浅谈商用车网络错误处理规范与应用

杜文龙，彭宏伟，孙鹏

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅谈商用车网络错误处理规范与应用

杜文龙，彭宏伟，孙鹏

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章以总线关闭和报文超时两种主要网络错误为例，阐述了网络系统中的网络错误处理规范，保证了整车网络系统的可靠性，为相关车载网络设计提供一定的参考。

车载网络；错误处理；总线关闭；报文超时

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-172-03

前言

现代社会对商用车的要求不断提高，这些要求包括：极高的主动安全性和被动安全性；乘坐的舒适性；驾驶与使用的便捷和人性化。为匹配这些日益增长的功能需求，商用车的CAN控制器的应用程爆发式增长，随之而来的，是车载CAN网络的电气系统工况越来越复杂。因此，为保证网络的可靠性，主机厂对控制器的CAN网络错误的处理也越来越重视。

在商用车CAN网络设计与应用中，主要的网络错误有总线关闭和报文超时两种状态，本文将从这两方面对CAN网络错误处理规范进行阐述。

1 CAN网络错误概述

1.1 CAN总线

CAN（Controller Area Network）是控制单元（ECU）通过网络进行数据交换的一种通信方式，即控制器局域网络。是国际上应用最广泛的现场总线之一。它具有以下优点：

1）数据传输时的高安全性及可靠性；

2）利用最少的信号线传输多用途的信号，节省成本；

3）节点布置灵活，拓展性好；

4）减少连接插头尺寸即减小控制单元尺寸，增大安装空间，可以降低车辆自重。

1.2 CAN网络错误

随之车载网络系统的复杂程度越来越高，且更多的牵涉到整车安全及舒适性。如果处于故障状态的控制器对网络错误不做处理，将严重影响车辆的驾乘体验。其中有两种常见的网络错误需求在控制器设计之初就需要考虑的。

1）总线关闭 当控制器处于故障状态而一直快速发送错误帧，将必然导致整个网络负载的剧增，导致其他正常的应用报文被仲裁而导致较大的数据传输延迟，整车的状态就无法及时的反映到总线上，形成严重的隐患。这里就需要引入“总线关闭”概念，即Bus-off。处于此状态的ECU不允许在总线上有任何的影响。

2）报文超时 当控制器无法正常发送报文时，该故障应该被维修人员所知晓，且需求该报文的控制器的不应该因为此故障而丧失功能，而是以超时值进行逻辑判断，最大程度的降低该故障的影响。

2 总线关闭故障处理规范

2.1 Bus-off故障

一个ECU的CAN控制器内部的两个8位计数器，取值范围是0～255。如果在发送（或接收）报文的过程中产生错误，TEC（或REC）的数值会增加。如果成功发送（或接收）报文，TEC（或REC）的数值会减少。根据REC与TEC的数值可以界定一个ECU的CAN控制器状态：主动错误、被动错误或总线关闭，进入总线关闭状态即Bus-off故障，状态转换如下图。

图1 CAN节点错误状态图

2.2 Bus-off故障行为

2.2.1 本地故障

网络中所有ECU必须有容错性能：

1）ECU任何内部错误都不能影响总线通信（发送错误帧或者把总线钳位在“显性”状态）；

2）ECU功能不受总线高负载率影响，且不能把ECU置于不安全状态；

3）总线错误帧不能影响ECU内部功能，也不能把ECU置于不安全状态；

4）ECU启动期间，不应干扰其他ECU的正常通信；

2.2.2 全局故障

总线发生以下全局故障时，CAN通信通常会受到干扰。

表1

2.3 Bus-off故障恢复

ECU从Bus-off故障恢复的策略在商用车的应用中常有以下情况：

（1）网络管理节点

进入Bus-off状态后ECU需要立即复位并初始化CAN controller。在TBusoff时间内ECU禁止发送任何CAN报文，但允许接收报文。

在TBusoff时间内节点网络管理应该处于激活状态（如下图所示）。

图2

节点Bus-off的恢复，遵循OSKE直接网络管理节点的Bus-off恢复时间定义（如下图），根据定义恢复时间TBusOff=Terror=1000ms，且恢复后发送的第一条报文为网络管理报文。

图3

（2）非网络管理节点

ECU的CAN控制器内部的两个8位计数器，取值范围是0～255。如果在发送（或接收）报文的过程中产生错误，TEC（或REC）的数值会增加。如果成功发送（或接收）报文，TEC（或REC）的数值会减少。

当总线关闭的条件发生后应采取以下措施：

1）网络从激活状态转变到总线关闭状态；

2）禁止发送任何参数组；

3）CAN 控制器复位，数据链路层清除没有发送的报文。

节点在Bus-off恢复时间，满足上电使能的发送时间要求，即TBusoff= 200ms，发送的第一帧报文可以是任意应用层的参数组。

3 报文超时故障处理规范

3.1 报文超时故障

报文超时，即在规定的时间范围内，接收节点没有收到来自于发送节点的报文。根据报文周期的倍数来定义超时时间是较为合理的。在商用车的实际应用中，常以被监测的报文的10倍发送周期定义为该报文的超时时间，在此时间内没有被接收节点监测到，接收节点应监测到超时故障。

3.2 报文超时故障行为

在详细了解报文超时故障表现前需要先了解初始值和无效值。这两个值是从功能角度定义的，目的是为了规范ECU在非正常工作时发送的报文信号值。

初始值：发送有效值之前发送到总线上的信号值，ECU初始化期间，信号值等于初始值。

无效值：根据需求，发送节点在某些时候发送无效值。当任一功能失效或应用程序不能及时处理时，相关信号值等于无效值。

报文超时后接收节点将相应的SPN设置为在通信矩阵中定义的超时值（无效值或初始值），以保障整车系统可以在可控范围内获得最佳功能选择。

3.3 报文超时故障恢复

故障的恢复条件根据ECU的功能定义进行，可以是接收到任意一条被监测的报文即解除报文超时故障，也可以是连续监测到N个周期的报文后再解除报文超时故障。但为避免各ECU的启动时序不一致，导致的报文超时故障误判断，需增加上电10秒内不监测报文超时故障的规则：

具体应用实例如下：

（1）控制器需求的报文发送电源状态不滞后于本身的，以该控制器的上电后10s为计时起点。

以某车型为例，整车电源状态顺序为蓄电池上电—钥匙OFF—ACC—ON—Start，如TCO需求记录ICM的车速报文丢失，TCO在ACC状态下启动网络，ICM在钥匙OFF下网络已启动，此时TCO只需以自身的ACC上电后10s为报文丢失故障的监测计时起点。

（2）控制器需求报文发送电源状态滞后于本身的，且控制器本身可以确认电源状态的。

以某车型为例，整车电源状态顺序为蓄电池上电—钥匙OFF—ACC—ON—Start，如ICM需求记录TCO的时间报文丢失，TCO在ACC状态下启动网络，ICM在钥匙OFF下网络已启动，但是ICM可以判断ON档状态，此时ICM需以自身的ON上电后10s为报文丢失故障的监测计时起点。

（3）控制器需求报文发送电源状态滞后于本身的，且控制器无法确认电源状态的。

以某车型为例，整车电源状态顺序为蓄电池上电—钥匙OFF—ACC—ON—Start，如MP5需求记录TPMS的胎压报文丢失，MP5在ACC状态下启动网络，TPMS在钥匙ON状态下启动网络，但是MP5本身无法判断ON档状态，此时MP5需以BCM的报文0x18FF0B21的点火开关信号进行电源状态判断，在信号变为ON状态后10s为报文丢失故障的监测计时起点。

4 结束语

车载CAN网络技术是现代汽车电子技术的重要组成部分，是现代车辆信息传输与控制的基础。随着电子技术的发展，以及顾客对安全性、舒适性需求的增加，车辆上的电控单元越来越多，CAN网络拓扑复杂程度也越来越高。为最大程度的保障CAN网络系统的稳定性，降低网络错误对整车系统的影响，对ECU的网络错误处理机制的规范在设计之初就应该被考虑。本文通过对两种常见的网络错误进行了具体的说明，为车载网络的设计提供一定的参考。

[1] 刘春晖,刘宝军.汽车车载网络技术详解[M].机械工业出版社,2015.

[2] OSEK/VDX Network Management Concept and Application Progr-amming Interface, Version 2.5.3, 26th July 2004.

Specification and Application of Network Error Handling on the Heavy Truck

Du Wenlong, Peng Hongwei, Sun Peng
( Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

In this paper, the network error handling specification in network system are illustrated with the examples of bus-off and message timeout. This ensures the reliability of the network system and provides a reference for other vehicles.

Vehicle network; Error handling; Bus-off; Message timeout

U463.6 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-172-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.060

杜文龙，助理工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，从事电器设计工作，研究方向为车载网络技术。