現單通道獨立運行，提高記錄的豐富性。

圖10 CANFDDTU通道隔離

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