摘要：本文介紹CAN匯流排關閉對新能源汽車的功能和安全效能產生的影響，並對此提出一些合理的建議。

2019年10月26日第三屆中國（佛山）氫能源大會中展示了氫燃料電池城市客車，與目前的純電動汽車和傳統汽車相比，作為一種新的驅動形式出現。但是，新能源汽車整車網路的實現依舊離不開CAN匯流排通訊。

工程師們通過CAN匯流排讀取車上的車速、轉速等訊號可以控制整車上眾多的ECU單元。但是，你知道CAN匯流排關閉會對新能源汽車的功能帶來哪些影響嗎？本文來做詳細分析。

一、為何CAN匯流排依舊能在新能源汽車中扮演重要角色？

從事汽車相關行業的小夥伴們，都知道CAN匯流排，它是當今汽車各電控單元之間通訊的匯流排標準，現在幾乎所有的汽車廠家都選擇使用CAN匯流排通訊。CAN匯流排起初便是基於BOSCH公司為了解決汽車的電子控制單元增多帶來的佈線空間矛盾、汽車重量增加等諸多問題而誕生的。同時，CAN匯流排將汽車內部各電控單元之間連線成一個區域網絡，實現了資訊的共享，大大減少了汽車的線束，如圖1所示：

圖1 汽車整車網路

相比於，目前流行的乙太網和485匯流排，CAN匯流排具有以下的特點：

匯流排訪問——非破壞性仲裁的載波偵聽、多路訪問、衝突避免；

多主機廣播式結構，自動優先順序仲裁，實時性很強；

傳輸錯誤自動重發，自動CRC校驗接收，資料出錯率極低；

差分訊號傳輸抗干擾能力強，適合汽車內部強幹擾的環境；

硬體報文濾波功能，減輕CPU負擔。

基於以上的特點，CAN匯流排能保證實時可靠的資料傳輸，保證汽車整車網路的通訊正常，在新能源汽車行業具有不可替代的地位。

二、什麼是CAN匯流排關閉？

汽車內部掛有很多的ECU節點，當其中一個節點發生故障進入匯流排關閉狀態時，會很大程度上影響整車CAN網路的通訊。例如，當汽車發生碰撞時，感測器將電訊號傳送給安全氣囊ECU，將訊號進行處理，當確定需要開啟安全氣囊時，ECU會立即發出點火訊號，氣體發生器才會充滿氣囊，對駕駛員和乘客提供安全保護，如圖2所示。若此時安全氣囊ECU處於匯流排關閉狀態，則無法正常彈出氣囊，會導致嚴重後果。

圖2 安全氣囊ECU工作示意圖

那麼，什麼是CAN匯流排關閉呢？

CAN控制器可以判斷出錯誤的型別是總線上暫時的資料錯誤（如外部干擾等）還是持續的資料錯誤（如單元內部故障、驅動器故障、斷線、短路等）。由此，當總線上發生持續資料錯誤時，CAN控制器內部的錯誤計數器累積到匯流排關閉的閥值，可將引起此故障單元從總線上隔離出去，不參與跟匯流排其他節點的網路通訊。如圖3所示：

圖3 錯誤檢測機制

三、 CAN匯流排關閉的成因分析

引起錯誤的原因大多是由物理故障引起的，主要是CAN線路產生的。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，還有可能因為CAN控制器或收發器等元器件故障導致。同時，也有可能是由於CAN匯流排訊號干擾導致的CAN訊號收發不正確，嚴重時會導致不能正常傳送報文，從而更容易導致CAN匯流排關閉。

例如，新能源汽車通常是指純電動汽車或者混合動力汽車，其特色是使用電池、電容來儲存能力，然後通過逆變的方式變成交流，帶動電動機驅動車輛。逆變產生的巨大電流形成強幹擾，串擾到CAN總線上，導致控制器宕機、損壞或者通訊中斷，車輛執行不穩定。

四、CAN匯流排關閉如何恢復？

如果出現了BUS OFF，總線上的節點需要做一些動作，例如重啟CAN控制器或是重新上電，但是這些都只是一些補救措施，最根本的還是需要找到引起BUS OFF的根源。

當發生CAN匯流排關閉時，我們可以檢查BUS OFF暫存器的值，對CAN控制器的驅動及相關暫存器進行初始化操作。初始化完成後，CAN匯流排關閉故障就會立即解除。為了避免該節點在CAN網路中頻繁發生匯流排關閉問題，建議在初始化後，不要立即對外發送CAN報文。

上文也提到過，由於汽車內部存在強幹擾，也會導致CAN匯流排關閉。針對這種現象，我們通過以下方式進行處理：

由於汽車內部存在強電流產生的空間磁干擾，應該將CAN線纜雙絞程度加大；

CAN介面設計採用CTM1051隔離收發器、隔離限幅，防止ECU宕機；

CAN介面增加磁環、共模電感等效果好的感性防護器件；

外接專用的訊號保護器消除干擾，如ZF-12Y2；

使用網橋中繼裝置CANBridge對部分強幹擾源進行隔離。

綜合上述，汽車CAN匯流排關閉故障發生時，應分析物理層包括CAN線路、CAN控制器及收發器、CAN訊號干擾等外在因素，同時分析CAN暫存器及軟體處理，重新初始化CAN驅動和恢復正常後，定時嘗試往外發送報文。

五、CAN網路黑匣子-CANDTU

廣州致遠電子有限公司推出CAN網路匯流排“黑匣子”，我們稱之為CANDTU，如圖4所示，CANDTU整合有2路或4路符合ISO11898標準的獨立CAN-bus通道，並可標配儲存介質為32G高速SD卡，可以進行長時間記錄、條件記錄、預觸發記錄和定時記錄等多種模式，並可以將記錄的資料轉換為CSV格式，或者CANOE、CANScope等各種主流分析軟體的格式供後期處理分析。

圖4 CANDTU系列產品示意圖

CANDTU可以長時間記錄CAN報文，以便於工程師查詢資料，但是對於網路穩定性和偶發性故障無法進行定位和分析。