CAN网络排查干扰导致的通讯异常

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作者:市场部来源:来可电子

CAN 总线虽然有强大的抗干扰和纠错重发机制,但我们要认识到,由于最早 CAN 是被应用于汽车行业,而汽车内部的电磁环境并不恶劣,最高电压很少超过 36V。

但目前 CAN 被大量应用于其他很多行业,比如轨道交通、医疗、煤矿、电机驱动等,而这些场合的电磁环境则恶劣许多。所以目前 CAN 的非汽车现场应用中,被干扰导致的异常约占 30%之多。 所以排查干扰是我们检查和评估 CAN 总线通讯异常的必需步骤。

一般干扰分为正弦频率干扰与周期脉冲干扰。针对前者 RoyalScope长时间数据和波形记录分析仪 提供 FFT 分析,即傅里叶变换,把信号进行频域上面的分解,并且能滤除正常信号,这样就可以很方便地看出干扰频率。 如果是周期脉冲干扰需要人工在波形中发现与测量,这个多发生在有电磁阀、继电器或者电流周期通断的场合,在变化的时候产生很强的耦合信号导致 CAN 通讯中断。

1、单帧波形FFT分析

波形设置窗口中,选择CAN共模(即CAN-MOD)的方式,可以滤除正常信号,让干扰信号水落石出。选中单帧,对应的波形视图CAN-FFT栏目显示所选帧的FFT分析结果,列表排列的是干扰幅值的排名,我们只需关心最高幅值即可。注意如果是 0Hz 的幅值最高,可以略去。

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2、多帧波形FFT分析

但对于现场排查故障的工作来说,单帧分析无法全面了解干扰的情况,这时,可以使用“CAN-FFT”功能模块 对多个CAN帧进行FFT分析统计,统计结果是从大到小进行排序的干扰幅值。 一般来说如果超过 200 毫伏即有影响正常通讯的风险(CAN 显性电平为 0.9V,一般需要高1 .1V 才能保证基本的通讯)。 找到干扰频率后,我们需要查看系统中哪些部件是这个频率,这样我们可以针对性做解决 方案。

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3、共模统计功能

也可以使用CAN报文中的共模统计功能,设置好干扰幅度门限(默认为0.2V),点击开始统计即可。软件自动将干扰幅值从大到小进行排序。用户也可以双击进行对应帧查看。

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4、周期脉冲性干扰

如果是周期脉冲性干扰,在 FFT 变化后,由于不是正弦的信号,所以大部分能量还是集中在 0HZ,所以这个情况下需要人工进行测量。

可见这个周期性的脉冲是 20KHZ,如果是 FFT 的结果是看不出来的。

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5、通过FFT查找干扰示例

新能源汽车通常是指纯电动汽车或者混合动力汽车,与传统汽车不同,其是使用电池、电 容来存储能量,然后通过逆变的方式变成交流,带动电动机驱动车辆。所以带来的就是复杂的电磁环境。

主要问题: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、损坏或者通讯延迟及中断,车辆运行不稳定。用户的现象是:仪表显示滞后,显示错误。导致司机判 断延迟与错误,影响交通安全。

通过将 RoyalScope接入电动车的 CAN 总线,进行 FFT 分析,我们可以发现,原有的波形 在逆变打开后(或者加速踏板踩下后),即会有干扰产生。正常的波形被干扰后, 目测即可看出有干扰频率。

然后我们进行 FFT 分析,选择 CAN 共模,即可找到是 1275KHZ 的干扰频率。

我们可以发现这个正弦频率与系统中电动机的频率吻合,即可断定是电动机的动力线缆与 CAN 总线靠得太紧,导致磁耦合,产生脉冲群。

干扰导致帧错误增加,重发频繁,正确数据不能及时到达。所以如何定位干扰与消除干扰 是每个制造厂商与维护商必须要处理的。

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6、排除干扰的解决方案

  1. 由于强电流产生的是空间磁干扰,所以屏蔽层效果很小,应该将 CAN 线缆双绞程度加大,即 2 线靠的更紧点,保证差模信号被干扰的程度减小,这对于周期正弦干扰有很强的抑制 性;


  2. 将动力线缆与 CAN 线缆远离,最近距离不得小于 0.5 米,这个对于抑制周期脉冲干扰是最有效的;


  3. CAN 接口设计采用 金升阳隔离收发模块TD301MCAN,隔离、限幅,防止 ECU 因为强干扰死机;


  4. CAN 接口增加磁环、共模电感等抗浪涌效果较好的感性防护器件。


  5. 外接专用的信号保护器消除干扰,如信号隔离调理器LCAN-OptoAdapter减弱干扰强度 和 CANbridge -100网桥做隔离。


  6. 采用光纤传输,比如来可电子的CANFiber-100,完全隔绝干扰。


  7. 程序做抗干扰处理,通常在监测到总线关闭后,50 毫秒后重新复位 CAN 控制器,清除 错误计数。连续复位 10 次后,这个时延长到 1 秒。



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