荣威燃料电池轿车CAN通讯故障诊断研究.doc

荣威燃料电池轿车CAN通讯故障诊断研究梁伟铭,丁阳2008-01-21 字体：大 中 小 0 引言上海汽车荣威燃料电池轿车采用CAN总线（ISO 118982）构建动力系统各部件之间的通讯网络。相比传统车型，燃料电池轿车的电磁环境更为复杂，由于使用了多个能产生较大传导性干扰和瞬态干扰的DC/DC电源转换器、电机，燃料电池轿车的CAN通讯更易受到干扰而出现故障。图1为荣威燃料电池轿车CAN网络的拓扑结构，CANA网络联接的部件有：整车控制器（VMS）、电液动力转向控制器（EHPS）、制动模块控制器（ABS）、网关防盗模块、组合仪表以及空调控制器。图1 荣威燃料电池轿车CAN网络架构1 CAN通讯测试分析工具在CAN总线领域，Vector公司提供的产品用于CAN网络的测试和分析。在荣威燃料电池轿车CAN网络通讯调试的过程中，主要使用CANoe/CANalyser和CANscope。CANoe/CANalyse可跟踪总线数据的实时变化、统计报文的频率、错误帧出现的频率，还可以记录总线数据进行回放。在CAN通讯故障调试中，可以利用CANoe/CANalyser作为网关隔离可能产生强干扰的节点以确定干扰源和干扰路径。CANscope是一款CAN物理层的分析工具，可以设置各种触发条件显示记录总线的CANH、CANL及差分电压的波形，观察CAN信号的畸变情况，分析噪声的特性。2 CAN网络故障诊断方法2.1 CAN通讯故障描述经过测试，发现荣威燃料电池轿车CAN网络的通讯存在如下故障：（1）点火开关处于Ignition档，高压电关断的情况下，CANA网络通讯正常，无错误帧；（2）接通高压电启动动力系统后，CANA网络出现错误帧，错误帧出现的频率约2090f/s，之后组合仪表或EHPS停止通讯。2.2 干扰信号分析根据CANscope对错误帧的分析，在高压电接通的状态下，CANA网络出现干扰信号，干扰信号出现的周期为0.1ms，在CANH、CANL两线差分电压上引起的幅值达到1V。图2 出现错误帧时记录的波形图3中，错误帧的前一位是隐性位，但是干扰信号引起这个位的差分电压出现谐波，幅值约1 V，超出了ISO 118982规范要求的电平范围，因此节点判断通讯出现故障，发出了错误帧。图3 第3个干扰信号放大图相邻两个干扰信号之间的时间是50bit，CANA网络波特率为500Kb/s，因此干扰信号出现的周期是0.lms。2.3 CAN网络通讯测试（1）CANoe网关隔离CANoe网关是通过CAPL语言编程转发隔离节点与连接网络的报文，使用CANoe网关并结合CANscope，可以检测某一网段的信号特性和干扰程度，是查找CAN通讯故障的有效手段。在CAN通讯故障原因的查找过程中，使用CANoe网关把CANA网络分割成两个网段，网关连接的两个网段通讯正常，未出现错误帧，但是用CANscope监测网络信号，在高压电接通时仍然可以发现同样的干扰信号，只是幅值略小。这表明上述的干扰信号是造成CANA网络通讯故障的原因（2）更换通讯介质在调试过程中，当使用双绞线把VMS、EHPS、组合仪表单独联接后，三者能够正常通讯，原因是：这样单独联接的网络线较短与动力线束距离远，干扰信号的幅值不大，不足以造成错误帧。而CANA网络从乘员舱到VMS、EHPS的路径长，与其它线束捆绑在一起，干扰信号引起的幅值大，能够引起错误帧。这两种情况下干扰都是存在的。2.4 干扰源查找方法确定了导致通讯故障的原因是CAN网络存在干扰，而且是在高压电接通的情况下才会出现干扰。在实验过程中，高压通电后，驱动电机、燃料电池DC/DC、燃料电池、空调压缩机均未运行。运行的部件包括：EHPS、12V系统DC/DC、水冷系统。因此可以测试这3个系统以确定干扰源。（1）接通高压电，控制EHPS不运行，断开水冷系统高压电路，只有12V系统DC/DC网络通讯正常，无错误帧，CANscope观察不到干扰信号。波形如图4。图4 水冷系统不工作/EHPS不运行时的波形（2）接通高压电，12 V系统DC/DC工作，控制EHPS运行，断开水冷系统高压电路，网络通讯正常，无错误帧，CANscope观察不到干扰信号，波形如图5。图5 水冷系统不工作/EHPS运行时的波形（3）接通高压电，12V系统DC/DC、EHPS、水冷系统三者都下作。在此情况下，CAN网络通讯不正常，错误帧为40f/s，图6是一个发送成功的报文，但是在波形图上可以看到干扰信号的存在。图6 水冷系统工作时的波形上述实验表明水冷系统工作时产生的干扰信号是造成CAN通讯故障的原因。通过现场的检查，发现水冷系统到水泵电机的高压线未进行屏蔽，造成干扰信号幅值过大引起CAN通讯故障。3 结语燃料电池汽车广泛使用电机、DC/DC电源转换器等部件，各部件的控制器通过CAN总线进行通讯，而大量使用的电机、DC/DC开关电源等部件则会产生很强的干扰，为了保障CAN网络进行可靠通信，建议采取以下措施：（1）使用高压的电机、DC/DC、燃料电池等部件，高压电应做好屏蔽，并把屏蔽层可靠接