汽车CAN总线通信超时故障监测方法研究

2021-08-04黄金山梁亚丽张晓光

汽车电器 2021年7期

关键词：网络拓扑报文总线

黄金山，梁亚丽，刘敏，张晓光

（1.一汽奔腾轿车有限公司电子电气开发部，吉林长春 130012；2.中国第一汽车集团有限公司工程与生产物流部，吉林长春 130012）

1 引言

随着汽车CAN总线技术的快速发展，汽车CAN总线技术已经非常成熟，汽车CAN控制器ECU逐渐增多，CAN ECU之间的信息传递也逐渐增多。对于CAN ECU节点之间的通信需要引入超时故障监测策略，来保障车内CAN通信的及时性和稳定性。

本文基于CAN总线ECU的通信，提出一种汽车CAN ECU的网络超时故障监测策略，保证精确锁定ECU网络超时问题，快速解决网络故障。

2 CAN总线通信原理

CAN总线，是一种基于ISO国际标准化的串行通信总线。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低功耗、低成本的考虑，应用于汽车内各种电子控制系统中，实现准确的数据采集及执行器功能控制。

1986年德国博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。CAN总线通信协议逐渐标准化，逐渐形成并完善了CAN协议ISO 11898及ISO 11519，使得不同开发商的ECU可实现无障碍通信。CAN总线的高性能和高可靠性已被汽车行业所认同，并成为汽车电气系统的主要通信手段。对汽车电气功能的快速发展提供了信息通道保障。

3 CAN ECU网络拓扑

现阶段汽车行业内CAN网络拓扑基本采用单网关（GW）或双网关的多子网网络拓扑结构。如图1所示。

图1 CAN网络拓扑结构

4 CAN ECU网络超时故障

4.1 网络超时故障诊断的开启条件

需要区分ECU是否具有网络睡眠管理能力，如果没有网络睡眠管理能力的ECU，一般要求ECU在满足诊断电压的情况下，在IG上电后等待时间TNetwork后开启诊断监测，以免造成误报网络超时类故障码（DTC）。

对于具有网络睡眠管理能力的ECU，满足网络诊断电压的情况下，可在控制器网络唤醒后等待时间TNetwork后开启网络诊断。

TNetwork的设置可根据整车ECU的初始化时间确定。

4.2 网络超时故障诊断的关闭条件

网络故障诊断需要在以下条件下关闭：①控制器供电电压欠压或过压；②IG线切换成Off状态；③CAN总线关闭。

对于有网络管理的ECU需要在进入等待网络睡眠时关闭网络超时故障的诊断，以免误报DTC。

4.3 网络超时故障的分类

根据ECU监测的目标ECU所处网络位置，可以将网络超时（Timeout）故障分成3类：①同一子网ECU Timeout；②不同子网ECU Timeout；③GW Timeout。

4.4 网络Timeout DTC的设置原则

ECU监测目标ECU通信Timeout的原则如下文。

1）同一子网ECU Timeout

如图1网络拓扑所示，当ECU1在网络诊断开启后，持续监测ECU2的关键报文在TDTCOccure时间内持续丢失，则判断ECU2通信超时，同时记录DTC。

2）不同子网ECU Timeout

对于不同子网的ECU通信需要通过GW进行报文路由，当ECU1在网络诊断开启后，监测ECU3的关键报文在TDTCOccure时间内持续丢失，则ECU1可判断ECU3通信超时，同时记录DTC。

3）GW Timeout

ECU1对GW进行通信超时监测时，只有当经过GW的所有控制器关键报文全部超时，并且GW自身的关键报文也在TDTCOccure时间内持续丢失，才可以判断GW控制器Timeout，并记录DTC。

由于GW负责中转所有跨子网报文的任务，GW控制器Timeout可定义为全局DTC，当全局DTC与单个ECU Timeout条件同时满足时，建议只记录全局DTC，以方便故障位置的锁定。

4.5 ECU关键报文的设置原则

由于ECU在整车CAN网络中接收来自其他ECU的多条报文，接收同一ECU的报文数量也可能为多条，为了实现ECU对目标节点通信的快速监控，可选择关键报文表征总线超时情况进行监测。

关键报文的选取，首先将接收的报文按周期分类，每个周期内选择50%以上的报文作为关键报文，同一周期内ID值小的报文优先选择。例如ECU1共接收ECU2的5条报文，报文信息如表1所示。

表1 ECU1接收ECU2的报文

在ECU1对ECU2进行通信超时监测时，可在5条报文中选取关键报文。根据关键报文选取原则，可在20ms周期的报文中选择ID小的ECU2_1，在100ms周期的报文中选择ID较小的ECU2_3和ECU2_4作为关键报文。ECU在监测关键报文ECU2_1、ECU2_3及ECU2_4持续丢失TDTCOccure的时间，即可判断ECU2通信Timeout。