基于ＣＡＮｏｅ的車身控制器ＣＡＮ／ＬＩＮ網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法

摘要：本文以國(guó)內(nèi)某車型車身電器平臺(tái)為對(duì)象，構(gòu)建了車身控制器的CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用CANoe對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)模型、應(yīng)用層數(shù)據(jù)定義、LIN總線調(diào)度表及總線波特率進(jìn)行了仿真與優(yōu)化，并根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)分析車身網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的合理性．

關(guān)鍵詞：CAN/LIN總線；CANoe；設(shè)計(jì)方法；仿真

1 前言

隨著汽車車身功能的日益完善，汽車駕駛的日益舒適便利，使其電子設(shè)備不斷的增多，如電動(dòng)座椅、電動(dòng)天窗、電動(dòng)門窗、電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等，而使用傳統(tǒng)的布線連接方式，不僅使線束變得更加粗大、質(zhì)量增加，使車內(nèi)可利用的空間變小，而且由于線路復(fù)雜，故障率增加，還會(huì)給維修帶來(lái)很大的不便。網(wǎng)絡(luò)化的電子設(shè)備的廣泛使用提高了汽車電子控制系統(tǒng)之間快速通信、降低汽車線束成本、提高了汽車控制的舒適和安全，包括CAN、LIN、FlexRey、MOST、IDB1394等已成為現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)總線的關(guān)鍵技術(shù)。而目前基于CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真、分析和監(jiān)控的工具并不多。筆者介紹了如何利用Vector公司的CANoe進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)車身控制器局域網(wǎng)絡(luò)的方法。

2 車身CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)總體方案設(shè)計(jì)

CAN/LIN總線車身系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)階段[3]，車身電器功能分析、設(shè)計(jì)車身網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、制定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議。

第一階段，根據(jù)整車廠商對(duì)車型的功能要求進(jìn)行需求分析，對(duì)車身電器從功能上和物理特性上進(jìn)行分類、定義。如車載燈光系統(tǒng)電器控制如表1所示。

從表1中可以看出，車載燈光電器根據(jù)在車身的位置，主要分為三個(gè)部分，左前燈部分，右前燈部分，后組合燈部分，每個(gè)部分根據(jù)控制的要求制定不同的控制方式，傳統(tǒng)方式是采用本地控制接入，每個(gè)電器的供電和保護(hù)均接入到車載總繼電器盒，而網(wǎng)絡(luò)控制采用網(wǎng)絡(luò)線將控制信息發(fā)送到每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)電器的供電和保護(hù)則實(shí)現(xiàn)分散和集中的方式接入到車載電器控制盒，合理的分配電力負(fù)荷。

第二階段，根據(jù)功能的劃分設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線類型、節(jié)點(diǎn)劃分。

根據(jù)前面的整車車身電器的控制要求，將車身系統(tǒng)分為2個(gè)子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)--CAN總線系統(tǒng)和LIN總線系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)CAN/LIN網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息交換。采用CANOE（CAN Open Environment）軟件建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)圖，并根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能特點(diǎn)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)編輯工具CANdb++建立相應(yīng)的庫(kù)文件。庫(kù)內(nèi)容包括節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出要求，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，節(jié)點(diǎn)功能定義和劃分等。

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，車身CAN網(wǎng)絡(luò)由車燈CAN/LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、車門網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、儀表節(jié)點(diǎn)、視聽系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。車身LIN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則由車燈LIN網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和車門LIN網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)構(gòu)成。車燈網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由一個(gè)車燈主節(jié)點(diǎn)和3個(gè)從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。車燈主節(jié)點(diǎn)是一個(gè)CAN的網(wǎng)關(guān)，一方面作為CAN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)CAN網(wǎng)絡(luò)和LIN網(wǎng)絡(luò)信息的交換；另一方面是車燈LIN網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)車燈信號(hào)的采集和將信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的車燈從節(jié)點(diǎn)。車門部分組成一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)，由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)和2個(gè)從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。左前門節(jié)點(diǎn)是CAN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也是LIN網(wǎng)絡(luò)門模塊的主節(jié)點(diǎn)，并可根據(jù)輸入的開關(guān)量控制其它車窗升降、后視鏡的調(diào)節(jié)、門鎖的開關(guān)和行李箱鎖的開關(guān)。

在完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)后，在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)報(bào)文和信號(hào)進(jìn)行定義。本車身網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)是按照\(chéng)"SLOT\"原則[2]（Scaling，Limit，Offeset and Transfer function）對(duì)參數(shù)進(jìn)行定義的，即定義了參數(shù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（以字節(jié)或者位為單位）、物理偏離量及其精度、有效范圍、傳輸功能等。表2以左前組合燈為例說(shuō)明如何在CANoe的數(shù)據(jù)庫(kù)CANdb++中的定義網(wǎng)絡(luò)報(bào)文和信號(hào)。每一個(gè)數(shù)據(jù)幀以消息的形式定義，而數(shù)據(jù)幀中的參數(shù)以信號(hào)的形式定義，同時(shí)還要把節(jié)點(diǎn)上連接的設(shè)備（如開關(guān)、車燈等）以環(huán)境變量的形式定義。左前組合燈數(shù)據(jù)幀的發(fā)送周期為20ms，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為3字節(jié)，ID標(biāo)識(shí)符為0X31。

為了精確研究網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的模型在設(shè)定波特率的情況下的總線負(fù)載和延遲可通過(guò)CANoe立整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功能模型。如建立的模型可利用CAPL語(yǔ)言的基于事件來(lái)描述行為的原理，模仿某一節(jié)點(diǎn)收到報(bào)文是利用程序進(jìn)行處理并且結(jié)果作為一個(gè)控制變量輸出。同時(shí)，通過(guò)設(shè)定LIN調(diào)度表，設(shè)置各組合燈數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送的周期為20ms。發(fā)送的以下程序即是用CAPL語(yǔ)言編程模仿轉(zhuǎn)彎燈的功能（見下圖）。

第三階段根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用CANoe工具進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)工具對(duì)其設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行實(shí)際的監(jiān)測(cè)和測(cè)試。實(shí)施過(guò)程中首先利用數(shù)字仿真進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)需求分析和設(shè)計(jì)；然后進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)和半實(shí)物仿真；最后進(jìn)行全系統(tǒng)集成測(cè)試。實(shí)施過(guò)程中同時(shí)利用CANoe觀察和測(cè)量總線上的數(shù)據(jù)通信統(tǒng)計(jì)情況、動(dòng)態(tài)跟蹤總線上數(shù)據(jù)的內(nèi)容、顯示的消息頻率等相關(guān)信息。

通過(guò)CANoe測(cè)量總線負(fù)載情況，如圖1可知，總線負(fù)載為36.5%，峰值負(fù)載為39.98%，屬于較好的總線運(yùn)行情況，此車身局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)是合理的。

結(jié)束語(yǔ)。本文主要分析了某車型的功能需求，同時(shí)并根據(jù)整車廠商的要求和實(shí)際情況設(shè)計(jì)出了該車的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí)介紹了如何利用CANoe對(duì)車身網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成節(jié)點(diǎn)的開發(fā)和系統(tǒng)的仿真，以便驗(yàn)證方案的可行性。在完成車身網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)后，通過(guò)CANoe的測(cè)量，并根據(jù)總線負(fù)載等相關(guān)信息可判斷本車身電器局域網(wǎng)設(shè)計(jì)是合理的。并且該設(shè)計(jì)已用于重慶某整車廠的某款車型進(jìn)行了上車試驗(yàn)與測(cè)試，其上車測(cè)試結(jié)果比較理想。

參考文獻(xiàn)

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[4] Vector Informatik GmbH．CANoe Installationn Guide，CANoe User Guide，CANdb+ +User Guide[M]．Eberdigen：SATZTEAM Fotosa Neue Medien Gmbh，2002．