汽車防抱死制動系統CAN報文通信信號對稱性分析

成 俊，丁 健，周 濤

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

隨著汽車領域相關技術的日益完善，人們對整車的性能要求越來越高。各類電子電氣的智能融合以及車載網聯的應用，使得汽車整體上不再是簡單的交通或運輸工具，而是與人及整個外界不斷交互的融合體。正是這種新興載體的不斷發展，使得汽車對各類車載控制器 （ECU）的性能可靠性及穩定性要求愈加嚴格。當前，CAN總線技術廣泛應用于商用車及乘用車，涉及汽車數據采集、汽車控制策略等領域［1-3］。為保證整車性能的穩定可靠，整車廠需要對供應商所提供的各類ECU進行重復測試驗證，包括單節點ECU的網絡通信測試、網絡診斷測試、HIL（Hardware-in-the-loop）功能測試等。其中，單節點ECU網絡通信測試是最基礎的一環，涉及物理層、數據鏈路層及交互層等，其主要目的是檢測待測件是否存在通信異常，如丟失數據幀、信號過度延遲［4-5］、無法正常收發報文等。網絡通信的測試結果在一定程度上影響著HIL功能測試過程。宏觀上，其直接決定著整車的性能可靠性、穩定性以及安全性。

當前，不論是整車廠或是零部件供應商，主要通過示波器或網絡自動化機柜來進行ECU的網絡通信測試，而受硬件設備測試精度、CAN收發器外圍信號干擾、信號濾波過程、待測件自身特性以及測試方法等因素影響，這兩種測試方法難免會出現一定的測試偏差，而較嚴重的信號對稱性偏差會導致通信錯誤，甚至直接影響整車的性能可靠性［6］。本文以某型號汽車防抱死制動系統ABS CAN報文信號對稱性測試為背景，分別采用示波器手測方式及網絡自動化機柜來測試CAN報文通信信號對稱性，并對兩種方法得到的信號對稱性進行偏差分析，通過信號對稱性偏差分析，指出了兩種測試方法的利弊，同時給出了示波器手測方式的部分測試建議，為后續其它待測件的測試過程提供一定的參考，以便于整車待測件測試過程的順利進行。

1 問題描述

在ABS報文信號對稱性測試過程中，受測試方法及測試環境影響，待測件通信信號對稱性會出現不同程度的偏差。這類偏差一方面會影響ECU的測試通過率，另一方面還會影響ECU的通信過程，如出現錯誤幀、報文丟失等嚴重情形。

針對上述問題，需要采用合理的方法，對ECU網絡通信信號對稱性進行準確測試。手動測試過程中，由于待測件周圍環境干擾較大，如多線路電磁干擾等，再加上信號濾波強弱程度的不同，信號對稱性手動通信測試存在一定的局限性。但在一定的工況下，手動測試又具有測試便捷、測試穩定性強等特點，且能根據具體問題進行詳細的分析排查。對于信號對稱性自動化通信測試，受實驗條件、測試成本、硬件集成穩定性等因素影響，ECU信號對稱性測試過程也存在一定的誤差。其中，硬件集成的穩定性直接決定ECU信號通信的測試結果，這就要求在腳本編寫過程中，需要將各硬件（如示波器、板卡等）有效合理地關聯在一起，這也是當前信號對稱性自動化通信測試過程中亟待解決的問題。但總體而言，ECU信號對稱性自動化通信測試過程所具有的高效性、抗擾性強、測試偏差小等優勢，使其具有一定的發展前景。

2 信號對稱性評價標準

圖1所示為通信過程中CAN報文共模峰峰間電壓示意圖。ABS信號對稱性通信測試需滿足SAE J1939標準中有關物理層的相關規范［7］，ABS信號對稱性通信測試評價標準為：①在位時間的前半部分，信號電壓應在81%~150%的位結束電壓值的范圍內；②在位時間的后半部分，信號電壓應在95%~105%的位結束電壓值的范圍內［8］。共模峰峰間電壓及電壓步長測試值域見表1。

圖1 CAN報文共模峰峰間電壓

表1 共模峰峰間電壓及電壓步長測試值域

3 CAN報文通信測試實驗分析

如圖2所示，為某型號ABS及其接插件，分別采用Tektronix示波器及網絡自動化測試機柜對單節點ABS進行CAN報文通信信號對稱性測試，測試項包括共模峰峰間電壓及共模電壓步長，并針對ABS報文信號對稱性進行簡要分析。

如圖3所示，首先采用示波器手測方法，按照電路圖連接好實驗設備。依照測試規定有序打開實驗設備，然后調節示波器測試按鈕進行單幀報文的采集，使用示波器測量ABS發送的CAN報文中任一隱性變顯性位的物理波形，在隱性變顯性時不對稱引起的共模電壓與顯性變隱性時的共模電壓步長VCM （STEP）所引起的共模電壓的差值VCM （PP）。

圖2 某型號防抱死制動系統

圖3 示波器測試下單幀報文測試圖

如圖4所示，調節示波器圖形位置及縮放按鈕，將單幀報文解析為某一位的實際測試圖。同時，調節示波器運算按鈕，進行共模峰峰間電壓設置 （也即CAN_H、CAN_L求和運算），將運算結果縮放至合適位置，如圖5所示。最后，移動示波器左右光標進行數據采集。

圖4 示波器測試下報文某一位測試圖

圖5 共模峰峰間電壓測試圖

在完成ABS報文信號共模間峰峰電壓數據采集后，將示波器圖像調節至合適位置，利用左右光標，針對某一位報文信號，分別截取一段報文顯性位及兩側隱性位的報文信息，測試過程如圖6、圖7、圖8所示，最后完成每段報文對應的數據分析與處理。實驗設備其它相關參數詳見表2。

表2 實驗設備其它相關參數

圖6 共模電壓步長測試圖a

圖7 共模電壓步長測試圖b

圖8 共模電壓步長測試圖c

表3為報文信號對稱性誤差分析。由表3分析可知，分別利用示波器手動測試及網絡自動化測試機柜得到的ABS報文信號對稱性存在一定差異，該差異受外界信號源電磁干擾、外接電路方式 （如非雙絞線）等擾動影響較大。示波器手動測試所得到的共模電壓步長與自動化測試的結果比較接近，平均偏差都維持在20mV左右，但網絡自動化測試所得到的共模間峰峰電壓平均偏差要比手動測試偏差小43%。在測試成本允許的條件下，考慮到測試的精確性及穩定性等方面，ECU信號對稱性網絡自動化測試具有一定的優勢。在測試成本可控的條件下，考慮到測試環境及靈活性，在ECU信號對稱性手動測試也能滿足測試需求時，可優先選擇手動測試方法。

表3 報文信號對稱性誤差分析

在手動測試ECU報文收發過程中，應盡可能關閉或移除不必要的通電線路，且必要時可以添加濾波裝置，以實現電源電壓的穩定輸出，從而最大程度上減小外界電路對通信測試過程的影響。