高速鐵路中CAN延遲通訊故障的判定和解決

　　高速鐵路的列控系統(tǒng)中，由于通訊距離較長所以時常會出現(xiàn)CAN通訊故障，但是對故障的原因和原理卻一概不知。它具體是什么樣的情況?下面以某高鐵為例進(jìn)行詳解。

　　隨著人們生活節(jié)奏的逐漸提高，地區(qū)與地區(qū)之間的距離已經(jīng)不在成為問題，這得益于交通運(yùn)輸業(yè)的大力發(fā)展，其中高鐵作為交通運(yùn)輸業(yè)的佼佼者，他也得到了人民大眾的廣泛認(rèn)可。正因為如此，高鐵中的通訊問題也得到了各種設(shè)備供應(yīng)商和鐵路公司的高度重視，他們是不能容忍這種錯誤的，因為這與每一位出行人員和列車人員的生命安全息息相關(guān)。下面針對某高鐵通訊問題進(jìn)行簡要的實例講解。

　　一、總線延遲產(chǎn)生原因

　　CAN總線主要制約其傳輸距離，由于高鐵列車的車身較長通訊點較多，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)的延遲。導(dǎo)線在傳輸數(shù)據(jù)時是存在延遲的，一般通常延遲為5ns/m，同時隔離器件的不同也會導(dǎo)致不同的延遲。其中還與導(dǎo)線材質(zhì)(鍍金的0.2平方米相當(dāng)于1.0平方米的銅線)、CAN收發(fā)器與隔離方式有關(guān)，例如：光耦隔離延遲要比磁耦隔離大得多。

　　如果CAN的重同步不能彌補(bǔ)傳輸中所產(chǎn)生的延遲，就會導(dǎo)致應(yīng)答定界符的位寬變大，最終導(dǎo)致應(yīng)答定界符在識別過程中識別出錯，將隱性電平識別為顯性電平，出現(xiàn)定界符錯誤。如圖1所示：

　　圖表 1 延時錯誤

　　二、延遲錯誤導(dǎo)致的結(jié)果

　　下面已某高速鐵路的中產(chǎn)生的延時錯誤類型進(jìn)行講解：

　　這次檢測出來的錯誤類型主要包括：應(yīng)答定界符錯誤、定界符格式錯誤和幀結(jié)束格式錯誤，他們均屬于延遲錯誤導(dǎo)致，下面已應(yīng)答定界符錯誤為例：

　　u應(yīng)答定界符錯誤

　　圖表 2 應(yīng)答定界符錯誤

　　從數(shù)據(jù)我們可以看出，應(yīng)答定界符本應(yīng)該為隱性電平，但由于傳輸應(yīng)答的延遲問題導(dǎo)致應(yīng)答定界符一直處在顯性狀態(tài)，這導(dǎo)致應(yīng)答界定符格式出現(xiàn)錯誤。

　　三、如何檢測傳輸延遲

　　首先要想檢測CAN總線延遲錯誤必須有相應(yīng)的CAN總線分析儀，下面以廣州致遠(yuǎn)電子的CANSCOPE檢測方式為例：

　　1)延遲分析

　　為了更快的進(jìn)行故障點的定位，我們首先要對整個通訊過程的延時狀況進(jìn)行分析，找出延時存在的地方。根據(jù)CANSCOPE中“傳輸延時”將整個列表以延時從大到小的順序?qū)⒀訒r排列出來，以0.245倍位寬為界，超出該范圍可定義為有應(yīng)答錯誤風(fēng)險。

　　圖表 3 延時統(tǒng)計與等效導(dǎo)線長度

　　由于總線上面掛接的節(jié)點距離測試點都不同，所以引起的延時都不一樣。我們?yōu)榱藱z測出總線最大的延時，通常把測試點放在總線的最遠(yuǎn)兩端，測試的對象也是總線最遠(yuǎn)兩端的兩個節(jié)點發(fā)出來的報文。

　　圖表 4 延時測量

　　我們可以假定報文是從最左邊的主機(jī)發(fā)出來的，那么距離他最遠(yuǎn)的從機(jī)就是最右端的，則最大延遲為：整體導(dǎo)線延遲+最遠(yuǎn)端節(jié)點(即最右端)的電路延遲(包括隔離器件與收發(fā)器延遲)。

　　四、消除延時誤差的方法

　　為了減小延時，增加通訊距離和降低通訊錯誤率，我們可以采取以下措施：

　　1.采用磁隔離的CTM1051方案設(shè)計接口收發(fā)電路;

　　2.用較粗的導(dǎo)線代替細(xì)導(dǎo)線，標(biāo)準(zhǔn)為1.5線纜(延遲為5ns/m);

　　3.使用鍍金或鍍銀的線纜;

　　4.增加網(wǎng)橋中繼設(shè)備CANBridge延長通訊距離。

　　5.采用光纖傳輸，如致遠(yuǎn)電子的CANHUB-AF1S1，同等波特率可延長1倍通訊距離。

　　五、總結(jié)

　　要想保證CAN總線通訊正常首先要保證合理布置CAN節(jié)點，保每一個到達(dá)節(jié)點的報文不出現(xiàn)延時錯誤，其次一臺好的分析工具也是必不可少的，它不但可以幫助我們精確快速地發(fā)現(xiàn)故障所在，還能以模擬方式測試我們總線在各種環(huán)境中的工況。