基于零部件的CAN网络测试研究

陆祖委

摘 要：随着汽车电气化、智能化、网联化程度的提高，整车电器架构越来越复杂，对车载CAN网络的可靠性、稳定性都提出了更高的要求， CAN网络测试在车型开发中扮演的角色也越来越重要。本文基于单零部件的CAN网络测试，对采用J1939协议的商用车24V电器零部件CAN网络主要测试内容及测试方法深入讨论，并对CAN网络测试的未来发展趋势作简单分析，以供参考。

关键词：汽车电器 车载通讯 CAN网络测试

Research on Component-based CAN Network Testing

Lu Zuwei

Abstract：With the improvement of vehicle electrification， intelligence and networking， the electrical architecture of the whole vehicle is becoming more and more complex， which puts forward higher requirements for the reliability and stability of the on-board CAN network， and the role of CAN network testing in model development is becoming more and more important. Based on the CAN network test of single components， this paper discusses the main test content and test methods of CAN network for 24V electrical parts of commercial vehicles using J1939 protocol， and briefly analyzes the future development trend of CAN network testing for reference.

Key words：automotive electrical appliances， telematics， CAN network test

1 前言

整车电器功能的实现往往需要多个以上的电器系统交互实现，目前车载CAN网络已被广泛应用于车载通讯，CAN网络的稳定性是功能可靠实现的基础。在零部件开发过程中同步开展CAN网络测试，提前发现不符合要求的参数指标并进行整改，可以有效降低整车电器故障的发生概率。

2 物理层的测试

2.1 欠电压/过电压测试

整车蓄电池在用车过程中处于波动状态，在馈电状态下往往能降到20V以下，车辆启动对其充电时或满电时，能达到28V以上，这对零部件CAN网络的电压适应性提出了一定要求。通常需要确保在18V-32V电压范围内，CAN网络依然能正常通讯。另外，涉及与发动机启动相关的CAN节点，需要能适应更低的电压。这是因为在发动机启动过程中，蓄电池电压会被启动电机拉低，降幅可达10V以上。测试过程中，可将零部件按标称电压24V供电，缓慢调节电压降低或升高，同時使用CAN总线测试设备监测其发送报文，确认在设计电压范围内CAN网络无异常，不出现错误帧、丢帧等情况。

2.2 显性位/隐性位电压测试

CAN电压正确输出是接收节点识别其逻辑电平的基础，若CAN电压幅值超出允许范围，接收节点将误判为接收到的逻辑电平为翻转，在校验时收发逻辑电平不一致，导致CAN网络出现错误帧并最终造成CAN网络关闭。测试过程中，使用示波器分别测试显性位、隐性位的CAN_H、CAN_L、CAN_diff电压，核对是否处于允许范围内。CAN收发器驱动CAN电压的能力可能会受到供电电压的影响，故除了在标称电压24V下开展测试外，也需要对欠电压、过电压的情况进行测试，如在18V、32V。如下是24V工作电压下EMS的显性位/隐性位电压测试结果：

2.3 上升沿/下降沿时间测试

CAN电压的上升沿时间、下降沿时间指的分别是CAN_diff电压波形从发送隐性位电压转变为显性位电压、从发送显性位电压转变为隐性位电压时10%-90%的电压区间对应的持续时间。上升沿时间、下降沿时间过大将导致接收节点采样错误，造成接收节点判断逻辑电平错误；上升沿时间、下降沿时间过小将导致零部件EMC辐射发射超标，故需要将上升沿时间、下降沿时间限定在合理范围内。使用CAN示波器捕捉CAN节点发送任意报文的CAN_diff电压波形，分别截取上升、下降电压波形幅值的10%-90%，此区间经历的时间即为上升沿/下降沿时间。如下为某零部件CAN电压上升沿时间，为166ns。

2.4 位时间测试

位时间指的是总线上传输一个位所经历的时间，为CAN波特率的倒数，以500kbps波特率为例，其标称位时间为2000ns。位时间超出范围时，总线位定时与同步将发生错误，导致CAN网络故障。测试时，使用示波器测量DUT所发送的任意帧报文的CAN_diff波形，计算该报文中所有位发送所经历的时间，最终计算出平均值，即可得到位时间。

2.5 采样点测试

采样点是接收节点判断逻辑电平的位置。在多个CAN节点组网时，各节点的采样点应尽量保持一致，若任意一个节点的采样点出现较大偏差时，可能会导致同样的采样频率出现采样错误，从而出现网络故障。发送一个位所经历的时间，依据晶振频率的不同，被划分为多个相等数量的时间份额Tq，数量通常为8～25之间。测试过程中，选定 DUT发送报文的某一位，使用CANstress依次从此位末端往前、分别逐一对其Tq对应的电平进行干扰，使其调整为翻转电平，当干扰至采样点所在的Tq时，CAN网络将错误帧，此Tq在一个位时间的位置所占百分比即为采样点，通常要求采样点在75%～87.5%之间。如图3所示，被测CAN节点的发送位时间因晶振频率固有属性分为16Tq，在对序号为13Tq的CAN电压进行干扰时出现错误帧，经计算可知其采样点为13/16=81.25%。

2.6 终端电阻测试

CAN协议规定了CAN网段的电阻是60Ω，通常将终端电阻内置于CAN总线两个最远端的CAN节点中（称为终端节点），各为120Ω，并联后即满足总线电阻为60Ω的要求。对于非终端节点，通常要求其CAN_H与CAN_L之间的电阻大于13kΩ，以确保其不会拉低CAN总线的电阻。测试时，需要将DUT供电断开，使用万用表测量CAN_H与CAN_L之间的电阻，依据其是否为终端节点，判断DUT的电阻是否满足要求。

3 数据链路层测试

3.1 数据帧结构测试

1939协议中对数据帧结构作了明确定义，如帧起始位（SOF）、仲裁场（Arbitration Field）、控制场（Control Field）、数据场（Data Field）、CRC场、应答场（Ack Field）、帧结束位（EOF）等，DUT应正确发送。使用CAN示波器获取CAN电压波形监测DUT发送CAN报文，将所有CAN报文的数据帧结构逐个位与1939协议进行逐一核对，确保数据帧结构发送正确。

3.2 报文DLC测试

DUT系统通讯矩阵定义了DUT中所有报文的DLC，即数据长度，测试时，使用CAN测试工具监测DUT发送报文，核对各报文DLC是否与系统通讯矩阵定义一致。

3.3 传输协议测试

单帧CAN报文的数据长度最大为8个字节，当需要传输的报文数据长度超过8个字节时，需要依据传输协议相关定义发送。发送节点、接收节点在经过对数据的打包和重组后，即可得到原报文的数据内容。目前，行业内在传输协议上的应用，主要采用TP.CM_BAM报文、TP.DT报文以全局广播的方式发送。传输协议的测试主要涉及TP.CM_BAM报文帧格式、TP.DT报文帧格式、及全局广播定时测试。测试时，依据DUT的故障触发逻辑制造两个以上的故障，如此DUT发送的DM1报文中包含两个故障码，数据长度将超过8个字节，DUT会通过TP.CM_BAM报文、TP.DT报文发送DM1故障码，使用CAN测试工具监测TP.CM_BAM报文、TP.DT报文，得到帧格式、定时参数，再确认是否满足设计要求。

4 交互层测试

4.1 周期型报文测试

此项测试目的是为了确认DUT发送的Cycle类型报文发送周期是否稳定。将DUT上电待网络稳定后，使用CAN测试工具持续监测DUT发送的Cycle类型报文1min以上，计算出发送周期的平均值、最小值、最大值，通常要求发送周期偏差不超过±10%。

4.2 事件型报文测试

此项测试目的是为了确认DUT发送的Event类型报文重复发送次数、间隔时间是否符合要求。将DUT上电待网络稳定后，依据Event类型报文的发送逻辑触发此类型报文的发送，使用CAN测试工具监測DUT发送的事件型报文，通常要求此类型报文触发后重复次数为3，间隔时间为50ms。

4.3 不同报文的延迟时间测试

为避免总线负载率的突变，要求同一CAN节点发送的不同报文有一定的时间间隔。使用CAN测试工具持续监测DUT发送的所有报文1min以上，计算出不同报文之间的最小发送间隔时间，此间隔时间即为不同报文的延迟时间，通常要求大于2ms。

5 CAN网络测试的未来发展趋势

随着整车电器功能的增加，电器架构也越来越复杂，整车可靠性路试、售后反馈偶发严重低频率问题也随之增多，此类故障往往无规律可循，这对整车CAN网络的稳定性提出了更高的要求。由此，传统单个CAN节点的网络测试已无法满足验证需求。目前行业内多家整车企业已引入CAN网络集成测试机柜，将整车所有CAN节点按整车网络拓扑搭载于此机柜，更好地模拟了整车的通讯环境，并且采用自动化测试，能更有效地发现CAN网络在稳定性、可靠性方面的问题，CAN网络集成测试机柜将成为零部件CAN网络测试、整车网络测试的有效补充。

6 结束语

CAN网络各项指标的符合性、稳定性是汽车电器功能可靠实现的基础，整车厂、各级供应商均应对CAN网络测试引起足够重视。尤其是整车厂，加大测试设备投资、完善测试体系、提高测试技术、引入技术型人才，全方位提升CAN网络测试水平，对汽车产品综合竞争力的提升具有重要意义。

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