CAN總線由其高可靠和實時性被廣泛應用於新能源汽車、軌道交通、醫療、工程機械等行業，本文介紹CAN總線關閉對新能源汽車的功能和安全性能產生的影響，並針對工程師關注的問題，提供有效的解決方案。
2020年10月28日全球汽車峰會中展示了未來新能源汽車行業的發展趨勢，未來混動與純電動比例將不斷加大，從而新能源汽車將作為一種新的出行方式出現。目前新能源汽車整車網絡還是依靠最為成熟的CAN－bus架構，工程師們通過CAN總線讀取車上的車速、轉速等信號可以控制整車上眾多的ECU單元。但是，你知道CAN總線Bus Off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。
為什麼新能源汽車行業離不開CAN總線？
當前最成熟的整車架構就是CAN總線通信，CAN總線起初是基於BOSCH公司為了解決汽車的電子控制單元增多帶來的布線空間矛盾、汽車重量增加等諸多問題而誕生的。同時，CAN總線將汽車內部各電控單元之間連接成一個區域網路，實現了信息的共享，大大減少整車線束，如下圖所示：
新能源汽車整車CAN網絡
相比於，目前流行的乙太網和485總線，CAN總線具有以下的特點：
1.總線訪問——非破壞性仲裁的載波偵聽、多路訪問、衝突避免；
2.多主機廣播式結構，自動優先級仲裁，實時性很強；
3.傳輸錯誤自動重發，自動CRC校驗接收，數據出錯率極低；
4.差分信號傳輸抗幹擾能力強，適合汽車內部強幹擾的環境；
5.硬體報文濾波功能，減輕CPU負擔。
基於以上的特點，CAN總線能保證實時可靠的數據傳輸，保證汽車整車網絡的通訊正常，在新能源汽車行業具有不可替代的地位。整車各零部件都是通過CAN總線通信，但是當其中一個節點通信異常進入總線關閉狀態，將影響整車CAN網絡的正常通信。
CAN總線Bus Off原理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總線關閉狀態時，會很大程度上影響整車CAN網絡的通訊。例如，當汽車發生碰撞時，傳感器將電信號傳送給安全氣囊ECU，將信號進行處理，當確定需要打開安全氣囊時，ECU會立即發出點火信號，氣體發生器才會充滿氣囊，對駕駛員和乘客提供安全保護，如下圖所示。若此時安全氣囊ECU處於總線關閉狀態，則無法正常彈出氣囊，會導致嚴重後果。
ECU工作示意圖
因此，對於新能源汽車行業工程師，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誤的類型是總線上暫時的數據錯誤（如外部幹擾等）還是持續的數據錯誤（如單元內部故障、驅動器故障、斷線、短路等）。由此，當總線上發生持續數據錯誤時，CAN控制器內部的錯誤計數器累積到總線關閉的閥值，可將引起此故障單元從總線上隔離出去，不參與跟總線其他節點的網絡通信。如下圖所示：
錯誤檢測機制
哪些因素會導致CAN總線Bus Off？
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總線信號幹擾導致的CAN信號收發不正確，嚴重時會導致不能正常發送報文，從而更容易導致CAN總線關閉。
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、電容來存儲能力，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，導致控制器死機、損壞或者通訊中斷，車輛運行不穩定。
CAN總線Bus Off恢復的五大解決方案
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總線關閉時，我們可以檢查Bus Off寄存器的值，對CAN控制器的驅動及相關寄存器進行初始化操作。初始化完成後，CAN總線關閉故障就會立即解除。為了避免該節點在CAN網絡中頻繁發生總線關閉問題，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總線關閉。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幹擾，應該將CAN線纜雙絞程度加大；
CAN接口設計採用CTM1051隔離收發器、隔離限幅，防止ECU死機；
CAN接口增加磁環、共模電感等效果好的感性防護器件；
外接專用的信號保護器消除幹擾，如ZF－12Y2；
使用網橋中繼設備CANBridge對部分強幹擾源進行隔離。
綜合上述，汽車CAN總線關閉故障發生時，應分析物理層包括CAN線路、CAN控制器及收發器、CAN信號幹擾等外在因素，同時分析CAN寄存器及軟體處理，重新初始化CAN驅動和恢復正常後，定時嘗試往外發送報文。
CAN總線排查利器—CANDTU系列
新能源汽車在發送總線關閉情況時，我們也希望能夠有對應的CAN報文去分析，尤其是針對偶發性的故障時，我們更需要有可靠的CAN報文來作為判斷依據。
ZLG致遠電子推出CAN網絡總線「黑匣子」，我們稱之為CANDTU，如圖4所示，CANDTU集成有2路或4路符合ISO11898標準的獨立CAN－bus通道，並可標配存儲介質為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，並可以將記錄的數據轉換為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。
最新升級的CANFDDTU系列產品可實現車載多總線的實時記錄，可長時間記錄CAN、CAN FD、車載乙太網和LIN總線的報文數據，同時可上傳到CAN智慧雲平臺，在雲平臺上進行數據處理和可視化分析，方便工程師事後快速定位故障問題。