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汽车总线对标测试的研究与分析

2019-09-03 13:29:42·  来源：《汽车电器》  作者：李志涛  
　
摘要：随着汽车电子技术的高速发展，以CAN总线为基础的车载总线技术得到了广泛应用，而CAN总线需求规范的设计却是总线开发流程中的核心工作之一。本文介绍总线需
摘要：随着汽车电子技术的高速发展，以CAN总线为基础的车载总线技术得到了广泛应用，而CAN总线需求规范的设计却是总线开发流程中的核心工作之一。本文介绍总线需求规范设计前期的总线对标测试，详细描述CAN总线的对标测试内容、测试方法以及总线对标应用等。
 
关键词：CAN总线；对标测试；需求规范；物理层；数据链路层
 
随着汽车电子技术的发展，现代汽车越来越智能化，大量的电子控制装置造成汽车线束急剧增加，既提升了电路的复杂性又降低了汽车可靠性，同时也增大了维修难度，CAN总线由此应运而生。CAN总线凭借其本身的高性能，已经成为汽车领域的主导总线，国内外知名主机厂均已建立企业级总线需求规范，要求零部件供应商依据制定的总线需求规范，进行总线产品开发。本文探讨了应用对标管理方式，在总线需求规范设计前期进行总线对标测试，通过开展总线对标测试，采集标杆车辆总线数据信息与关键参数，为主机厂CAN总线需求规范的设计与问题的解决提供参考，实现企业总线需求规范的持续优化，并提升总线产品的品质。
 
1、对标管理概述
 
对标管理起源于20世纪70年代的美国，最初是人们利用对标寻找自身与其他公司的差距，并把它作为一种调查比较的基准方法。后来逐渐演变成为能够寻找最佳案例和标准，加强企业内部管理的一种方法。目前，对标管理常见的方式有4种。①内部对标。由于公司内部不同部门之间有许多相似的职能，因此内部部门之间通过内部对标，找出内部业务的运行标准，这种标准就称为内部对标。其主要的优点是相互间分享的信息量大，内部知识能立即运用，但同时也易造成封闭、忽视其他公司信息的可能性。②竞争性对标。竞争性对标的对象是直接竞争对手，原因是两者有着相似的产品和市场。一般，竞争性对标能够很容易地了解其对标结果，但竞争对手的核心信息却不易获得。③行业对标。行业对标是指与本公司处于同一行业但不在一个市场的公司对标。行业对标因为彼此不是直接竞争对手，所以比较容易找到愿意与之分享信息的对标对象，但这样就可能产生相应的对标费用。④类属（程序）对标。类属（程序）对标是指与不相关的公司就某个工作的程序对标，相比而言，类属对标跨越了自身行业与工作范围，因此这种方法实施起来比较困难。
 
而总线对标测试，就是借鉴对标管理的方式，在总线需求规范设计前期，针对CAN总线部分开展竞争性对标与行业对标，获取总线数据信息与关键参数。对比标杆，从而辅助总线需求规范设计工作与协助解决过程中的问题。
 
2、总线对标测试准备
 
2.1 标杆车资料收集
总线对标测试前，需通过多种渠道收集标杆车辆的相关资料，如标杆车辆使用说明书、维修手册与标杆车辆电气原理图、线束图等。通过收集的标杆车资料，使总线对标测试人员了解车辆基本构造、性能、功能特性、车辆使用的相关操作方法、标杆车辆的拆解与分析等情况。
 
2.2 对标测试工具
总线对标测试的工具主要包括：CANoe+CANcaseXL、CANstress、数字示波器、数字万用表等。其中，CANoe是CAN总线的监测、仿真、测试工具，能够对总线的报文时间周期、报文长度等进行测试。可在CANoe软件窗口观察ECU总线信息的发送、测量总线负载率，实现总线数据的记录功能。CANoe软件与CANcaseXL硬件接口匹配使用，可支持从总线需求分析到系统实现与测试验证的整个总线开发过程。CANstress作为专业的总线干扰工具，可直接连接CAN网络，并将各种干扰逻辑注入到CAN总线上，以此来验证CAN总线的抗干扰能力。数字示波器用于记录观察总线的电平。测试人员可在示波器中观察和记录总线信号的波形，同时测量总线信号波形的物理电平状态，并对总线电平进行初步解析。
 
当标杆车辆的总线子网确定之后，然后将测试设备连接至被测总线子网的物理双绞线上。测试设备连接示意图见图1。


图1 测试设备连接示意图
 
3、总线对标测试
总线对标测试内容主要包括物理层、数据链路层、总线错误处理对标及相关关注点对标测试等。
3.1 物理层对标测试
1）总线通信速率即应用CANoe软件的速率扫描功能，对标杆车辆的总线子网进行总线通信速率扫描，获取该子网的通信速率数值。见图2。


图2 通信速率测试
2）总线子网电阻断开车辆蓄电池连接，在标杆车辆总线子网非通信的状态下，采用数字万用表测量总线子网的终端电阻，获取该子网的总线终端电阻数值。
3）总线电压测试在总线子网通信状态下，应用数字示波器分别采集总线子网的CAN_H与CAN_L线的信号波形，测量总线信号的物理电平特性参数。见图3。


图3 总线信号波形测量
经过对所采集信号波形的测量、运算，完成总线对标测试项目内容，见表1。
表1 信号物理特性对标测试


3.2 数据链路层对标测试
在标杆车辆总线子网通信状态下，应用CANoe的Trace窗口功能，监控标杆车辆总线子网数据信息。见图4。


图4 总线信息监控
观察CANoe软件Trace窗口总线数据，同时依次移除标杆车辆总线子网上各控制器单元，并同步监测Trace窗口的总线报文信息，以获取表2所示的对标内容。
表2 数据链路层对标测试


3.3 总线故障对标测试
 
在总线子网处于通信的状态下，标杆车辆总线子网上连接总线干扰工具CANstress，并应用CANstress模拟各种总线物理故障与总线busoff故障，通过观察总线的通信情况，获取标杆车辆总线子网错误故障的处理状态。见表3。
 
3.4 其它总线对标测试
依据标杆车辆整体架构、电气特性，对标输入资料的收集情况，以及标杆车辆的整体认知与制定的对标内容等信息，详细分析之后，可进行其它总线的对标测试。见表4。
目前，CAN总线在国内汽车厂的应用日益广泛，CAN总线技术显得至关重要，不同的OEM厂商之间在需求规范的设计与总线策略的制定上存在一定的差异，因此在CAN总线开发设计工作的前期，依据需求及关注的问题，在进行以上所述的基本总线对标测试内容外，需深入思考制定相应的总线对标内容，并通过开展总线对标测试，逆向获取标杆信息进行参考，逐步制定适合OEM车辆特性的需求规范。
表3 总线故障对标测试
表4 其它总线对标测试


4、总线对标测试应用
应用对标模式，开展竞争性对标与行业对标，测试标杆车辆总线子网的物理层、数据链路层、网络管理参数与总线故障行为等测量活动，获取关键数据，通过对获取的标杆数据进行系统分析，可相应应用在自身总线开发设计的工作中，如总线网络拓扑的设计、电子电器架构优化、总线报文ID分配与定义、总线报文类型与周期时间定义、总线故障处理行为、总线物理波形电压特性与品质评测等。
 
5、结束语
本文通过对总线对标测试的介绍，详细描述了总线对标测试方法、内容与对标应用等。为总线开发设计工作提供一种寻找差距和学习的有效方法。开展总线对标测试，可详细了解自身与同行业间、竞争公司间的技术差距，选对标杆，进行学习、借鉴、引进、消化、追赶，不断缩小与标杆的差距，不断提高和改进总线开发设计工作。
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