技(ji)術交(jiao)流

地鐵(tie)列車(che)CAN總線(xian)通訊(xun)信号(hao)質量(liang)檢驗(yan)分析(xi)

軌道(dao)交通(tong)地鐵(tie)車輛(liang)中，目(mu)前已(yi)經大(da)量使(shi)用CAN總(zong)線通(tong)訊。利(li)用其(qi)出色(se)的實(shi)時性(xing)與糾(jiu)錯能(neng)力，提(ti)升了(le)車輛(liang)各部(bu)件的(de)控制(zhi)效率(lü)和可(ke)靠性(xing)。但在(zai)地鐵(tie)運營(ying)中，某(mou)些線(xian)路也(ye)會出(chu)現偶(ou)發的(de)CAN通訊(xun)不暢(chang)，節點(dian)掉線(xian)情況(kuang)。故廣(guang)州緻(zhi)遠電(dian)子的(de)工程(cheng)師攜(xie)帶CANScope總(zong)線分(fen)析儀(yi)赴某(mou)地鐵(tie)線路(lu)，進行(hang)現場(chang)檢驗(yan)分析(xi)，如圖(tu)1所示(shi)。

圖1 測(ce)試現(xian)場

現(xian)場總(zong)線拓(tuo)撲結(jie)構：如(ru)圖2所(suo)示，爲(wei)6節編(bian)組的(de)地鐵(tie)車輛(liang)，其中(zhong)我們(men)測試(shi)點位(wei)于空(kong)調控(kong)制器(qi)CAN接口(kou)位置(zhi)，主要(yao)測試(shi)這段(duan)CAN總線(xian)的信(xin)号通(tong)訊質(zhi)量。

圖(tu)2 地鐵(tie)車輛(liang)網絡(luo)拓撲(pu)圖

通(tong)過【眼(yan)圖時(shi)間測(ce)量】，對(dui)全部(bu)波形(xing)做眼(yan)圖，測(ce)量結(jie)果可(ke)見波(bo)形邊(bian)沿過(guo)緩，有(you)部分(fen)波形(xing)上升(sheng)沿有(you)較大(da)的振(zhen)鈴，下(xia)降沿(yan)有較(jiao)大的(de)地彈(dan)現象(xiang)，說明(ming)總線(xian)上有(you)信号(hao)不連(lian)續的(de)部分(fen)。差分(fen)電平(ping)幅值(zhi)爲1.5V小(xiao)于标(biao)準的(de)2.0V的ISO11898-2标(biao)準。

圖(tu)3 眼圖(tu)位寬(kuan)幅值(zhi)測量(liang)

1.空調(diao)發出(chu)波形(xing)的分(fen)析

從(cong)空調(diao)發出(chu)的CAN幀(zhen)ID爲：0x331,0x332,0x333，選(xuan)取其(qi)中一(yi)個ID爲(wei)0x331的報(bao)文，波(bo)形如(ru)圖4所(suo)示。可(ke)見有(you)差分(fen)電平(ping)有明(ming)顯的(de)“地彈(dan)”現象(xiang)。

圖4 幅(fu)值分(fen)析

将(jiang)ID爲0x331,0x332,0x333的(de)幀波(bo)形做(zuo)眼圖(tu)，如圖(tu)5所示(shi)。可清(qing)晰看(kan)到CAN波(bo)形幅(fu)值爲(wei)1.5V（那些(xie)高幅(fu)值的(de)是和(he)其他(ta)幀仲(zhong)裁時(shi)擡高(gao)的）。

圖(tu)5 空調(diao)發出(chu)波形(xing)的眼(yan)圖

分(fen)析：CAN差(cha)分波(bo)形邊(bian)沿陡(dou)峭，邊(bian)沿清(qing)晰，但(dan)幅值(zhi)隻有(you)1.5V，比标(biao)準CAN差(cha)分電(dian)平（兩(liang)個120歐(ou)終端(duan)電阻(zu)時）的(de)2.0V少0.5V，有(you)兩種(zhong)可能(neng)：

· （1）此CAN接(jie)口上(shang)CANH和CANL上(shang)可能(neng)各串(chuan)聯了(le)10歐左(zuo)右的(de)電阻(zu)，與兩(liang)個并(bing)聯的(de)120歐産(chan)生分(fen)壓，讓(rang)實際(ji)發出(chu)的波(bo)形隻(zhi)有1.5V；1、帶(dai)功放(fang)的電(dian)路，并(bing)通過(guo)使能(neng)端控(kong)制其(qi)工作(zuo)；

· （2）本網(wang)絡中(zhong)終端(duan)電阻(zu)多添(tian)加了(le)1個120歐(ou)，即總(zong)線中(zhong)有3個(ge)120歐電(dian)阻，導(dao)緻電(dian)壓幅(fu)值降(jiang)低到(dao)1.5V。

從波(bo)形看(kan)，還有(you)很明(ming)顯的(de)“地彈(dan)”現象(xiang)，說明(ming)空調(diao)CAN接口(kou)位置(zhi)阻抗(kang)不連(lian)續。有(you)可能(neng)其位(wei)置是(shi)實際(ji)的終(zhong)端，但(dan)終端(duan)電阻(zu)不在(zai)它上(shang)面，或(huo)者其(qi)位置(zhi)爲較(jiao)長分(fen)支的(de)末端(duan)。

2.CAN主控(kong)發出(chu)的波(bo)形

CAN主(zhu)控發(fa)出的(de)CAN幀ID爲(wei)0x200,0x231。選取(qu)其中(zhong)一個(ge)ID爲0x200的(de)報文(wen)，波形(xing)如圖(tu)6所示(shi)

圖6 CANopen主(zhu)控發(fa)出的(de)波形(xing)

将ID爲(wei)0x200,0x231的幀(zhen)波形(xing)做眼(yan)圖，如(ru)圖7所(suo)示。可(ke)清晰(xi)看到(dao)從CAN主(zhu)控發(fa)出的(de)CAN波形(xing)到達(da)空調(diao)CAN接口(kou)時的(de)幅值(zhi)爲1.8V（測(ce)量點(dian)在網(wang)卡這(zhe)邊，那(na)些高(gao)幅值(zhi)的是(shi)和其(qi)他幀(zhen)仲裁(cai)時擡(tai)高的(de)）。上升(sheng)沿緩(huan)，下降(jiang)沿有(you)波形(xing)駐留(liu)。

圖 7CANopen主(zhu)控發(fa)出的(de)波形(xing)眼圖(tu)

分析(xi)：測試(shi)點測(ce)出的(de)差分(fen)電平(ping)幅值(zhi)爲1.8V，也(ye)比标(biao)準的(de)2.0V少0.2V，可(ke)能是(shi)CAN主控(kong)在CANH和(he)CANL上也(ye)串聯(lian)了電(dian)阻，或(huo)者是(shi)傳輸(shu)導線(xian)、接頭(tou)有一(yi)定的(de)壓降(jiang)導緻(zhi)。

CAN差分(fen)波形(xing)上升(sheng)沿緩(huan)慢說(shuo)明從(cong)CAN主控(kong)到空(kong)調CAN接(jie)口的(de)導線(xian)阻抗(kang)較大(da)。下降(jiang)沿有(you)波形(xing)駐留(liu)，也是(shi)因爲(wei)空調(diao)CAN接口(kou)其位(wei)置是(shi)實際(ji)的終(zhong)端，但(dan)終端(duan)電阻(zu)不在(zai)它上(shang)面，或(huo)者其(qi)位置(zhi)爲較(jiao)長分(fen)支的(de)末端(duan)。

3.實際(ji)接終(zhong)端電(dian)阻位(wei)置的(de)節點(dian)

如圖(tu)8所示(shi)。爲實(shi)際接(jie)了終(zhong)端電(dian)阻的(de)節點(dian)波形(xing)。

圖8 CAN幀(zhen)ID爲0x30E的(de)波形(xing)

對其(qi)做眼(yan)圖如(ru)圖9所(suo)示。

圖(tu)9 CAN幀ID爲(wei)0x30E的眼(yan)圖

分(fen)析：通(tong)過眼(yan)圖看(kan)，其下(xia)降沿(yan)陡峭(qiao)下降(jiang)到0，但(dan)随即(ji)發生(sheng)“地彈(dan)”，說明(ming)其上(shang)面安(an)裝了(le)終端(duan)電阻(zu)，但它(ta)不是(shi)實際(ji)的終(zhong)端，而(er)從實(shi)際終(zhong)端反(fan)射過(guo)來的(de)波導(dao)緻“地(di)彈”。

綜(zong)上所(suo)述

· （1）系(xi)統的(de)CAN波形(xing)存在(zai)比較(jiao)嚴重(zhong)的“地(di)彈”現(xian)象，有(you)導緻(zhi)位錯(cuo)誤的(de)風險(xian)。通過(guo)前面(mian)的分(fen)析，是(shi)由于(yu)阻抗(kang)不連(lian)續導(dao)緻。而(er)産生(sheng)阻抗(kang)不連(lian)續，是(shi)總線(xian)終端(duan)電阻(zu)安裝(zhuang)位置(zhi)錯誤(wu)；

· （2）空調(diao)CAN接口(kou)上串(chuan)聯過(guo)大的(de)電阻(zu)導緻(zhi)分壓(ya)。差分(fen)電壓(ya)幅值(zhi)隻有(you)1.5V，容易(yi)在溫(wen)度變(bian)化、線(xian)路老(lao)化或(huo)者電(dian)壓波(bo)動時(shi)，導緻(zhi)位錯(cuo)誤甚(shen)至通(tong)訊不(bu)上。請(qing)控制(zhi)串聯(lian)電阻(zu)不要(yao)大于(yu)5.1歐；

· （3）傳(chuan)輸導(dao)線或(huo)者接(jie)頭阻(zu)抗過(guo)大。導(dao)緻上(shang)升斜(xie)率過(guo)緩，隻(zhi)有3.55V/us，遠(yuan)低于(yu)16V/us的規(gui)範值(zhi)，容易(yi)在溫(wen)度變(bian)化或(huo)者長(zhang)期運(yun)行時(shi)，導緻(zhi)重同(tong)步失(shi)敗的(de)位錯(cuo)誤或(huo)者CRC校(xiao)驗錯(cuo)誤，甚(shen)至無(wu)法通(tong)訊。請(qing)檢查(cha)傳輸(shu)導線(xian)規格(ge)，與接(jie)頭電(dian)阻，保(bao)證阻(zu)抗小(xiao)于0.02歐(ou)/m（或者(zhe)等效(xiao)爲線(xian)徑爲(wei)1.0mm2以上(shang)的屏(ping)蔽雙(shuang)絞線(xian)）。