基于CAN－LIN總線的汽車車身電控系統(tǒng)仿真研究

鄭 振 陳 林

（湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 十堰442000）

0 引言

現(xiàn)代汽車大都采用控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）方式進(jìn)行聯(lián)系，其中，國際上汽車公司應(yīng)用比較廣的現(xiàn)場總線則是CAN。這種形式的汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)能夠有效地使信息在汽車車載的ECU之間進(jìn)行交換。對(duì)于本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）來說，這種新型低成本串行通信系統(tǒng)則常用于汽車分布電子系統(tǒng)中，能夠使資源共享在CAN總線和LlN總線上得以實(shí)現(xiàn)。本文主要利用CANalyzer軟件進(jìn)行仿真分析，重點(diǎn)針對(duì)CAN－LIN總線的汽車車身電控系統(tǒng)相關(guān)問題進(jìn)行仿真研究討論。

1 依托CANalyzer對(duì)汽車車身電控系統(tǒng)展開仿真

VECTOR公司開發(fā)的CANalyzer軟件（圖1），能夠進(jìn)行CAN總線系統(tǒng)的通用開發(fā)和分析，對(duì)于總線的32位通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和觀察。此軟件可以根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行有效的系統(tǒng)仿真和分析，過數(shù)據(jù)流在CAN總線干預(yù)下發(fā)送到PC卡，完成對(duì)于不同日志文件和評(píng)估窗口的數(shù)據(jù)傳輸，還能夠有效利用傳輸分支從PC卡返回到總線中。此外，可以設(shè)置相關(guān)的系統(tǒng)模塊參數(shù)，還能進(jìn)行相關(guān)模塊功能的有效配置，比如發(fā)生器、過濾器等相關(guān)模塊［1］。

圖1 A;+G/IJ,K軟件主頁面

此次研究的問題，主要包括數(shù)據(jù)傳輸速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的影響、平均延遲時(shí)間對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的影響、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和延遲情況。需要注意以下幾點(diǎn)：（1）在CAN網(wǎng)絡(luò)中的模擬總節(jié)點(diǎn)可以是0～110個(gè)，但是根據(jù)汽車控制的實(shí)際要求，往往模擬的總節(jié)點(diǎn)數(shù)不會(huì)不超過32個(gè)。（2）對(duì)于CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息幀長度來說，其在運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的過程中呈現(xiàn)出隨機(jī)特性。但此次研究中，應(yīng)根據(jù)具體時(shí)間情況確定，要求信息幀的長度并不隨機(jī)，是由實(shí)際情況下的DLC所決定。（3）僅對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)幀進(jìn)行仿真，在發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中，主要包括數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)長度碼、標(biāo)識(shí)符等。

2 仿真方法及結(jié)果分析

2.1 關(guān)于仿真節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型

利用CANalyzer軟件，提出分布式設(shè)計(jì)方案，在充分考慮車窗控制需要涉及功能需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)仿真分析，分析的目的在于對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)路布局的合理性和各個(gè)模型中的節(jié)能功能進(jìn)行探討。在軟件仿真分析的結(jié)果上，對(duì)LIN總線以及CAN總線在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸速度進(jìn)行分析，從而有效得出LIN總線和CAN總線的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化，還能夠?qū)ο嚓P(guān)的LIN總線和CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤率進(jìn)行有效監(jiān)測，并對(duì)數(shù)據(jù)傳播時(shí)延、數(shù)據(jù)傳輸速度與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的影響程度進(jìn)行正確分析。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的作用

為了測試汽車LIN總線和CAN總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度對(duì)于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的影響，可以通過軟件中設(shè)置的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)配置文件Motbus.cfg實(shí)現(xiàn)，首先讓CANalyzer主程序啟動(dòng)，選擇Ig.cfg，使得PC Board中的Baudrate值有所改變，并不改變其他設(shè)置。

經(jīng)過模擬仿真可以看出：（1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度在增加的情況下，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的減?。唬?）網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度沒有一定的關(guān)系，這主要是由于過小的數(shù)據(jù)傳輸速度，導(dǎo)致出現(xiàn)很低的傳輸速率，存在比較少的每秒傳輸?shù)膱?bào)文幀數(shù)量。

所以說，提高網(wǎng)絡(luò)的性能可以通過采用較大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，也就要求有比較高的硬件性能。在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)，在避免浪費(fèi)的情況下，充分利用信道帶寬。

2.3 平均延遲時(shí)間對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的作用

運(yùn)行CANalyzer軟件，選定CANalyzer中的“Measurement SetUp”選項(xiàng)，選擇“插入”，設(shè)定delay＝0ms；其中，數(shù)據(jù)傳輸速度在PC Borad中設(shè)置為500kb／s。當(dāng)仿真開始之后，設(shè)定Busload則應(yīng)該為100%。只對(duì)delay數(shù)值進(jìn)行變更，而不去改變其他信息。

從網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果可以看出：

（1）隨著不斷增加系統(tǒng)的延遲時(shí)間，其網(wǎng)絡(luò)負(fù)載會(huì)變小，越來越接近于0。每秒發(fā)出的報(bào)文幀數(shù)量會(huì)隨著不斷增加系統(tǒng)的延遲時(shí)間而減少。延遲時(shí)間的設(shè)置應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，使得系統(tǒng)能夠具備一定的備用能力（圖2）。

（2）對(duì)于周期性的信息報(bào)文來說，由于其延遲時(shí)間為0，則確定其網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為100%，這就說明報(bào)文已經(jīng)能夠使整個(gè)帶寬基本占滿，系統(tǒng)則不具備備用能力。當(dāng)出現(xiàn)加入新節(jié)點(diǎn)的情況時(shí)，則不能繼續(xù)執(zhí)行，系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出較差的性能。這就說明延遲時(shí)間的改變會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)載

圖2 延時(shí)與負(fù)載關(guān)系圖

不同程度的改變，從而使得系統(tǒng)性能也有所改變。

（3）隨著不斷增長的延遲時(shí)間，會(huì)有更小的網(wǎng)絡(luò)峰值負(fù)載，其中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)峰值負(fù)載差值如果能控制在1%以內(nèi)，則說明具有較為穩(wěn)定的系統(tǒng)。

2.4 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和延遲情況

在CANalyzer軟件中，利用“車窗控制”需要達(dá)到的功能進(jìn)行分析，提出合適的分布式設(shè)計(jì)方案。分析網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和延遲的仿真監(jiān)控，可以得到總線上報(bào)文的發(fā)送次數(shù)直接影響到CAN網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，所以會(huì)存在相當(dāng)小的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，這就說明數(shù)據(jù)傳輸具有可靠性，CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)具有一定的合理性（圖3）。

對(duì)于報(bào)文的周期性發(fā)送的LIN網(wǎng)絡(luò)來說，存在一定密度的網(wǎng)路負(fù)載。另外，由于沒有網(wǎng)絡(luò)競爭，也能說明其可靠性。在進(jìn)行仿真過程中，發(fā)送報(bào)文并沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，則可以說明，本系統(tǒng)方案提出的CAN－LIN網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的可行性。

圖3 A;+節(jié)點(diǎn)傳輸速度與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載

3 結(jié)語

經(jīng)過軟件仿真分析，越長的報(bào)文傳輸?shù)难舆t時(shí)間會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)較小的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，越大的報(bào)文傳輸速度會(huì)出現(xiàn)越小的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。為了達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸在LIN總線上的正確率，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮性價(jià)比，盡量選用傳輸速度在10kb／s以上的LIN接口件，這說明車身電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)中的CAN－LIN總線方案具有一定的可行性。

［1］陸孟雄.汽車CAN總線仿真分析［J］.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（2）