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(cháng)所以時(shí)常會(huì )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(jìn)行詳解。

　　隨著(zhù)人們生活節奏的逐漸提高，地區與地區之間的距離已經(jīng)不在成為問(wèn)題，這得益于交通運輸業(yè)的大力發(fā)展，其中高鐵作為交通運輸業(yè)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(wèn)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(chē)人員的生命安全息息相關(guān)。下面針對某高鐵通訊問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的實(shí)例講解。

　　一、總線(xiàn)延遲產(chǎn)生原因

　　CAN總線(xiàn)主要制約其傳輸距離，由于高鐵列車(chē)的車(chē)身較長(cháng)通訊點(diǎn)較多，就會(huì )導致數據傳輸和響應的延遲。導線(xiàn)在傳輸數據時(shí)是存在延遲的，一般通常延遲為5ns/m，同時(shí)隔離器件的不同也會(huì )導致不同的延遲。其中還與導線(xiàn)材質(zhì)(鍍金的0.2平方米相當于1.0平方米的銅線(xiàn))、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的重同步不能彌補傳輸中所產(chǎn)生的延遲，就會(huì )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(guò)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(shí)錯誤

　　二、延遲錯誤導致的結果

　　下面已某高速鐵路的中產(chǎn)生的延時(shí)錯誤類(lèi)型進(jìn)行講解：

　　這次檢測出來(lái)的錯誤類(lèi)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(wèn)題導致應答定界符一直處在顯性狀態(tài)，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(xiàn)延遲錯誤必須有相應的CAN總線(xiàn)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(jìn)行故障點(diǎn)的定位，我們首先要對整個(gè)通訊過(guò)程的延時(shí)狀況進(jìn)行分析，找出延時(shí)存在的地方。根據CANSCOPE中“傳輸延時(shí)”將整個(gè)列表以延時(shí)從大到小的順序將延時(shí)排列出來(lái)，以0.245倍位寬為界，超出該范圍可定義為有應答錯誤風(fēng)險。

　　圖表 3 延時(shí)統計與等效導線(xiàn)長(cháng)度

　　由于總線(xiàn)上面掛接的節點(diǎn)距離測試點(diǎn)都不同，所以引起的延時(shí)都不一樣。我們?yōu)榱藱z測出總線(xiàn)最大的延時(shí)，通常把測試點(diǎn)放在總線(xiàn)的最遠兩端，測試的對象也是總線(xiàn)最遠兩端的兩個(gè)節點(diǎn)發(fā)出來(lái)的報文。

　　圖表 4 延時(shí)測量

　　我們可以假定報文是從最左邊的主機發(fā)出來(lái)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(xiàn)延遲+最遠端節點(diǎn)(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(shí)誤差的方法

　　為了減小延時(shí)，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(fā)電路;

　　2.用較粗的導線(xiàn)代替細導線(xiàn)，標準為1.5線(xiàn)纜(延遲為5ns/m);

　　3.使用鍍金或鍍銀的線(xiàn)纜;

　　4.增加網(wǎng)橋中繼設備CANBridge延長(cháng)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(cháng)1倍通訊距離。

　　五、總結

　　要想保證CAN總線(xiàn)通訊正常首先要保證合理布置CAN節點(diǎn)，保每一個(gè)到達節點(diǎn)的報文不出現延時(shí)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)現故障所在，還能以模擬方式測試我們總線(xiàn)在各種環(huán)境中的工況。