汽車內(nèi)部掛有很多的ECU節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，會(huì)很大程度上影響整車CAN網(wǎng)絡(luò)的通訊。例如，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，傳感器將電信號(hào)傳送給安全氣囊ECU，將信號(hào)進(jìn)行處理，當(dāng)確定需要打開安全氣囊時(shí)，ECU會(huì)立即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，氣體發(fā)生器才會(huì)充滿氣囊，對駕駛員和乘客提供安全保護(hù)，如下圖1所示。若此時(shí)安全氣囊ECU處于總線關(guān)閉狀態(tài)，則無法正常彈出氣囊，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

圖1 ECU工作示意圖

因此，對于新能源汽車行業(yè)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(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部干擾等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線、短路等）。由此，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，CAN控制器內(nèi)部的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器累積到總線關(guān)閉的閾值，可將引起此故障單元從總線上隔離出去，不參與跟總線其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信。如圖2所示：

圖2 錯(cuò)誤檢測機(jī)制

哪些因素會(huì)導(dǎo)致CAN總線Bus Off？

引起錯(cuò)誤的原因大多是由物理故障引起的，主要是CAN線路產(chǎn)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?yàn)镃AN控制器或收發(fā)器等元器件故障導(dǎo)致。同時(shí)，也有可能是由于CAN總線信號(hào)干擾導(dǎo)致的CAN信號(hào)收發(fā)不正確，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不能正常發(fā)送報(bào)文，從而更容易導(dǎo)致CAN總線關(guān)閉。

例如，新能源汽車通常是指純電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力汽車，其特色是使用電池、電容來存儲(chǔ)能力，然后通過逆變的方式變成交流，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。逆變產(chǎn)生的巨大電流形成強(qiáng)干擾，串?dāng)_到CAN總線上，導(dǎo)致控制器死機(jī)、損壞或者通訊中斷，車輛運(yùn)行不穩(wěn)定。

CAN總線Bus Off恢復(fù)的解決方案

如果出現(xiàn)了Bus Off，總線上的節(jié)點(diǎn)需要做一些動(dòng)作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都只是一些補(bǔ)救措施，最根本的還是需要找到引起B(yǎng)us Off的根源。

當(dāng)發(fā)生CAN總線關(guān)閉時(shí)，我們可以檢查Bus Off寄存器的值，對CAN控制器的驅(qū)動(dòng)及相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化操作。初始化完成后，CAN總線關(guān)閉故障就會(huì)立即解除。為了避免該節(jié)點(diǎn)在CAN網(wǎng)絡(luò)中頻繁發(fā)生總線關(guān)閉問題，建議在初始化后，不要立即對外發(fā)送CAN報(bào)文。

從下圖所示可以看出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)后，如果MCU僅是開啟自動(dòng)恢復(fù)功能，CAN控制器在檢測到128次11個(gè)連續(xù)的隱性位后即可恢復(fù)通信，在實(shí)際的CAN通信總線中，這一條件是很容易達(dá)到的。我們已經(jīng)知道，當(dāng)進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重的錯(cuò)誤，處于不可信狀態(tài)，如果迅速恢復(fù)參與總線通信，具有較高的風(fēng)險(xiǎn)，因此實(shí)際應(yīng)用中，往往會(huì)通過MCU對CAN控制器總線關(guān)閉狀態(tài)的恢復(fù)過程進(jìn)行編程處理，以控制節(jié)點(diǎn)從總線關(guān)閉狀態(tài)恢復(fù)到錯(cuò)誤主動(dòng)狀態(tài)的等待時(shí)間，如圖4所示，具體包括“快恢復(fù)”和“慢恢復(fù)”策略，兩種策略一般同時(shí)應(yīng)用。

圖3

上文也提到過，由于汽車內(nèi)部存在強(qiáng)干擾，也會(huì)導(dǎo)致CAN總線關(guān)閉。針對這種現(xiàn)象，我們通過以下方式進(jìn)行處理：

• 由于汽車內(nèi)部存在強(qiáng)電流產(chǎn)生的空間磁干擾，應(yīng)該將CAN線纜雙絞程度加大；

• CAN接口設(shè)計(jì)采用CTM1051隔離收發(fā)器、隔離限幅，防止ECU死機(jī)；

• CAN接口增加磁環(huán)、共模電感等效果好的感性防護(hù)器件；

• 外接專用的信號(hào)保護(hù)器消除干擾，如ZF-12Y2；

• 使用網(wǎng)橋中繼設(shè)備CANBridge對部分強(qiáng)干擾源進(jìn)行隔離。

綜合上述，汽車CAN總線關(guān)閉故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)分析物理層包括CAN線路、CAN控制器及收發(fā)器、CAN信號(hào)干擾等外在因素，同時(shí)分析CAN寄存器及軟件處理，重新初始化CAN驅(qū)動(dòng)和恢復(fù)正常后，定時(shí)嘗試往外發(fā)送報(bào)文。

來自談思實(shí)驗(yàn)室公眾號(hào)