汽车防抱死制动系统CAN报文通信信号对称性分析

成 俊，丁 健，周 涛

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

随着汽车领域相关技术的日益完善，人们对整车的性能要求越来越高。各类电子电气的智能融合以及车载网联的应用，使得汽车整体上不再是简单的交通或运输工具，而是与人及整个外界不断交互的融合体。正是这种新兴载体的不断发展，使得汽车对各类车载控制器 （ECU）的性能可靠性及稳定性要求愈加严格。当前，CAN总线技术广泛应用于商用车及乘用车，涉及汽车数据采集、汽车控制策略等领域［1-3］。为保证整车性能的稳定可靠，整车厂需要对供应商所提供的各类ECU进行重复测试验证，包括单节点ECU的网络通信测试、网络诊断测试、HIL（Hardware-in-the-loop）功能测试等。其中，单节点ECU网络通信测试是最基础的一环，涉及物理层、数据链路层及交互层等，其主要目的是检测待测件是否存在通信异常，如丢失数据帧、信号过度延迟［4-5］、无法正常收发报文等。网络通信的测试结果在一定程度上影响着HIL功能测试过程。宏观上，其直接决定着整车的性能可靠性、稳定性以及安全性。

当前，不论是整车厂或是零部件供应商，主要通过示波器或网络自动化机柜来进行ECU的网络通信测试，而受硬件设备测试精度、CAN收发器外围信号干扰、信号滤波过程、待测件自身特性以及测试方法等因素影响，这两种测试方法难免会出现一定的测试偏差，而较严重的信号对称性偏差会导致通信错误，甚至直接影响整车的性能可靠性［6］。本文以某型号汽车防抱死制动系统ABS CAN报文信号对称性测试为背景，分别采用示波器手测方式及网络自动化机柜来测试CAN报文通信信号对称性，并对两种方法得到的信号对称性进行偏差分析，通过信号对称性偏差分析，指出了两种测试方法的利弊，同时给出了示波器手测方式的部分测试建议，为后续其它待测件的测试过程提供一定的参考，以便于整车待测件测试过程的顺利进行。

1 问题描述

在ABS报文信号对称性测试过程中，受测试方法及测试环境影响，待测件通信信号对称性会出现不同程度的偏差。这类偏差一方面会影响ECU的测试通过率，另一方面还会影响ECU的通信过程，如出现错误帧、报文丢失等严重情形。

针对上述问题，需要采用合理的方法，对ECU网络通信信号对称性进行准确测试。手动测试过程中，由于待测件周围环境干扰较大，如多线路电磁干扰等，再加上信号滤波强弱程度的不同，信号对称性手动通信测试存在一定的局限性。但在一定的工况下，手动测试又具有测试便捷、测试稳定性强等特点，且能根据具体问题进行详细的分析排查。对于信号对称性自动化通信测试，受实验条件、测试成本、硬件集成稳定性等因素影响，ECU信号对称性测试过程也存在一定的误差。其中，硬件集成的稳定性直接决定ECU信号通信的测试结果，这就要求在脚本编写过程中，需要将各硬件（如示波器、板卡等）有效合理地关联在一起，这也是当前信号对称性自动化通信测试过程中亟待解决的问题。但总体而言，ECU信号对称性自动化通信测试过程所具有的高效性、抗扰性强、测试偏差小等优势，使其具有一定的发展前景。

2 信号对称性评价标准

图1所示为通信过程中CAN报文共模峰峰间电压示意图。ABS信号对称性通信测试需满足SAE J1939标准中有关物理层的相关规范［7］，ABS信号对称性通信测试评价标准为：①在位时间的前半部分，信号电压应在81%~150%的位结束电压值的范围内；②在位时间的后半部分，信号电压应在95%~105%的位结束电压值的范围内［8］。共模峰峰间电压及电压步长测试值域见表1。

图1 CAN报文共模峰峰间电压

表1 共模峰峰间电压及电压步长测试值域

3 CAN报文通信测试实验分析

如图2所示，为某型号ABS及其接插件，分别采用Tektronix示波器及网络自动化测试机柜对单节点ABS进行CAN报文通信信号对称性测试，测试项包括共模峰峰间电压及共模电压步长，并针对ABS报文信号对称性进行简要分析。

如图3所示，首先采用示波器手测方法，按照电路图连接好实验设备。依照测试规定有序打开实验设备，然后调节示波器测试按钮进行单帧报文的采集，使用示波器测量ABS发送的CAN报文中任一隐性变显性位的物理波形，在隐性变显性时不对称引起的共模电压与显性变隐性时的共模电压步长VCM （STEP）所引起的共模电压的差值VCM （PP）。

图2 某型号防抱死制动系统

图3 示波器测试下单帧报文测试图

如图4所示，调节示波器图形位置及缩放按钮，将单帧报文解析为某一位的实际测试图。同时，调节示波器运算按钮，进行共模峰峰间电压设置 （也即CAN_H、CAN_L求和运算），将运算结果缩放至合适位置，如图5所示。最后，移动示波器左右光标进行数据采集。

图4 示波器测试下报文某一位测试图

图5 共模峰峰间电压测试图

在完成ABS报文信号共模间峰峰电压数据采集后，将示波器图像调节至合适位置，利用左右光标，针对某一位报文信号，分别截取一段报文显性位及两侧隐性位的报文信息，测试过程如图6、图7、图8所示，最后完成每段报文对应的数据分析与处理。实验设备其它相关参数详见表2。

表2 实验设备其它相关参数

图6 共模电压步长测试图a

图7 共模电压步长测试图b

图8 共模电压步长测试图c

表3为报文信号对称性误差分析。由表3分析可知，分别利用示波器手动测试及网络自动化测试机柜得到的ABS报文信号对称性存在一定差异，该差异受外界信号源电磁干扰、外接电路方式 （如非双绞线）等扰动影响较大。示波器手动测试所得到的共模电压步长与自动化测试的结果比较接近，平均偏差都维持在20mV左右，但网络自动化测试所得到的共模间峰峰电压平均偏差要比手动测试偏差小43%。在测试成本允许的条件下，考虑到测试的精确性及稳定性等方面，ECU信号对称性网络自动化测试具有一定的优势。在测试成本可控的条件下，考虑到测试环境及灵活性，在ECU信号对称性手动测试也能满足测试需求时，可优先选择手动测试方法。

表3 报文信号对称性误差分析

在手动测试ECU报文收发过程中，应尽可能关闭或移除不必要的通电线路，且必要时可以添加滤波装置，以实现电源电压的稳定输出，从而最大程度上减小外界电路对通信测试过程的影响。