CAN总线测试规范及测试技术研究.docx

第十届河南省汽车工程技术研讨会参考文献 1HlogerZeltwanger现场总线CANopen设计与应用德国： Ez罗峰，孙泽昌汽车CAN总线系统原理、设计与应用 作者简介申留勋(1973一)，男，河南郑州人，高级工程师。Email：sheliun126corn。HNSAEl3182CAN总线测试规范及测试技术研究牛玉荣田勇梁赘豫北转向系统股份有限公司河南新乡453003【摘要】CAN总线凭借着本身的高性能，越来越受到汽车电子业的广泛应用，并且已经成为该领域最主导市场的总线。CAN 作为控制器联网的手段，已经广泛应用于各品牌汽车，CAN总线技术将会成为汽车领域发展的途径。本文主要介绍了CAN总线 物理层和应用层测试内容，以及实现测试的工具与测试技术。【关键词】CAN总线，物理层测试，应用层测试，汽车电子Abstract：CAN bus with high performance itself，widely used more and more by the automotive electronics industry，and it has become one of the most dominant bus in the fieldCAN bus as a tool of controller connected tO the the vehicle networks，has been widely used in various brand cars，CAN bus technology will be a way of development of automobile industryThis article mainly in trodueed the CAN bus physical layer and application layer test content，test tools and test techniques and implementationKey words：CAN(Controller Area Networks)，Physical Layer Test，Application Layer test，Automotive Electronics1前言 德国博世公司首次提出了应用于汽车内各种传感器和执行器之间相互通信的CAN总线技术以来，以其可靠性、实时性和灵活性强的特点，得到了诸多汽车开发商的青睐。此后，CAN通过IS()11898以及ISO 11519进行了标准化，现在在欧洲已经是汽车网络的标准协议。CAN总线是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1M bits。CAN总线测试内容可以按照通信层次划分为物理层测试、数据链路层测试和应用层测试等内容。本文主要就物理层和应用 层的测试规范进行介绍，并且对测试过程中可能出现的问题以及解决方案进行深入探讨。2 CAN测试总体介绍进行CAN总线测试，首先需要制定测试规范，根据测试规范构建测试环境，并进行测试的执行，最后将测试所得的数据进行分 析，形成测试报告。如果测试过程中出现了不符合项，需要就测试报告深入分析、整改，然后重新按照测试规范进行测试。物理层测试主要目的是验证节点及系统在电路设计、物理电平特性等方面的性能，这是保证节点能够正确连接入总线的基础。 主要包括了节点的CAN物理电平特性测试、阻抗测试、信号特性测试等方面。应用层测试包括了上层应用层协议的测试、网络管理功能的测试以及故障诊断测试等方面的内容。根据CAN总线使用背景 不同，应用层的内容也有很大差别，本文所介绍的主要是针对车载总线网络物理故障测试、电压影响测试。3物理层测试图1为进行高速CAN总线物理层测试时所需要布置的测试环境。其中如果被测的ECU中没有设置终端电阻，那么1和2的 终端网络都需要在测试中加入。Rx为次级终端，用来模拟更多的节点(最多为4个)。31 CAN总线输出电压电平测试总线上的电平有显性电平和隐性电平两种，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。 该测试需要分别在显性电平和隐性电平条件下分别测量出总线输出电压VCANH、VCANL，并测量共模模式总线电压Vc”，VCM一05X(V(CANH)+VcANL)。32 CAN总线输入电压限值测试图2为进行高速CAN总线输入电压限制测试时所需要布置的测试环境。其中如果被测的ECU中没有设置终端电阻，那么RTESr一600。在隐性情况下，测试中需要调整电流值I，直到上限电压V耐r=o5V，然后设置电压U，使得：V=一2V；V一65V，在两种 情况下，被测的装置都不能停止帧的传输。而在显性情况下，测试中需要调整电流值I，直到V耐fo5Vo9V，然后设置电压U，使得：V=一2V；V。61V，在两种 情况下，当显性输入达到09V时，被测的装置应当停止帧的传输。33 CAN总线阻抗测试图3为进行高速CAN总线内部阻抗测试时所需要布置的测试环境。其中如果被测的ECU中有终端电阻，那么CANH和CANL应当短接。RT。一5KQ。_。I、南 _-0lr忆圈1 CAN总线测试设备的布置图图2输入电压限值测电路圈3 内部阻抗测试电路301第十届-；ujr-W汽车工程技术研讨会对于U一一2v和U=7V，通过以下计算式来得出内部阻抗，其中V。和Vr、“是我们在21中测量到的隐性输出电压： 通常供应商在ECU开发的最后阶段，需要对ECU进行验证，检查所开发的产品是否符合所需的设计规范，而OEM厂商可能会对阻抗测试环节提出不同的测试规范，如当地断开时测量内部阻抗以及内部差分阻抗等。需要注意的是，如果地连接被破坏时，CANH和CANL应当对地有一个高阻抗，以阻止所连接的ECU破坏。34 CAN总线通信的最小和最大电压电平该测试需要建立由被测ECU和测试工具组成的物理网络，其中测试工具应当能够模拟ECU总线通信时的所有其他节点，参 见图l所示。设置ECU的供电电压为12V，以每分钟01V的速度降低ECU的供电电压。在没有通信问题的情况下核查总线通 信例如，总线没有错误帧，没有信息传输延迟等，并且测量最低电压电平。为了测量满足CAN总线通信的最大电源电压，需要将 电源电压增大至265V。针对不同的车载ECU，该测试的可接受标准是不同的，对于那些要求在一个更宽的电源电压范围下支持通信的ECU，在电源电压下降至6V时，ECU应当支持无 i误的通信。在电源电压恢复至6V以上时，ECU应当能够在300ms内重新开始总线。对于高电源电压，ECU应当在电源电压为16V18V之间时支持通信达1小盯墓通信。 3啪 一时，电源电压为265V时支持通信达1分钟。一 三一 二一。 35 CAN总线通信的信号对称性测试图4为信号对称性测试所需要布置的测试环境，该测试目的是不同的物理负载二c， 的情况下，检查CAN总线信号的对称性。需要注意的是为了减少测试环境导致的 非对称性影响，图中C1和C2的精度应当控制在士1。圈4信号对称性测量电路使用示波器，测量显性CAN总线信号波形。CANH与CANL和值的波动与其平均电压电平相比应当在95到105范围 内。信号应当在最大和最小的物理负载情况下测量。在测试中，可以通过改变c1和C2的值，如c2的值应当比c1低20，形成 一个非对称性的负载。图5为非对称性负载形成时的一个案例。4应用层测试41地偏移的抗扰性R1 图6为地偏移的测试环境。在测试中，使得被测ECU在地电平偏移最大2V情况下，测试CAN总线通信，一般要求不能发生任何的通信问题，如果发生异常，那么需要测量和记录在地电平偏移多少时，发生了第一个错误帧。42地丢失和电源丢失将地断开时，CAN总线电压电平可能会高于规范中规定的界限值，反之，将电源断开时，CAN总线电压电平可能会低于规范 中规定的界限值。但是在两种情况下，CAN总线上的通信不能被干扰(例如没有错误帧)，并且不能影响信号的对称度。在没有操 作者干扰的情况下，地电平恢复后，ECU应当在300ms之内恢复总线通信。图7为地丢失给节点ECU带来的干扰的一个案例。一叫1卜1卜一：鼍。9-LJ1广-弋u=?o：l 2，一l一|L一日。4uu：ru i、。：二图5信号非对称性案例图6地偏移的测试环境建立图7地丢失造成的CAN总线干扰43 CAN总线的短路41 当CANH或者CANL对地短路时，CAN总线上的通信可能被中断或干扰，但是被测ECU不应当损坏，并且在对地短路的故障消除后，ECU应当在300ms之内恢复总线通信。 当CANH或者CANL对电源短路时，CAN总线上的通信可能被中断或干扰，但是在最大供电电压达到18V时，ECU不应当损坏，并且故障消除后，ECU应当在300ms之内恢复总线通信。 当CANH和CANL之间互相短路时CAN总线通信应当马上停止帧的传输。以上三种短路都可以通过CANstree工具实现测试。5 CAN总线测试案例 在电子产品的设计中，EMC性能对系统的影响非常大，关系到其能否正常稳定地运行。对于CAN总线的电路接口同样存在EMC可靠性的问题，除了尽量选用EMC性能较好的元器件、 尽量选择表面贴装的封装形式之外，还需要注意的是a通过屏蔽可以将电磁场的感应干扰降低 至最小；b用双绞线则可以进一步抑制磁场感应的差模电压c加入共模电感线圈可以抑制磁场 感应的共模电压；d尽量避免走线带来的CANH和CANL的不平衡性。eCANH和CANL的 对地滤波电容精度要在士1，否则可能会造成信号的不对称。图8为在实际测试过程中的发生的一个CAN信号的不对称实例，从波形中可以看到CANH 信号存在波动，从而造成了整个电路的不对称，通过故障查找和分析，最终确定原因为在CAN总圈8 CAN信号的不对称性实例302第十届河南省汽车工程技术研讨会线接口电路中，选用的ESD保护器件等效电容过大，从而造成了整个负载电路的不对称性。 6结束语目前CAN总线在国内汽车厂应用的日益广泛，CAN总线测试技术将越发的重要，其中CAN总线测试规范是核心。不同的 OEM厂商之间缺乏统一的测试规范，所以我们还需要在CAN总线开发过程中不断地积累经验，逐步制定适合自己公司的测试规 范。当然，借助国外先进的CAN总线测试工具可以达到事半功倍的效果。参考文献1GMGMLAN Device Test Specification forGMLAN HighSpeed，MidSpeed，LowSpeed CAN Bus Nodes口2007 2BoschCAN Specification V20i-J19913吴亚楠中国汽车工程学会年会论文集c2007：396399 4南金瑞，刘波澜汽车单片机及车载总线技术I-M北京理工大学出版社，2005 作者简介牛玉荣，男，本科，新乡人，工程师，从事电动助力转向系统设计，电话Email：daniusf163com。 田勇，男，本科，新乡人，高工，现从事电动助力转向系统设计，电话Email：tyl03163com。 梁赞，男，汉族，南阳人，工程师，从事电动助力转向系统设计，电话Email：hnly899163com。HNSAEl3183基于纯电动汽车VSP的设计与开发乔慧敏宋明清张博尹冬至海马轿车有限公司河南郑州450016【摘要】本文介绍一种电动汽车低速行驶时的语音提示装置(Voice Signal Processor简称VSP)。这种装置通过检测整车控 制器发出的车速信号及车辆前进与倒车信号，发出提示音，提示周边行人、车辆及有视力障碍的人注意安全。【关键词】语音提示装置，电动汽车Design and Development of Electirc Vehicle Based on VSPQiao Huimin，Song Mingqink，Zhang 130，(Electric Vehicle Business Division，Haima Car Co，Ltd，Zhengzhou 450016，China)Abstract：This paper describes a voice Voice Signal Processor(VSP)runing at a low speedThis device sends Out warning sound by the way of detection of speed signal，forward and reversing signals of the vehicle sending by vehicle controllerThe warning sound tells，surrounding pedestrians，vehicles and people to take care of the safetyKey words：Electric Vehicle，Voice Signal Processor1前言 电动汽车噪音小的特点减小了城市噪音，但其在低速行驶过程中几乎不发出任何声音，对周边行人、车辆及有视力障碍的人的安全存在潜在的威胁，因此电动汽车上应加载低速行驶时的提示音装置。目前，日产leaf上已经配备该装置，随着电动汽车的发 展未来该装置必将会成为电动汽车的标准配置。所以，对低速语音提示装置(Voice Signal Proces