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中，由于通訊距離較長所以時常會出現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行詳解。

　　隨著人們生活節奏的逐漸提高，地區與地區之間的距離已經不在成為問題，這得益于交通運輸業的大力發展，其中高鐵作為交通運輸業的佼佼者，他也得到了人民大眾的廣泛認可。正因為如此，高鐵中的通訊問題也得到了各種設備供應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。下面針對某高鐵通訊問題進行簡要的實例講解。

　　一、總線延遲產生原因

　　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，就會導致數據傳輸和響應的延遲。導線在傳輸數據時是存在延遲的，一般通常延遲為5ns/m，同時隔離器件的不同也會導致不同的延遲。其中還與導線材質(鍍金的0.2平方米相當于1.0平方米的銅線)、CAN收發器與隔離方式有關，例如：光耦隔離延遲要比磁耦隔離大得多。

　　如果CAN的重同步不能彌補傳輸中所產生的延遲，就會導致應答定界符的位寬變大，最終導致應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，出現定界符錯誤。如圖1所示：

　　圖表 1 延時錯誤

　　二、延遲錯誤導致的結果

　　下面已某高速鐵路的中產生的延時錯誤類型進行講解：

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

　　u應答定界符錯誤

　　圖表 2 應答定界符錯誤

　　從數據我們可以看出，應答定界符本應該為隱性電平，但由于傳輸應答的延遲問題導致應答定界符一直處在顯性狀態，這導致應答界定符格式出現錯誤。

　　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的CAN總線分析儀，下面以廣州致遠電子的CANSCOPE檢測方式為例：

　　1)延遲分析

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

　　圖表 3 延時統計與等效導線長度

　　由于總線上面掛接的節點距離測試點都不同，所以引起的延時都不一樣。我們為了檢測出總線最大的延時，通常把測試點放在總線的最遠兩端，測試的對象也是總線最遠兩端的兩個節點發出來的報文。

　　圖表 4 延時測量

　　我們可以假定報文是從最左邊的主機發出來的，那么距離他最遠的從機就是最右端的，則最大延遲為：整體導線延遲+最遠端節點(即最右端)的電路延遲(包括隔離器件與收發器延遲)。

　　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方案設計接口收發電路;

　　2.用較粗的導線代替細導線，標準為1.5線纜(延遲為5ns/m);

　　3.使用鍍金或鍍銀的線纜;

　　4.增加網橋中繼設備CANBridge延長通訊距離。

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

　　五、總結

　　要想保證CAN總線通訊正常首先要保證合理布置CAN節點，保每一個到達節點的報文不出現延時錯誤，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現故障所在，還能以模擬方式測試我們總線在各種環境中的工況。