新能源汽车CAN总线干扰定位与干扰排除的几个方法
一、行业现状
目前，国内机动车保有量已经突破三亿大关 。由于大量的燃油车带来严峻的环境问题，因此全面禁售燃油车的日程在全世界范围内被提起 。国内新能源汽车动力以锂电池为主，整个行业已经进入高速发展阶段 。我们注意到，除新能源车、充电桩之外无人驾驶、智慧停车等延伸行业也步入快速发展期 。上述行业都有一个共同点——使用CAN总线，因此，CAN总线的应用问题始终贯穿在新能源行业的发展中 。
图1 CAN总线应用行业
【新能源汽车CAN总线干扰定位与干扰排除的几个方法】 二、新能源车常见故障
新能源汽车中的CAN总线故障可从两个方面考虑，即通信应用层和物理层 。应用层的问题比较依靠软件的抓包或仿真，而物理层则更依赖硬件的测试和模拟 。在物理层，CAN总线故障的诱因集中在以下几个方面：干扰问题、网络拓扑问题、总线容抗阻抗控制、节点设计规范及一致性等，本片文章重点为大家介绍干扰问题及干扰解决 。
图2 保证CAN稳定的核心设计
三、干扰定位解决方案
如何进行CAN总线物理层的干扰定位呢?我们需要借助专业的干扰分析工具——频谱分析，CANScope是专业的CAN总线分析工具，其FFT分析功能可以对CAN_L、CAN_H、CAN_差分、CAN_共模分别测试，定位干扰频点 。一般地，CAN总线应用在工业通讯时干扰来源不固定，特别依赖此类频点分析工具，而当CAN总线应用于新能源汽车时其干扰源比较单一，多来源于电机驱动器，此时分析仪可做整改前、整改后的验证工具 。图4是FFT分析功能的实际测试案例，CANScope通过FFT频谱分析统计定位到干扰源频率与逆变器频率吻合 。
图3 被干扰后的CAN总线波形
图4 使用CANScope的FFT功能
四、干扰排除解决方案
定位到干扰后如何进行干扰排除呢?我们从干扰的来源入手 。干扰的来源有两个，传导与辐射 。针对传导过来的干扰，我们采取隔离的方式阻断干扰传播;针对辐射过来的干扰，我们采取屏蔽方式隔绝干扰传播 。
隔离方案，在CAN收发器总线端加光耦或磁耦器件，同时为CAN收发器提供隔离供电，这种隔离方式常被称作分立器件式隔离方案，如图5 。对于一些对体积、防护等级、稳定性要求高的场合，一体式隔离方案是最优选择 。在新能源客车中，大功率空调压缩机系统市场干扰到总线通信导致空调功能异常，准车规级的CTM1051(A)HQ (图6)在此类场景下有广泛应用 。
图5 分立器件隔离方案
图6 准车规级CAN总线隔离模块CTM1051(A)HQ
以上讨论的隔离都是板级隔离，适用于车型开发阶段，如果由干扰导致的故障出现在车辆出厂后或者售后阶段，隔离方式请使用CAN隔离网桥 。
图7 CANBridge+在总线隔离中的应用
屏蔽方案，选择的CAN通讯线缆应具备至少一层可靠的屏蔽层，并且保证最外层屏蔽层通过单点接到参考地 。如果遇到屏蔽层不可避免从中间某处截断，则应针对每一段做单点接地处理，如图8 。
图8 屏蔽层单点接地处理
除屏蔽层外，通信线的横截面积、直流阻抗值、寄生容抗、单位长度的双绞数等参数都会影响到通信质量，如何平衡成本与通信距离间的关系，本文提供图10数据供读者参考 。
图9 CAN总线专用双绞屏蔽线
图10 CAN总线线材参数与通讯距离
推荐阅读
- 宁夏新能源利用计算机等新技术研发“数字化风场电站的建设与应用”
- 北京氢燃料电池汽车产业发展现状如何?突出优势有哪些?
- 北京发布氢燃料电池汽车产业发展规划
- 氢能将成汽车行业支柱能源，氢燃料汽车价格将在五年内大大下降
- 激光雷达_LiDAR是实现汽车自动驾驶所必不可少的距离探测器
- 新能源汽车动力电池辐射抗扰度整改案例
- 动力及储能电池的材料创新
- 警惕汽车消费陷阱
- 中国汽车保有量已快接近四亿了，为什么感觉身边很多人还都没有车的？
- 土耳其将建成该国首座汽车电池制造厂，由孚能科技合资企业运营