Подбор и тестирование трансиверов CAN-шины в автомобильной промышленности
Рывок производства электромобилей в 21 веке — это настоящая революция в автомобильной промышленности, а технология беспилотного вождения автомобиля делает движение более удобным и вынуждает человека за рулем менять свои привычные действия.
Шина CAN является одним из ключевых коммуникационных интерфейсов во всей электронной системе автомобиля. Как показано на рис. 1, существует три вида тестов для обеспечения совместимости между трансивером шины CAN и приемопередатчиками с различными функциями в электронной системе автомобиля.
Рисунок 1 – 3 вида тестов трансиверов CAN-шины.
Три способа проверки производительности и функциональной совместимости трансиверов шины CAN: оценка электрических свойств приемопередатчика, оценка характеристик электромагнитной совместимости одного узла и оценку функциональной совместимости нескольких узлов. Оценка электрических свойств используется для проверки того, соответствуют ли эти свойства требуемым соответствующими стандартами Международной организации по стандартизации (ISO) и Международного общества автомобильных инженеров (SAE International). Одиночный узел использует международный стандарт SAE для оценки электромагнитных помех и допусков, а многоузловой метод используется для оценки характеристик взаимодействия различных функциональных приемопередатчиков при указанной скорости связи. В дополнение к методу самостоятельной оценки производителем своей продукции соответствующие отчеты также могут быть получены после проверки и оценки CAN-трансиверов ведущими международными производителями автомобилей или сторонними лабораториями, признанными поставщиками.
Проверка соответствия стандартам
Последней версией стандарта высокоскоростного физического уровня шины CAN является ISO 11898-2:2016, который определяет использование в автомобилях протоколов последовательной связи для поддержки распределенного управления в реальном времени и мультиплексирования сигналов. Для проверки соответствия необходимо ссылаться и на стандарт ISO 16845-2:2018. Тест на соответствие — это процесс тестирования, используемый для проверки соответствия компонентов трансивера соответствующим стандартам для обеспечения качества продукции, включающий в себя статические и динамические тесты. В шине CAN низкое качество любого из компонентов может привести к таким проблемам, как ошибки, сбои сети и ее простои. Поэтому, для обеспечения нормальной и безопасной работы сети CAN-шины все ее компоненты должны быть проверены на соответствие.
Статические испытания выполняются в эталонной среде с использованием предопределенных настроек, чтобы обеспечить высокую степень воспроизводимости и сопоставимости результатов испытаний. В ходе испытаний проверяются соответствующие параметры технических характеристик трансиверов шины CAN и максимальные/минимальные значения, определяемые электрическими свойствами, на соответствие требованиям стандарта. Ожидаемые результаты испытаний должны соответствовать электрическим свойствам и диапазонам предельных значений стандарта ISO11898-2:2016. На рис. 2 показана схема для испытаний и описание взаимосвязи между входным управляющим сигналом и выходным сигналом испытываемого устройства. На схеме указаны только резисторы и конденсаторы, но отсутствуют компоненты электростатической защиты (RL = 60 Ом ± 0,6 Ом, C1 = 4,7 нФ ± 0,235 нФ и C2 = 100 пФ ± 1 пФ).
Рисунок 2 – схема для испытаний трансиверов CAN-шины на соответствие стандартам.
Динамическое тестирование позволяет повысить уверенность, что тестируемые трансиверы полностью соответствуют стандартам. Примеры испытаний, включенные в динамический тест, показаны на рисунке 3.
Рисунок 3 – параметры динамического теста трансиверы CAN-шины на соответствие стандартам.
Формат пакета протокола шины CAN, используемый в среде настройки, будет использовать три разные скорости передачи данных, включая 500 кбит/с, 2 Мбит/с и 5 Мбит/с. Контроль осуществляется на скорости 500 кбит/с. Например, AZKN1044T поддерживает переменную высокоскоростную передачу данных до 5 Мбит/с.
В данном тесте применяется два вида сетей. Однородные сетевые тесты включают 8 узлов со скоростью передачи данных в топологии сети 5 Мбит/с и 16 узлов со скоростью передачи данных в топологии сети 2 Мбит/с. Тест гетерогенной сети заключается в смешивании приемопередатчиков CAN-шины разных марок и изменении топологии сети при разных скоростях передачи данных. В эксперименте с гетерогенной сетью можно определить, будут ли отличатся результаты испытаний, если производители трансиверов будут разные, а электрические предельные значения некоторых участков сети будут отличаться.
7 основных тестовых процедур, применяемых в тестах на соответствие, включают в себя все возможные комбинации нормального режима работы: режим пониженного энергопотребления, ошибочный и безошибочный режимы. Применяются эксперименты с условиями отказа, такими как обрыв цепи сигнала CANH или CANL, взаимное короткое замыкание между CANH и CANL, короткое замыкание CANH или CANL на опорную землю, короткое замыкание CANH или CANL на источник питания батареи, а также одновременное отключение сигналов CANH и CANL.
С помощью моделирования нескольких распространенных вариантов поведения сети при отказе в реальной автомобильной среде, оценивается способность CAN-трансивера продолжать связь. Также моделируется и возврат к нормальным условиям.
На рисунке 4 показано, что после имитации нескольких отказов на третьем этапе отказы устраняются и возвращаются в нормальное состояние не менее чем через 1,5 секунды, когда все ЭБУ на шине находятся в нормальном режиме. Пятый шаг — пробуждение узла через шины после входа в режим энергосбережения. В конце шагов 2, 4 и 6 процесса все узлы должны иметь возможность выполнять заданное поведение при передаче и приеме.
Рисунок 4 – блок-схема проведения динамического теста.
Результаты статического и динамического тестирования CAN-передатчика дают разработчику возможность быть уверенным в совместимости устройств различных производителей. Данные тесты сокращают время оценки инженером всей электросистемы автомобиля, что ускоряет ее разработку и вывод на рынок.
AZKN1044T — это CAN-трансивер специально для применения в автомобилестроении, который соответствует стандарту ISO11898-2:2016 и поддерживает переменную скорость передачи данных до 5 Мбит/с, а также локальные и удаленные системы пробуждения шины. Кроме того, порт приемопередатчика обеспечивает защиту от ложных срабатываний, также предусмотрена внутренняя возможность подавления перенапряжения для серий ISO10605 и ISO7637.
Рисунок 5 демонстрирует результаты тестирования AZKN1044T немецкой лабораторией C&S (Communication & systems group).
.
Рисунок 5 – результаты тестированияAZKN1044T.
Компания Ультран – официальный дистрибьютор Amazing Microelectonic Corp. в России. Инженеры компании Ультран совместно с коллегами из Amazing оказывают консультации и обеспечивают техническую поддержку разработчиков.
Для размещения заказа, заказа образцов или по техническим вопросам по продукции Amazing Microelectonic звоните по телефону +7 (812) 318-18-95 доб. 1264 или пишите по адресу электронной почты psacerdov@ultran.ru.