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電動客車CAN收發(fā)器亞損壞故障排查與檢修

CAN收發(fā)器是CAN總線通訊的信號傳遞通道,負(fù)責(zé)將單片機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為CAN總線電平,是CAN標(biāo)準(zhǔn)——ISO11898系列中最基本的物理層芯片。如果CAN收發(fā)器不正常或者失效,這個節(jié)點的通訊將受到致命的影響。

在電動客車的運(yùn)營中,工程師最怕現(xiàn)場出現(xiàn)“時好時壞”的情況,如果CAN節(jié)點徹底不通訊,則很有可能是收發(fā)器損壞,那進(jìn)行更換即可;如果車輛運(yùn)行時出現(xiàn)故障,而將故障節(jié)點拆下來測試時,卻又可以正常工作,這就非常頭疼。

電動客車與傳統(tǒng)客車不同,其是使用電池、電容來存儲能量,然后通過逆變成交流,帶動電動機(jī)驅(qū)動車輛。當(dāng)客車加速或者減速時,逆變產(chǎn)生巨大電流變化,而形成強(qiáng)磁場干擾,通過動力線纜耦合到附近CAN總線,會使CAN收發(fā)器的損壞率有所上升。而有些時候,CAN收發(fā)器是工作在亞損壞狀態(tài),就是我們所說的“時好時壞”現(xiàn)象。按照通用的測試標(biāo)準(zhǔn)是很難發(fā)現(xiàn)并標(biāo)定故障,無法及時在車輛檢修時排除故障節(jié)點。前不久某電動客車廠就遇到了一個亞損壞的案例,廣州致遠(yuǎn)電子有限公司派出工程師,協(xié)助客戶使用CANScope-Pro專業(yè)版CAN總線分析儀成功定位亞損壞CAN收發(fā)器的原因,并制定車輛檢修標(biāo)定準(zhǔn)則,及時排除亞損壞的CAN收發(fā)器。為電動客車穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

CANScope眼圖分析方法

眼圖是邏輯脈沖的重疊,用于測量信號質(zhì)量。通俗點,就是把所有的“0”和“1”疊加到一起,觀測,信號畸變程度的一種統(tǒng)計方法。

例如CAN-bus的ISO11898-1規(guī)定顯性邏輯的差分輸入電壓要大于0.9V。如圖所示,如果要讓CAN總線正常通信,眼圖中灰色區(qū)域的電平最小值不能小于0.9V。圖中使用CANScope的硬件眼圖功能測量到的眼高為1.75V,是符合通訊要求的。

正常的CAN收發(fā)器波形眼圖

對電動客車上正常的CAN節(jié)點做眼圖,可見沒有明顯畸變。

對故障CAN節(jié)點做眼圖,可見故障節(jié)點雖然目前可以通訊,但是波形已經(jīng)發(fā)生畸變。超過顯性閥值0.9V的寬度已達(dá)4.3us,即表示此時故障節(jié)點發(fā)出的顯性電平(邏輯0)的寬度為4.3us,與標(biāo)準(zhǔn)的4us已經(jīng)偏差0.3us。

可見在溫度變化的情況下,這個位寬度會增大,最后導(dǎo)致總線波特率異常,所有節(jié)點都會被其干擾,由于程序中做了自恢復(fù)功能,所以這個故障節(jié)點無法退出總線,一直在干擾總線,最終導(dǎo)致整車癱瘓。

后續(xù)解決方案

針對客戶整改目標(biāo),致遠(yuǎn)電子CANScope-Pro分析報告中提出了3個徹底解決措施:

  • 1.客戶后續(xù)研發(fā)產(chǎn)品的CAN總線接口均采用CTM1051隔離收發(fā)器模塊,實現(xiàn)電源和信號隔離限幅,防止強(qiáng)干擾信號形成直流耦合回路,導(dǎo)致收發(fā)器損壞;
  • 2.目前的車輛全部更換CAN收發(fā)器為更新型的TJA1051T,其耐壓58V,靜電等級為8KV(無需加TVS管),而老收發(fā)器PCA82c250耐壓僅為36V,靜電等級僅為2KV;
  • 3.程序中對于一直錯誤要進(jìn)行極限處理,不可一直可恢復(fù),如快速自動恢復(fù)20次后,延長恢復(fù)時間到秒級,保證其他節(jié)點可以發(fā)出數(shù)據(jù)。如果連續(xù)錯誤30秒,將停止自恢復(fù),避免把整車其他節(jié)點拖死;
  • 4.車輛的日常維護(hù)檢修中,使用CANScope進(jìn)行眼圖分析,排查已經(jīng)進(jìn)入亞損壞的收發(fā)器,避免車輛運(yùn)行過程中的故障。