成 俊，丁 健，周 濤

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

隨著汽車領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的日益完善，人們對(duì)整車的性能要求越來(lái)越高。各類電子電氣的智能融合以及車載網(wǎng)聯(lián)的應(yīng)用，使得汽車整體上不再是簡(jiǎn)單的交通或運(yùn)輸工具，而是與人及整個(gè)外界不斷交互的融合體。正是這種新興載體的不斷發(fā)展，使得汽車對(duì)各類車載控制器 （ECU）的性能可靠性及穩(wěn)定性要求愈加嚴(yán)格。當(dāng)前，CAN總線技術(shù)廣泛應(yīng)用于商用車及乘用車，涉及汽車數(shù)據(jù)采集、汽車控制策略等領(lǐng)域［1-3］。為保證整車性能的穩(wěn)定可靠，整車廠需要對(duì)供應(yīng)商所提供的各類ECU進(jìn)行重復(fù)測(cè)試驗(yàn)證，包括單節(jié)點(diǎn)ECU的網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)診斷測(cè)試、HIL（Hardware-in-the-loop）功能測(cè)試等。其中，單節(jié)點(diǎn)ECU網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試是最基礎(chǔ)的一環(huán)，涉及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及交互層等，其主要目的是檢測(cè)待測(cè)件是否存在通信異常，如丟失數(shù)據(jù)幀、信號(hào)過(guò)度延遲［4-5］、無(wú)法正常收發(fā)報(bào)文等。網(wǎng)絡(luò)通信的測(cè)試結(jié)果在一定程度上影響著HIL功能測(cè)試過(guò)程。宏觀上，其直接決定著整車的性能可靠性、穩(wěn)定性以及安全性。

當(dāng)前，不論是整車廠或是零部件供應(yīng)商，主要通過(guò)示波器或網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化機(jī)柜來(lái)進(jìn)行ECU的網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試，而受硬件設(shè)備測(cè)試精度、CAN收發(fā)器外圍信號(hào)干擾、信號(hào)濾波過(guò)程、待測(cè)件自身特性以及測(cè)試方法等因素影響，這兩種測(cè)試方法難免會(huì)出現(xiàn)一定的測(cè)試偏差，而較嚴(yán)重的信號(hào)對(duì)稱性偏差會(huì)導(dǎo)致通信錯(cuò)誤，甚至直接影響整車的性能可靠性［6］。本文以某型號(hào)汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS CAN報(bào)文信號(hào)對(duì)稱性測(cè)試為背景，分別采用示波器手測(cè)方式及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化機(jī)柜來(lái)測(cè)試CAN報(bào)文通信信號(hào)對(duì)稱性，并對(duì)兩種方法得到的信號(hào)對(duì)稱性進(jìn)行偏差分析，通過(guò)信號(hào)對(duì)稱性偏差分析，指出了兩種測(cè)試方法的利弊，同時(shí)給出了示波器手測(cè)方式的部分測(cè)試建議，為后續(xù)其它待測(cè)件的測(cè)試過(guò)程提供一定的參考，以便于整車待測(cè)件測(cè)試過(guò)程的順利進(jìn)行。

1 問(wèn)題描述

在ABS報(bào)文信號(hào)對(duì)稱性測(cè)試過(guò)程中，受測(cè)試方法及測(cè)試環(huán)境影響，待測(cè)件通信信號(hào)對(duì)稱性會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏差。這類偏差一方面會(huì)影響ECU的測(cè)試通過(guò)率，另一方面還會(huì)影響ECU的通信過(guò)程，如出現(xiàn)錯(cuò)誤幀、報(bào)文丟失等嚴(yán)重情形。

針對(duì)上述問(wèn)題，需要采用合理的方法，對(duì)ECU網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)對(duì)稱性進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試。手動(dòng)測(cè)試過(guò)程中，由于待測(cè)件周圍環(huán)境干擾較大，如多線路電磁干擾等，再加上信號(hào)濾波強(qiáng)弱程度的不同，信號(hào)對(duì)稱性手動(dòng)通信測(cè)試存在一定的局限性。但在一定的工況下，手動(dòng)測(cè)試又具有測(cè)試便捷、測(cè)試穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，且能根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的分析排查。對(duì)于信號(hào)對(duì)稱性自動(dòng)化通信測(cè)試，受實(shí)驗(yàn)條件、測(cè)試成本、硬件集成穩(wěn)定性等因素影響，ECU信號(hào)對(duì)稱性測(cè)試過(guò)程也存在一定的誤差。其中，硬件集成的穩(wěn)定性直接決定ECU信號(hào)通信的測(cè)試結(jié)果，這就要求在腳本編寫過(guò)程中，需要將各硬件（如示波器、板卡等）有效合理地關(guān)聯(lián)在一起，這也是當(dāng)前信號(hào)對(duì)稱性自動(dòng)化通信測(cè)試過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。但總體而言，ECU信號(hào)對(duì)稱性自動(dòng)化通信測(cè)試過(guò)程所具有的高效性、抗擾性強(qiáng)、測(cè)試偏差小等優(yōu)勢(shì)，使其具有一定的發(fā)展前景。

2 信號(hào)對(duì)稱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖1所示為通信過(guò)程中CAN報(bào)文共模峰峰間電壓示意圖。ABS信號(hào)對(duì)稱性通信測(cè)試需滿足SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)物理層的相關(guān)規(guī)范［7］，ABS信號(hào)對(duì)稱性通信測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：①在位時(shí)間的前半部分，信號(hào)電壓應(yīng)在81%~150%的位結(jié)束電壓值的范圍內(nèi)；②在位時(shí)間的后半部分，信號(hào)電壓應(yīng)在95%~105%的位結(jié)束電壓值的范圍內(nèi)［8］。共模峰峰間電壓及電壓步長(zhǎng)測(cè)試值域見(jiàn)表1。

圖1 CAN報(bào)文共模峰峰間電壓

表1 共模峰峰間電壓及電壓步長(zhǎng)測(cè)試值域

3 CAN報(bào)文通信測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析

如圖2所示，為某型號(hào)ABS及其接插件，分別采用Tektronix示波器及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化測(cè)試機(jī)柜對(duì)單節(jié)點(diǎn)ABS進(jìn)行CAN報(bào)文通信信號(hào)對(duì)稱性測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)包括共模峰峰間電壓及共模電壓步長(zhǎng)，并針對(duì)ABS報(bào)文信號(hào)對(duì)稱性進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

如圖3所示，首先采用示波器手測(cè)方法，按照電路圖連接好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。依照測(cè)試規(guī)定有序打開(kāi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然后調(diào)節(jié)示波器測(cè)試按鈕進(jìn)行單幀報(bào)文的采集，使用示波器測(cè)量ABS發(fā)送的CAN報(bào)文中任一隱性變顯性位的物理波形，在隱性變顯性時(shí)不對(duì)稱引起的共模電壓與顯性變隱性時(shí)的共模電壓步長(zhǎng)VCM （STEP）所引起的共模電壓的差值VCM （PP）。

圖2 某型號(hào)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)

圖3 示波器測(cè)試下單幀報(bào)文測(cè)試圖

如圖4所示，調(diào)節(jié)示波器圖形位置及縮放按鈕，將單幀報(bào)文解析為某一位的實(shí)際測(cè)試圖。同時(shí)，調(diào)節(jié)示波器運(yùn)算按鈕，進(jìn)行共模峰峰間電壓設(shè)置 （也即CAN_H、CAN_L求和運(yùn)算），將運(yùn)算結(jié)果縮放至合適位置，如圖5所示。最后，移動(dòng)示波器左右光標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖4 示波器測(cè)試下報(bào)文某一位測(cè)試圖

圖5 共模峰峰間電壓測(cè)試圖

在完成ABS報(bào)文信號(hào)共模間峰峰電壓數(shù)據(jù)采集后，將示波器圖像調(diào)節(jié)至合適位置，利用左右光標(biāo)，針對(duì)某一位報(bào)文信號(hào)，分別截取一段報(bào)文顯性位及兩側(cè)隱性位的報(bào)文信息，測(cè)試過(guò)程如圖6、圖7、圖8所示，最后完成每段報(bào)文對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分析與處理。實(shí)驗(yàn)設(shè)備其它相關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備其它相關(guān)參數(shù)

圖6 共模電壓步長(zhǎng)測(cè)試圖a

圖7 共模電壓步長(zhǎng)測(cè)試圖b

圖8 共模電壓步長(zhǎng)測(cè)試圖c

表3為報(bào)文信號(hào)對(duì)稱性誤差分析。由表3分析可知，分別利用示波器手動(dòng)測(cè)試及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化測(cè)試機(jī)柜得到的ABS報(bào)文信號(hào)對(duì)稱性存在一定差異，該差異受外界信號(hào)源電磁干擾、外接電路方式 （如非雙絞線）等擾動(dòng)影響較大。示波器手動(dòng)測(cè)試所得到的共模電壓步長(zhǎng)與自動(dòng)化測(cè)試的結(jié)果比較接近，平均偏差都維持在20mV左右，但網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化測(cè)試所得到的共模間峰峰電壓平均偏差要比手動(dòng)測(cè)試偏差小43%。在測(cè)試成本允許的條件下，考慮到測(cè)試的精確性及穩(wěn)定性等方面，ECU信號(hào)對(duì)稱性網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化測(cè)試具有一定的優(yōu)勢(shì)。在測(cè)試成本可控的條件下，考慮到測(cè)試環(huán)境及靈活性，在ECU信號(hào)對(duì)稱性手動(dòng)測(cè)試也能滿足測(cè)試需求時(shí)，可優(yōu)先選擇手動(dòng)測(cè)試方法。

表3 報(bào)文信號(hào)對(duì)稱性誤差分析

在手動(dòng)測(cè)試ECU報(bào)文收發(fā)過(guò)程中，應(yīng)盡可能關(guān)閉或移除不必要的通電線路，且必要時(shí)可以添加濾波裝置，以實(shí)現(xiàn)電源電壓的穩(wěn)定輸出，從而最大程度上減小外界電路對(duì)通信測(cè)試過(guò)程的影響。