汽車CAN總線通信超時故障監測方法研究

黃金山，梁亞麗，劉 敏，張曉光

（1.一汽奔騰轎車有限公司電子電氣開發部，吉林 長春 130012；2.中國第一汽車集團有限公司工程與生產物流部，吉林 長春 130012）

1 引言

隨著汽車CAN總線技術的快速發展，汽車CAN總線技術已經非常成熟，汽車CAN控制器ECU逐漸增多，CAN ECU之間的信息傳遞也逐漸增多。對于CAN ECU節點之間的通信需要引入超時故障監測策略，來保障車內CAN通信的及時性和穩定性。

本文基于CAN總線ECU的通信，提出一種汽車CAN ECU的網絡超時故障監測策略，保證精確鎖定ECU網絡超時問題，快速解決網絡故障。

2 CAN總線通信原理

CAN總線，是一種基于ISO國際標準化的串行通信總線。在汽車產業中，出于對安全性、舒適性、方便性、低功耗、低成本的考慮，應用于汽車內各種電子控制系統中，實現準確的數據采集及執行器功能控制。

1986年德國博世公司開發出面向汽車的CAN通信協議。CAN總線通信協議逐漸標準化，逐漸形成并完善了CAN協議ISO 11898及ISO 11519，使得不同開發商的ECU可實現無障礙通信。CAN總線的高性能和高可靠性已被汽車行業所認同，并成為汽車電氣系統的主要通信手段。對汽車電氣功能的快速發展提供了信息通道保障。

3 CAN ECU網絡拓撲

現階段汽車行業內CAN網絡拓撲基本采用單網關（GW）或雙網關的多子網網絡拓撲結構。如圖1所示。

圖1 CAN網絡拓撲結構

4 CAN ECU網絡超時故障

4.1 網絡超時故障診斷的開啟條件

需要區分ECU是否具有網絡睡眠管理能力，如果沒有網絡睡眠管理能力的ECU，一般要求ECU在滿足診斷電壓的情況下，在IG上電后等待時間TNetwork后開啟診斷監測，以免造成誤報網絡超時類故障碼（DTC）。

對于具有網絡睡眠管理能力的ECU，滿足網絡診斷電壓的情況下，可在控制器網絡喚醒后等待時間TNetwork后開啟網絡診斷。

TNetwork的設置可根據整車ECU的初始化時間確定。

4.2 網絡超時故障診斷的關閉條件

網絡故障診斷需要在以下條件下關閉：①控制器供電電壓欠壓或過壓；②IG線切換成Off狀態；③CAN總線關閉。

對于有網絡管理的ECU需要在進入等待網絡睡眠時關閉網絡超時故障的診斷，以免誤報DTC。

4.3 網絡超時故障的分類

根據ECU監測的目標ECU所處網絡位置，可以將網絡超時（Timeout）故障分成3類：①同一子網ECU Timeout；②不同子網ECU Timeout；③GW Timeout。

4.4 網絡Timeout DTC的設置原則

ECU監測目標ECU通信Timeout的原則如下文。

1）同一子網ECU Timeout

如圖1網絡拓撲所示，當ECU1在網絡診斷開啟后，持續監測ECU2的關鍵報文在TDTCOccure時間內持續丟失，則判斷ECU2通信超時，同時記錄DTC。

2）不同子網ECU Timeout

對于不同子網的ECU通信需要通過GW進行報文路由，當ECU1在網絡診斷開啟后，監測ECU3的關鍵報文在TDTCOccure時間內持續丟失，則ECU1可判斷ECU3通信超時，同時記錄DTC。

3）GW Timeout

ECU1對GW進行通信超時監測時，只有當經過GW的所有控制器關鍵報文全部超時，并且GW自身的關鍵報文也在TDTCOccure時間內持續丟失，才可以判斷GW控制器Timeout，并記錄DTC。

由于GW負責中轉所有跨子網報文的任務，GW控制器Timeout可定義為全局DTC，當全局DTC與單個ECU Timeout條件同時滿足時，建議只記錄全局DTC，以方便故障位置的鎖定。

4.5 ECU關鍵報文的設置原則

由于ECU在整車CAN網絡中接收來自其他ECU的多條報文，接收同一ECU的報文數量也可能為多條，為了實現ECU對目標節點通信的快速監控，可選擇關鍵報文表征總線超時情況進行監測。

關鍵報文的選取，首先將接收的報文按周期分類，每個周期內選擇50%以上的報文作為關鍵報文，同一周期內ID值小的報文優先選擇。例如ECU1共接收ECU2的5條報文，報文信息如表1所示。

表1 ECU1接收ECU2的報文

在ECU1對ECU2進行通信超時監測時，可在5條報文中選取關鍵報文。根據關鍵報文選取原則，可在20ms周期的報文中選擇ID小的ECU2_1，在100ms周期的報文中選擇ID較小的ECU2_3和ECU2_4作為關鍵報文。ECU在監測關鍵報文ECU2_1、ECU2_3及ECU2_4持續丟失TDTCOccure的時間，即可判斷ECU2通信Timeout。

4.6 監測時間TDTCOccure設置原則

ECU1對于ECU2的通信超時監測，是對選取的ECU2關鍵報文進行監測，在連續周期TDTCOccure內未接收到ECU2的關鍵報文，則可以判定ECU2通信Timeout，時間參數TDTCOccure的選取可參考表2。

表2 關鍵報文的監測時間推薦值

5 結束語

通過對汽車CAN ECU網路節點的通信超時監測策略研究，提出了一種ECU網絡通信超時故障監測方法，通過此方法可以實現快速鎖定ECU之間的通信超時故障，為ECU開發及售后電氣故障維修提供了依據，并提高了解決ECU功能失效故障的效率。