新能源汽车CAN总线如何进行错误处理？

本文介绍 CAN 总线关闭对新能源汽车的功能和安全性能产生的影响，并对此提出一些合理的建议。

2019 年 10 月 26 日第三届中国（佛山）氢能源大会中展示了氢燃料电池城市客车，与目前的纯电动汽车和传统汽车相比，作为一种新的驱动形式出现。

但是，新能源汽车整车网络的实现依旧离不开 CAN 总线通讯。

工程师们通过 CAN 总线读取车上的车速、转速等信号可以控制整车上众多的 ECU 单元。

但是，你知道 CAN 总线关闭会对新能源汽车的功能带来哪些影响吗？本文来做详细分析。

一、为何 CAN 总线依旧能在新能源汽车中扮演重要角色？从事汽车相关行业的小伙伴们，都知道 CAN 总线，它是当今汽车各电控单元之间通信的总线标准，现在几乎所有的汽车厂家都选择使用 CAN 总线通信。

CAN 总线起初便是基于 BOSCH 公司为了解决汽车的电子控制单元增多带来的布线空间矛盾、汽车重量增加等诸多问题而诞生的。

同时，CAN 总线将汽车内部各电控单元之间连接成一个局域网络，实现了信息的共享，大大减少了汽车的线束，如图 1 所示：图 1 汽车整车网络相比于，目前流行的以太网和 485 总线，CAN 总线具有以下的特点： 总线访问——非破坏性仲裁的载波侦听、多路访问、冲突避免； 多主机广播式结构，自动优先级仲裁，实时性很强； 传输错误自动重发，自动 CRC 校验接收，数据出错率极低； 差分信号传输抗干扰能力强，适合汽车内部强干扰的环境； 硬件报文滤波功能，减轻 CPU 负担。

基于以上的特点，CAN 总线能保证实时可靠的数据传输，保证汽车整车网络的通讯正常，在新能源汽车行业具有不可替代的地位。

二、什么是 CAN 总线关闭？汽车内部挂有很多的 ECU 节点，当其中一个节点发生故障进入总线关闭状态时，会很大程度上影响整车 CAN 网络的通讯。

例如，当汽车发生碰撞时，传感器将电信号传送给安全气囊 ECU，将信号进行处理，当确定需要打开安全气囊时，ECU 会立即发出点火信号，气体发生器才会充满气囊，对驾驶员和乘客提供安全保护，如图 2 所示。

若此时安全气囊 ECU 处于总线关闭状态，则无法正常弹出气囊，会导致严重后果。

图 2 安全气囊 ECU 工作示意图那么，什么是 CAN 总线关闭呢？CAN 控制器可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部干扰等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线、短路等）。

由此，当总线上发生持续数据错误时，CAN 控制器内部的错误计数器累积到总线关闭的阀值，可将引起此故障单元从总线上隔离出去，不参与跟总线其他节点的网络通信。

如图 3 所示：图 3 错误检测机制三、 CAN 总线关闭的成因分析引起错误的原因大多是由物理故障引起的，主要是 CAN 线路产生的。

其中包括：CAN_H 开路、CAN_L 开路、CAN_H 对 CAN_L 短路 / 开路、CAN_L 对 VBAT 短路、CAN_H 对 GND 短路、CAN_L 对 GND 短路、终端电阻开路等。

除了物理层线路因素，还有可能因为 CAN 控制器或收发器等元器件故障导致。

同时，也有可能是由于 CAN 总线信号干扰导致的 CAN 信号收发不正确，严重时会导致不能正常发送报文，从而更容易导致 CAN 总线关闭。

例如，新能源汽车通常是指纯电动汽车或者混合动力汽车，其特色是使用电池、电容来存储能力，然后通过逆变的方式变成交流，带动电动机驱动车辆。

逆变产生的巨大电流形成强干扰，串扰到 CAN 总线上，导致控制器死机、损坏或者通讯中断，车辆运行不稳定。

四、CAN 总线关闭如何恢复？如果出现了 BUS OFF，总线上的节点需要做一些动作，例如重启 CAN 控制器或是重新上电，但是这些都只是一些补救措施，最根本的还是需要找到引起 BUS OFF 的根源。

当发生 CAN 总线关闭时，我们可以检查 BUS OFF 寄存器的值，对 CAN 控制器的驱动及相关寄存器进行初始化操作。

初始化完成后，CAN 总线关闭故障就会立即解除。

为了避免该节点在 CAN 网络中频繁发生总线关闭问题，建议在初始化后，不要立即对外发送 CAN 报文。

上文也提到过，由于汽车内部存在强干扰，也会导致 CAN 总线关闭。

针对这种现象，我们通过以下方式进行处理： 由于汽车内部存在强电流产生的空间磁干扰，应该将 CAN 线缆双绞程度加大； CAN 接口设计采用 CTM1051 隔离收发器、隔离限幅，防止 ECU 死机； CAN 接口增加磁环、共模电感等效果好的感性防护器件； 外接专用的信号保护器消除干扰，如 ZF-12Y2； 使用网桥中继设备 CANBridge 对部分强干扰源进行隔离。

综合上述，汽车 CAN 总线关闭故障发生时，应分析物理层包括 CAN 线路、CAN 控制器及收发器、CAN 信号干扰等外在因素，同时分析 CAN 寄存器及软件处理，重新初始化 CAN 驱动和恢复正常后，定时尝试往外发送报文。

五、CAN 网络黑匣子 -CANDTU新能源汽车在发送总线关闭情况时，我们也希望能够有对应的 CAN 报文去分析，尤其是针对偶发性的故障时，我们更需要有可靠的 CAN 报文来作为判断依据。

广州致远电子有限公司推出 CAN 网络总线“黑匣子”，我们称之为 CANDTU，如图 4 所示，CANDTU 集成有 2 路或 4 路符合 ISO11898 标准的独立 CAN-bus 通道，并可标配存储介质为 32G 高速 SD 卡，可以进行长时间记录、条件记录、预触发记录和定时记录等多种模式，并可以将记录的数据转换为 CSV 格式，或者 CANOE、CANScope 等各种主流分析软件的格式供后期处理分析。

图 4 CANDTU 系列产品示意图CANDTU 可以长时间记录 CAN 报文，以便于工程师查找数据，但是对于网络稳定性和偶发性故障无法进行定位和分析。