王朝均
重庆力帆乘车有限公司 401122
[摘要]笔者为重庆力帆乘车有限公司电气工程师——王朝均，将在本文中阐述CAN总线开发设计中故障测试、数据链路层、物理层等内容，为主机厂设计开发整车CAN通信提供参考依据。
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关键词 ]整车；CAN总线；测试
近年来汽车电子技术发展迅速，CAN总线技术广泛运用于我国汽车行业。车辆CAN总线面对电磁环境相对恶劣，特别是那些具有多功率、大电流、高电压的车辆，这严重的增加了车辆CAN总线设计难度。将来的设计中应当有效评估车辆通信品质进而保证车辆的稳定性和安全性。
一、测试工具
测试运用的工具包括：CANoe+CANcaseXL、CANstressDR和数字示波器。CANoe是ECU和网络分析、测试、开发的专用工具，支持需求分析到系统实现的整体系统开发过程。检测中CANcaseXL和CANoe硬件配套用于观察ECU发送接收、估算总线负载率、记录总线数据功能。
CANstressDR作为独立运行硬件，能够与CAN网络直接串连，将各种干扰逻辑施加在CAN总线上，进而验证CAN和ECU总线抗干扰能力。测试中CANstressDR的作用在于通过模拟施加故障干扰总线。
数字示波器作用在于观察记录总线电平状态，并对总线电平进行初步解析。数字示波器的主要参数为：1亿次/秒采样速率；分辨率+10ns。
二、测试方法
将车辆CAN网络系统的集成测试平台和测试设备串连到一起，只针对车辆CAN网络系统集成测试平台各个ECU外部接口进行测试，不改变ECU。根据图1
进行测试设备连接。
三、测试内容和评价标准
（一）物理层测试
如图2进行CAN总线物理连接，将负载电阻R串连在总线梁端，电阻作用在于抑制总线内部信号的反射。不应当在ECU内部设置R，防止内部设置R的ECU同总线连接断开时，总线失去终端电阻。
当总线所有ECU总线发送器为关闭状态，也就是ECU内三极管都介质，总线处于隐性状态。在该状态所有ECU带高内阻电压电源生成总线平均电压。接受操作可参考图2显示的电阻网络。
当ECU接通的总线驱动电路大于一个时，也就是成对三极管里接通的对数大于一个，总线就会产生一个显性位。这样终端电阻就会通过电流，这样总线两根线间就会产生差动电压。总线上的差动电压能够通过电阻网络转换成接收电路的比较器输入处相应的显性或隐性电平，进而检测出隐性和显性状态[1]。
第三，位下降/上升时间测试，用于判断ECU发送CAN总线信号的显性转隐性和隐性转显性的时间，判断位下降/上升时间符不符合测试规范要求。图5为位下降/上升的时间。评价标准：①20ns≤trise≤200ns;②20nstfall≤400ns。
第四，位时间精度测试，用于判断ECU发送CAN报文时间的精确度符不符合物理层规范定义。评价标准：位时间精确度为±0.5%。
第五，信号对称性测试，用于判断CAN_L和CAN_H信号对称性服不服和物理层规范定义。评价标准包括①位时间的前部，信号电压应当处于82%位结束电压值至165%位结束电压值之间；②位时间后部，信号电压处于96%位结束电压值至106%位结束电压值之间[2]。
（二）数据链路层测试
根据CAN2.0B定义，控制器能够识别的ID数据帧包括11位、29位，即标准帧、扩展帧。如图6、7为帧格式。
第一，扩展报文帧和标准报文帧兼容性测试，用于判断ECU能够兼容11位ID标准帧的CAN报文、29位ID扩展帧的CAN报文。评价标准：测试中ECU能够兼容29位ID扩展帧和11位ID标准帧，不可发送任何错误帧。
第二，100%总线负载下报文接受能力的测试，用于判断CAN总线负载率为100%时，ECU能够处理接受到的CAN总线信息，并在CAN总线负载率达到正常水平后恢复。评价标准：①在运用低优先级ID增加总线负载率的检测过程中，ECU应当处理接收到的所有CAN总线信息，同时连续发送总线信息；②在运用高优先级ID增加总线负载率至100%时，ECU可以出现CAN总线报文的发送失败情况，总线负载率重回正常水平后，ECU恢复CAN总线报文发送；③在全部测试过程中，ECU不应发送任何错误帧。
（三）网络错误处理测试
第一，单个节点脱开测试，用于检测单个节点断开后ECU中CAN总线通信状态，并检测修复该故障后ECU能够正常进行CAN总线通信。评价标准：①单个节点断开后，该节点ECU可以不具有CAN总线报文接收和发送功能，不可引起该节点ECU出现任何形式损坏。其余节点应当可以继续数据通信；②恢复断开的节点后，该节点ECU应重新实现CAN总线报文的接收和发送功能。
第二，接地或节点电源断开测试，用于检测某节点同电源脱开后或同搭铁脱开后ECU的CAN总线通信状态，进而检测该故障修复后ECU弄否重新实现CAN总线通信。评价标准：①节点与电源脱开或者在低电压状态时，CAN总线网络不能被拉低，剩余节点能够继续数据通信，故障节点ECU可以不具备CAN总线报文接受和发送功能；②节点与搭铁点脱开，CAN总线网络不能被拉高，剩余节点可以继续数据通信，故障节点ECU可以不具有CAN总线报文接受和发送的功能；③故障节点故障恢复后，该节点ECU应重新实现CAN总线报文接受和发送功能。
第三，CAN_H断路测试或CAN_L断路测试，CAN_H断路测试用于检测CAN_H断路时ECU中CAN总线的通信状态，并检测修复该故障后ECU中CAN总线的通信状态。评价标准：①CAN_H断路时，在不同于断开点一侧节点间，数据通信无法进行。在CAN_H断开点的同侧节点间，能以实现数据通信；②修复CAN_H断路故障后，节点ECU能够重新实现数据通信。CAN_L断路测试用于检测CAN_L断路后ECU中CAN总线的通信状态，并检测修复该故障后ECU的CAN总线通信状态。评价标准：①CAN_L断路后，在不同于CAN_L断开点的一侧的节点间，数据通信无法实现。在CAN_L断开点的同一侧节点间能够恢复数据通信；②修复CAN_L断路故障后，各节点ECU能够实现数据通信。
第四，CAN_L和CAN_H同时断路检测，用于测试CAN_L和CAN_H同时断路时ECU中CAN总线通信情况，并检测修复该故障后各ECU种CAN总线的通信状态。评价标准：①CAN_L和CAN_H于同一位置断开，在不同于断开点的一侧节点间，数据通信无法实现。在和断开点同侧的节点间，能够恢复数据通信；②修复CAN_L和CAN_H同时故障后，ECU能够重新进行数据通信。
第五，CAN_H与电源短路测试或CAN_L与电源短路测试。CAN_H评价标准：①电源电压不小于总线正常电压，ECU可以不具有CAN总线报文的接收和发送功能。②修复CAN_H与电源断路故障后，各节点可以恢复CAN总线报文的接收和发送功能。CAN_L评价标准：①短路后，ECU可不具有总线报文接收和发送功能，不可以任何形式损坏ECU.②修复故障后，各节点能够实现总线报文的接收和发送功能。
第六CAN_L与搭铁短路测试和CAN_H与搭铁短路测试。CAN_L评价标准：短路后，总线电压没有超过正常范围，总线可以进行数据通信。CAN_H评价标准：①短路后，不要求ECU具有总线报文接收和发送的功能，不可损坏ECU.②修复故障后，各节点能够重新实现总线报文接收和发送的功能。
第七，CAN_H对CAN_L短路测试。①短路后，ECU不需要具有总线报文接收和发送功能，不能损坏ECU.②修复故障后，各节点能够再次进行总线报文的接收和发送功能。
结语
本文详尽的分析了CAN总线开发设计中故障测试、数据链路层、物理层等内容，希望本文测试结果能够为主机厂设计开发整车CAN通信提供参考依据。
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参考文献
[1]王欢,杜全辉,尹华军.纯电动轿车CAN总线系统开发[J].汽车工程学报,2011,(05):147-152.
[2]田园,朱茂桃,盖福祥.CAN总线故障注入的仿真研究[J].机械设计与制造,2014,(05):202-204+207.