CN109738722B - 一种基于can总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，属于车辆和电磁兼容技术领域。其技术方案为：一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，包括以下步骤：S1：通过CAN总线数据采集设备进行数据采集和分析；S2：节点电磁兼容性能分析；节点电磁兼容性能分析；S3：示波器测量数据分析；S4：依据出现错误帧节点的功能或逻辑进行CAN故障分析；S5：干扰源和干扰路径分析。本发明的有益效果为：本发明能够提高定位车辆内部对CAN总线产生干扰的干扰源和干扰路径的效率，缩短了车辆电磁兼容问题定位及分析的时间，并保证了干扰源定位的准确性。

Description

一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法。

背景技术

在车辆动力性、经济性、舒适性、安全性、降低污染物排放水平等方面提升的同时，越来越多的电子零部件应用于车辆，导致车辆内部的电磁兼容环境越来越复杂，尤其是混合动力、燃料电池和纯电动车辆内部除了具有12/24V低压电子部件外，还安装了高达几百伏特的高压电子部件，导致车辆电磁环境更加恶劣，高压电子部件对低压电子部件产生严重电磁干扰导致低压电子部件不能正常工作的情况时有发生。

在车辆遇到电磁兼容问题时，通常会将出现问题的部件送样至汽车电子零部件电磁兼容实验室进行测试，然后通过测试的数据进行电磁兼容问题分析及三要素定位，这样不但使车辆的研发周期延长，而且由于电磁兼容实验室测试昂贵的价格导致研发成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用常规的CAN总线数据测量设备、示波器、频谱分析仪进行车辆在线测量分析，有效的降低了工作成本和缩短了工作周期的CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法。

本发明是通过如下措施实现的：一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，包括以下步骤：

步骤一：采用CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位，通过CAN数据采集设备进行数据采集，如果不是错误帧过多导致节点丢失并且该节点存在满足条件下允许其自动停发数据，则判断该条件是否已成立，成立则通过车辆和该节点的功能或逻辑进行CAN故障分析，否则需进行电磁兼容分析；如果不允许节点停发数据且该节点丢失，则进行电磁兼容分析；如果存在错误帧或过多错误帧导致节点丢失，则通过CAN总线的示波器测量数据进行分析是否由电磁干扰导致，是则进行干扰源和干扰路径分析，否则通过车辆和该节点的功能或逻辑进行CAN故障分析；

步骤二：将CAN数据采集设备接入车辆CAN网络，并将该CAN网络上的各节点唤醒并查看数据，排除由于波特率不一致、CAN物理线束连接不良、缺少匹配电阻等原因导致的CAN通讯故障；

步骤三：在车辆正常操作情况下，有CAN节点在非错误帧过多，并且该节点在工作正常条件下不允许停发数据的情况下突然丢失，需要对该节点电磁兼容性能进行分析，并根据分析结果制定整改方案，如果是节点工作状态变化时出现节点丢失，则重点分析节点自身的电磁兼容性能，包括控制板与内部干扰源的物理布局位置及地连接、MCU的I/O口是否受到干扰、是否有具有干扰的线缆在MCU近处等情况进行分析，并借助频谱分析仪和近处探头验证分析结果；否则重点分析该节点所处环境的电磁兼容特征，根据节点丢失时间前后车辆工作状态的变化确定可能存在的干扰源零部件，对潜在的干扰源部件的电气特征、与丢失节点的连接方式、与丢失节点及其线束的物理距离进行分析，并通过频谱分析仪和近场探头对分析结果逐步确认以确定主要干扰源，通过频谱仪数据及数据变化规律分析出干扰信号的特征及干扰路径；

步骤四：在车辆正常操作情况下，CAN总线有错误帧甚至错误帧过多导致一个或多个节点丢失时，需要对CAN网络信号质量进行分析；如果是某个节点发送错误帧过多导致其他节点丢失，则分析该发送节点的功能或逻辑故障；否则该网络确定受到了电磁干扰；将CAN_H(高电平传输线)、CAN地(CAN总线参考接地点)和CAN_L(低电平传输线)、CAN地分别通过差分探头连接至示波器，测量V_{CAN_H}(CAN_H对CAN地电压)和V_{CAN_L}(CAN_L对CAN地电压)，并通过示波器的通道相减计算或另一路差分探头测量获得差分电压V_diff＝V_{CAN_H}-V_{CAN_L}，分别定义V_diff在位时间t_B的采样点时间T_{B_sampling}∈[t_B×75％,t_B×82％]的电压V_{diff_sampling}、CAN总线网络要求的隐性位最小电压为V_{diff_r_min}、CAN总线网络要求的隐性位最大电压为V_{diff_r_max}、CAN总线网络要求的显性位最小电压为V_{diff_d_min}、CAN总线网络要求的显性位最大电压为V_{diff_d_max}，如果总线为隐性状态V_{diff_sampling}∈(V_{diff_r_min},V_{diff_r_max})时同时总线为显性状态V_{diff_sampling}∈(V_{diff_d_min},V_{diff_d_max})时总线数据正常，否则CAN总线网络受到了电磁干扰；

步骤五：分析V_{CAN_H}和V_{CAN_L}数据，分别定位电压波动一致的相邻两次峰峰值时间间隔T_{interference_n},则干扰源频率分别为

其中interference_n为干扰源1...n,同理分析V_diff导致总线数据受到干扰的各干扰源频率,即为导致总线故障的干扰源频率,其余的为潜在干扰源频率；

步骤六：根据各干扰源频率、车载各零部件的开关电路频率及频谱仪测量信号，通过采用停止工作、切断供电电源等排除法方式对各干扰源进行确认，并依据各干扰源与车架的连接方式、其线束距CAN总线的物理距离等方面确认干扰路径。

为了更好的实现上述发明目的，本发明提供一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，包括以下步骤：

S1：通过CAN总线数据采集设备进行数据采集和分析；

S2：丢失的节点电磁兼容性能分析；

S3：示波器测量数据分析；

S4：依据出现错误帧节点的功能或逻辑进行CAN故障分析；

S5：干扰源和干扰路径分析。

所述步骤S1中，通过CAN总线数据采集设备进行数据采集和分析的具体步骤如下：

(1)CAN总线数据采集设备采集CAN网络数据，并排除各节点波特率不一致、线束连接不良、匹配电阻不适导致的CAN总线故障；

(2)非错误帧过多导致并且没有任何条件会使节点停发数据情况下节点丢失，执行步骤S2，非错误帧过多导致并且满足某一个或多个条件会使节点停发数据情况下节点丢失，执行步骤S4；

(3)如果有错误帧或错误帧过多导致节点丢失，执行步骤S3。

所述步骤S2中，丢失的节点电磁兼容性能分析具体步骤如下：

(1)如果节点在自身工作状态变化，高压电路的电压变化率大于每伏特1毫秒或电流变化率大于每安培1毫秒时，高压电路对低压电路产生干扰，使得低压电路不能够正常运行，导致该节点丢失，则重点分析其主控板电路是否受到干扰导致；否则，执行本步骤S2；

(2)对节点丢失前后车辆工作状态进行分析；

(3)车辆工作状态变化前后，高压电路的电压变化率大于每伏特1毫秒或电流变化率大于每安培1毫秒的其他零部件定义为对该节点存在干扰的电子零部件；

(4)使用示波器分析所有存在干扰的电子零部件在节点丢失瞬间的电路干扰频率，示波器所测量连续多次波形完全一致的信号，即周期性干扰信号，读取相邻周期性信号之间的间隔时间，对该间隔时间取倒数即为其电路的干扰频率；

(5)查看所有可能成为干扰源的电子零部件是否通过连接器与该节点直接连接，或其线束与该节点的线束直接捆扎在一起，对于存在上述现象的零部件作为重点分析对象；

(6)使用频谱分析仪和近场探头通过排除法对这些成为干扰源的电子零部件进行排查并确定干扰源；

(7)依据排查后的结果并结合频谱分析仪数据确认干扰路径。

所述步骤S3中，丢失的节点电磁兼容性能分析具体步骤为：

(1)分别测量CAN_H对CAN地、CAN_L对CAN地电压信号，以确定CAN_H和CAN_L信号线是否受到干扰，如果测量结果符合标准ISO 11898-1-2003道路车辆-控制器局域网络-数据链路层和物理信号，则CAN总线未受干扰，步骤S3结束；否则，继续执行步骤S3；

(2)观察CAN_H和CAN_L上出现的周期性干扰信号，通过示波器测量读取相邻周期性信号之间的间隔时间，并对该间隔时间取倒数以确定其干扰频率；

(3)根据车辆工作状态分析CAN_H和CAN_L上出现的非周期性干扰信号，确认产生干扰的电子零部件；

(4)计算差分信号V_diff＝V_{CAN_H}-V_{CAN_L}；如果显/隐性电平转换时的振铃导致位采样点的超出正常范围，则调整匹配电阻；

(5)通过差分数据分析，将影响差分数据信号质量的干扰源确定为对CAN网络数据产生了干扰的干扰源，其他的为潜在的干扰源。

所述步骤S4中，依据出现错误帧节点的功能或逻辑进行CAN故障分析的具体步骤如下：

(1)将该节点从CAN网络中拔出，单独测量分析该节点CAN物理电平信号；

(2)采集报文数据并分析该节点CAN发送程序是否异常。

所述步骤S5中，根据周期性干扰信号确定干扰源频率的具体步骤如下：

(1)根据周期性干扰信号确定干扰源频率；

(2)依据车辆工作状态确定突发的干扰源；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)结果参考各电子零部件电磁兼容测试报告进行分析，确定可能的干扰源；

(4)通过测量或计算的差分电平区分潜在干扰源和对CAN数据已产生影响的干扰源；

(5)根据产生干扰的电子零部件及线束与CAN总线线束的物理连接方式及物理距离，结合通过频谱分析仪数据分析和确定干扰路径。

本发明的有益效果为：本发明提出了基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，根据CAN总线数据测量设备、示波器和频谱分析仪的数据并将三者有效结合，对车辆电磁干扰源和干扰路径进行分析和定位，从而有效的提高车辆电磁兼容问题的分析效率，并最大限度的保证了干扰源和干扰路径的准确性；有效的提高了定位车辆内部对CAN总线产生干扰的干扰源和干扰路径的效率，缩短了车辆电磁兼容问题定位及分析的时间，并保证了干扰源定位的准确性，该方法同样适用于车辆进行公告测试的电磁兼容性能整改分析。

附图说明

图1为本发明示通过CAN数据分析车辆内电磁干扰源和干扰路径整体流程图。

图2为本发明示波器数据测量连接示意图。

图3为本发明示波器数据分析流程图。

图4为本发明丢失的节点电磁兼容性能分析流程图。

图5为本发明干扰源和干扰路径分析流程图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图1至图5，本发明是：一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，包括以下步骤：

步骤一：采用CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位，通过CAN数据采集设备进行数据采集，如果不是错误帧过多导致节点丢失并且该节点存在满足条件下允许其自动停发数据，则判断该条件是否已成立，成立则通过车辆和该节点的功能或逻辑进行CAN故障分析，否则需进行电磁兼容分析；如果不允许节点停发数据且该节点丢失，则进行电磁兼容分析；如果存在错误帧或过多错误帧导致节点丢失，则通过CAN总线的示波器测量数据进行分析是否由电磁干扰导致，是则进行干扰源和干扰路径分析，否则通过车辆和该节点的功能或逻辑进行CAN故障分析；

步骤二：将CAN数据采集设备接入车辆CAN网络，并将该CAN网络上的各节点唤醒并查看数据，排除由于波特率不一致、CAN物理线束连接不良、缺少匹配电阻等原因导致的CAN通讯故障；

步骤三：在车辆正常操作情况下，有CAN节点在非错误帧过多，并且该节点在工作正常条件下不允许停发数据的情况下突然丢失，需要对该节点电磁兼容性能进行分析，并根据分析结果制定整改方案，如果是节点工作状态变化时出现节点丢失，则重点分析节点自身的电磁兼容性能，包括控制板与内部干扰源的物理布局位置及地连接、MCU的I/O口是否受到干扰、是否有具有干扰的线缆在MCU近处等情况进行分析，并借助频谱分析仪和近处探头验证分析结果；否则重点分析该节点所处环境的电磁兼容特征，根据节点丢失时间前后车辆工作状态的变化确定可能存在的干扰源零部件，对潜在的干扰源部件的电气特征、与丢失节点的连接方式、与丢失节点及其线束的物理距离进行分析，并通过频谱分析仪和近场探头对分析结果逐步确认以确定主要干扰源，通过频谱仪数据及数据变化规律分析出干扰信号的特征及干扰路径；

步骤四：在车辆正常操作情况下，CAN总线有错误帧甚至错误帧过多导致一个或多个节点丢失时，需要对CAN网络信号质量进行分析；如果是某个节点发送错误帧过多导致其他节点丢失，则分析该发送节点的功能或逻辑故障；否则该网络确定受到了电磁干扰；将CAN_H(高电平传输线)、CAN地(CAN总线参考接地点)和CAN_L(低电平传输线)、CAN地分别通过差分探头连接至示波器，测量V_{CAN_H}(CAN_H对CAN地电压)和V_{CAN_L}(CAN_L对CAN地电压)，并通过示波器的通道相减计算或另一路差分探头测量获得差分电压V_diff＝V_{CAN_H}-V_{CAN_L}，分别定义V_diff在位时间t_B的采样点时间T_{B_sampling}∈[t_B×75％,t_B×82％]的电压V_{diff_sampling}、CAN总线网络要求的隐性位最小电压为V_{diff_r_min}、CAN总线网络要求的隐性位最大电压为V_{diff_r_max}、CAN总线网络要求的显性位最小电压为V_{diff_d_min}、CAN总线网络要求的显性位最大电压为V_{diff_d_max}，如果总线为隐性状态V_{diff_sampling}∈(V_{diff_r_min},V_{diff_r_max})时同时总线为显性状态V_{diff_sampling}∈(V_{diff_d_min},V_{diff_d_max})时总线数据正常，否则CAN总线网络受到了电磁干扰；

步骤五：分析V_{CAN_H}和V_{CAN_L}数据，分别定位电压波动一致的相邻两次峰峰值时间间隔T_{interference_n},则干扰源频率分别为

其中interference_n为干扰源1...n,同理分析V_diff导致总线数据受到干扰的各干扰源频率,即为导致总线故障的干扰源频率,其余的为潜在干扰源频率；

步骤六：根据各干扰源频率、车载各零部件的开关电路频率及频谱仪测量信号，通过采用停止工作、切断供电电源等排除法方式对各干扰源进行确认，并依据各干扰源与车架的连接方式、其线束距CAN总线的物理距离等方面确认干扰路径。

为了更好的实现上述发明目的，本发明提供一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，包括以下步骤：

S1：通过CAN总线数据采集设备进行数据采集和分析；

S2：丢失的节点电磁兼容性能分析；

S3：示波器测量数据分析；

S4：依据出现错误帧节点的功能或逻辑进行CAN故障分析；

S5：干扰源和干扰路径分析。

步骤S1中，通过CAN总线数据采集设备进行数据采集和分析的具体步骤如下：

(1)CAN总线数据采集设备采集CAN网络数据，并排除各节点波特率不一致、线束连接不良、匹配电阻不适导致的CAN总线故障；

(2)非错误帧过多导致并且没有任何条件会使节点停发数据情况下节点丢失，执行步骤S2，非错误帧过多导致并且满足某一个或多个条件会使节点停发数据情况下节点丢失，执行步骤S4；

(3)如果有错误帧或错误帧过多导致节点丢失，执行步骤S3。

步骤S2中，丢失的节点电磁兼容性能分析具体步骤如下：

(1)如果节点在自身工作状态变化，高压电路的电压变化率大于每伏特1毫秒或电流变化率大于每安培1毫秒时，高压电路对低压电路产生干扰，使得低压电路不能够正常运行，导致该节点丢失，则重点分析其主控板电路是否受到干扰导致；否则，执行本步骤S2；

(2)对节点丢失前后车辆工作状态进行分析；

(3)车辆工作状态变化前后，高压电路的电压变化率大于每伏特1毫秒或电流变化率大于每安培1毫秒的其他零部件定义为对该节点存在干扰的电子零部件；

(4)使用示波器分析所有存在干扰的电子零部件在节点丢失瞬间的电路干扰频率，示波器所测量连续多次波形完全一致的信号，即周期性干扰信号，读取相邻周期性信号之间的间隔时间，对该间隔时间取倒数即为其电路的干扰频率；

(5)查看所有可能成为干扰源的电子零部件是否通过连接器与该节点直接连接，或其线束与该节点的线束直接捆扎在一起，对于存在上述现象的零部件作为重点分析对象；

(6)使用频谱分析仪和近场探头通过排除法对这些成为干扰源的电子零部件进行排查并确定干扰源；

(7)依据排查后的结果并结合频谱分析仪数据确认干扰路径。

步骤S3中，丢失的节点电磁兼容性能分析具体步骤为：

(1)分别测量CAN_H对CAN地、CAN_L对CAN地电压信号，以确定CAN_H和CAN_L信号线是否受到干扰，如果测量结果符合标准ISO 11898-1-2003道路车辆-控制器局域网络-数据链路层和物理信号，则CAN总线未受干扰，步骤S3结束；否则，继续执行步骤S3；

(2)观察CAN_H和CAN_L上出现的周期性干扰信号，通过示波器测量读取相邻周期性信号之间的间隔时间，并对该间隔时间取倒数以确定其干扰频率；

(3)根据车辆工作状态分析CAN_H和CAN_L上出现的非周期性干扰信号，确认产生干扰的电子零部件；

(4)计算差分信号V_diff＝V_{CAN_H}-V_{CAN_L}；如果显/隐性电平转换时的振铃导致位采样点的超出正常范围，则调整匹配电阻；

(5)通过差分数据分析，将影响差分数据信号质量的干扰源确定为对CAN网络数据产生了干扰的干扰源，其他的为潜在的干扰源。

步骤S4中，依据出现错误帧节点的功能或逻辑进行CAN故障分析的具体步骤如下：

(1)将该节点从CAN网络中拔出，单独测量分析该节点CAN物理电平信号；

(2)采集报文数据并分析该节点CAN发送程序是否异常。

步骤S5中，根据周期性干扰信号确定干扰源频率的具体步骤如下：

(1)根据周期性干扰信号确定干扰源频率；

(2)依据车辆工作状态确定突发的干扰源；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)结果参考各电子零部件电磁兼容测试报告进行分析，确定可能的干扰源；

(4)通过测量或计算的差分电平区分潜在干扰源和对CAN数据已产生影响的干扰源；

(5)根据产生干扰的电子零部件及线束与CAN总线线束的物理连接方式及物理距离，结合通过频谱分析仪数据分析和确定干扰路径。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过CAN总线数据采集设备进行数据采集和分析；

S2：丢失的节点电磁兼容性能分析；

S3：示波器测量数据分析；

S4：依据出现错误帧节点的功能或逻辑进行CAN故障分析；

S5：干扰源和干扰路径分析；

所述步骤S1中，通过CAN总线数据采集设备进行数据采集和分析的具体步骤如下：

(1-1)CAN总线数据采集设备采集CAN网络数据，并排除各节点波特率不一致、线束连接不良或匹配电阻不适导致的CAN总线故障；

(1-2)非错误帧过多导致并且没有任何条件会使节点停发数据情况下节点丢失，执行步骤S2，非错误帧过多导致并且满足某一个或多个条件会使节点停发数据情况下节点丢失，执行步骤S4；

(1-3)如果有错误帧或错误帧过多导致节点丢失，执行步骤S3；

所述步骤S2中，丢失的节点电磁兼容性能分析具体步骤如下：

(2-1)如果节点在自身工作状态变化，高压电路的电压变化率大于每伏特1毫秒或电流变化率大于每安培1毫秒时，高压电路对低压电路产生干扰，使得低压电路不能够正常运行，导致该节点丢失，则重点分析其主控板电路是否受到干扰导致；否则，执行本步骤S2；

(2-2)对节点丢失前后车辆工作状态进行分析；

(2-3)车辆工作状态变化前后，高压电路的电压变化率大于每伏特1毫秒或电流变化率大于每安培1毫秒的其他零部件定义为对该节点存在干扰的电子零部件；

(2-4)使用示波器分析所有存在干扰的电子零部件在节点丢失瞬间的电路干扰频率，示波器所测量连续多次波形完全一致的信号，即周期性干扰信号，读取相邻周期性信号之间的间隔时间，对该间隔时间取倒数即为其电路的干扰频率；

(2-5)查看所有可能成为干扰源的电子零部件是否通过连接器与该节点直接连接，或其线束与该节点的线束直接捆扎在一起，对于存在以上描述的零部件作为重点分析对象；

(2-6)使用频谱分析仪和近场探头通过排除法对这些成为干扰源的电子零部件进行排查并确定干扰源；

(2-7)依据排查后的结果并结合频谱分析仪数据确认干扰路径。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，示波器测量数据分析具体步骤为：

(3-1)分别测量CAN_H对CAN地、CAN_L对CAN地电压信号，以确定CAN_H和CAN_L信号线是否受到干扰，如果测量结果符合标准ISO11898-1-2003道路车辆-控制器局域网络-数据链路层和物理信号，则CAN总线未受干扰，步骤S3结束；否则，继续执行步骤S3；

(3-2)观察CAN_H和CAN_L上出现的周期性干扰信号，通过示波器测量读取相邻周期性信号之间的间隔时间，并对该间隔时间取倒数以确定其干扰频率；

(3-3)根据车辆工作状态分析CAN_H和CAN_L上出现的非周期性干扰信号，确认产生干扰的电子零部件；

(3-4)计算差分信号V_diff＝V_{CAN_H}-V_{CAN_L}；如果显/隐性电平转换时的振铃导致位采样点的超出正常范围，则调整匹配电阻；

(3-5)通过差分信号数据分析，将影响差分信号质量的干扰源确定为对CAN网络数据产生了干扰的干扰源，其他的为潜在的干扰源。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，其特征在于，所述步骤S4中，依据出现错误帧节点的功能或逻辑进行CAN故障分析的具体步骤如下：

(4-1)将该节点从CAN网络中拔出，单独测量分析该节点CAN物理电平信号；

(4-2)采集报文数据并分析该节点CAN发送程序是否异常。

4.根据权利要求2所述的基于CAN总线数据进行车辆内电磁干扰源的定位方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据周期性干扰信号确定干扰源频率的具体步骤如下：

(5-1)根据周期性干扰信号确定干扰源频率；

(5-2)依据车辆工作状态确定突发的干扰源；

(5-3)根据步骤(5-1)和步骤(5-2)结果参考各电子零部件电磁兼容测试报告进行分析，确定可能的干扰源；

(5-4)通过测量或计算的差分信号区分潜在干扰源和对CAN数据已产生影响的干扰源；

(5-5)根据产生干扰的电子零部件及线束与CAN总线线束的物理连接方式及物理距离，结合通过频谱分析仪数据分析和确定干扰路径。

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