某車型騾車網(wǎng)關(guān)模型實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證

何丹丹，葉小平，孫燦

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

某車型騾車網(wǎng)關(guān)模型實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證

何丹丹，葉小平，孫燦

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

基于Matlab／Simulink模型搭建騾車網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。通過仿真和實(shí)車測(cè)試，充分驗(yàn)證騾車網(wǎng)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的有效性和準(zhǔn)確性，達(dá)到節(jié)約整車開發(fā)成本和推進(jìn)整車開發(fā)進(jìn)度的目的。

網(wǎng)關(guān)；Matlab／Simulink；模型；網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)

整車開發(fā)初期，為考察發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能，在現(xiàn)有標(biāo)桿車型改裝后安裝某車型的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)部件，形成驗(yàn)證騾車，用于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)零件空間的裝配檢查和最初性能數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)標(biāo)定。某車型的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電控單元與標(biāo)桿車型的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電控單元的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口差異較大，騾車網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與標(biāo)桿車型的變速器系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)以及儀表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)需求。

騾車網(wǎng)關(guān)分為定制網(wǎng)關(guān)和模型網(wǎng)關(guān)。定制網(wǎng)關(guān)采用固定的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)發(fā)，靈活性差、開發(fā)成本高、周期長。模型網(wǎng)關(guān)依據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需求搭建模型，并在快速原型硬件工具上實(shí)現(xiàn)模型功能，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需求變更時(shí)，只需要修改模型即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能的更新。本文介紹的是基于Matlab／Simulink模型實(shí)現(xiàn)模型網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部邏輯均由Simulink模型實(shí)現(xiàn)，模型網(wǎng)關(guān)開發(fā)主要分為以下6個(gè)階段：①輸入輸出數(shù)據(jù)狀態(tài)表制定；②DBC數(shù)據(jù)庫配置；③Simulink模型搭建；④Simulink模型測(cè)試；⑤仿真測(cè)試；⑥實(shí)車驗(yàn)證。

1 輸入輸出數(shù)據(jù)狀態(tài)表制定

輸入輸出數(shù)據(jù)狀態(tài)表，是騾車網(wǎng)關(guān)開發(fā)前期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和后期模型搭建的依據(jù)。首先分析某車型和標(biāo)桿車型網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)騾車動(dòng)力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖1），進(jìn)而確定騾車網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)2個(gè)網(wǎng)段通信數(shù)據(jù)內(nèi)容。如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)騾車網(wǎng)關(guān)在某車型動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)段CAN1和標(biāo)桿車型動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)段CAN2之間轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，既要滿足CAN1網(wǎng)段發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)所需的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，如：變速器系統(tǒng)的擋位信號(hào)，制動(dòng)系統(tǒng)的車速信號(hào)等；又要滿足CAN2網(wǎng)段標(biāo)桿車型變速器系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、四驅(qū)系統(tǒng)所需的發(fā)動(dòng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，如：發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩信號(hào)，油門踏板位置信號(hào)。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)騾車動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

由于某車型發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與標(biāo)桿車型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)定義的差異性，騾車網(wǎng)關(guān)在轉(zhuǎn)發(fā)CAN1網(wǎng)段和CAN2網(wǎng)段數(shù)據(jù)的同時(shí)，需進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)接收網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換遵循以下規(guī)則。

1）標(biāo)桿車上控制器系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所需網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)參數(shù)定義相同，騾車網(wǎng)關(guān)直接轉(zhuǎn)發(fā)此類網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，如變速器的MIL故障信號(hào)。

2）標(biāo)桿車上控制器系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所需接收通信數(shù)據(jù)參數(shù)定義不相同，騾車網(wǎng)關(guān)按照發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)參數(shù)定義進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)于精度高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成精度低的數(shù)據(jù)，需要考慮數(shù)據(jù)偏差是否能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功能需求，如制動(dòng)系統(tǒng)的車速信號(hào)。

3）標(biāo)桿車上控制器系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，需要通過運(yùn)算獲取發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所需接收通信數(shù)據(jù)，騾車網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)算，如：變速器擋位信號(hào)。

4）標(biāo)桿車上控制器系統(tǒng)未定義發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所需接收通信數(shù)據(jù)，騾車網(wǎng)關(guān)對(duì)這類通信數(shù)據(jù)設(shè)置默認(rèn)值，且需保證設(shè)置通信數(shù)據(jù)的默認(rèn)值滿足發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)定性能需求，確保騾車整車性能，如變速器最大轉(zhuǎn)矩限制信號(hào)。

5）發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所需接收通信數(shù)據(jù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化，騾車網(wǎng)關(guān)按照發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)定義的算法進(jìn)行運(yùn)算，以達(dá)到EMS接收數(shù)據(jù)需求，如Checksum信號(hào)。

為保證騾車整車性能，滿足標(biāo)桿車各個(gè)控制器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)需求，騾車網(wǎng)關(guān)按照相同的方式，將發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)桿車各控制器系統(tǒng)所需接收數(shù)據(jù)形式。網(wǎng)關(guān)輸入輸出數(shù)據(jù)狀態(tài)表中制定所有騾車網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)形式，并明確CAN1網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和CAN2網(wǎng)段網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文參數(shù)定義。

2 DBC數(shù)據(jù)庫配置

配置騾車網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)庫DBC文件，使用數(shù)據(jù)庫DBC文件生成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的Simlink模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)接收?qǐng)?bào)文Simulink模型數(shù)據(jù)解析和Simulink模型數(shù)據(jù)到發(fā)送報(bào)文的數(shù)據(jù)映射，完成模型與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交互。DBC數(shù)據(jù)庫配置流程見圖2。

圖2 DBC數(shù)據(jù)庫配置流程

3 Simulink模型搭建

騾車網(wǎng)關(guān)模型搭建包含Simulink主模塊的搭建和Simulink內(nèi)部模型的搭建。

3.1 Simulink主模塊

Simulink主模塊搭建見圖3。Simulink主模塊是騾車網(wǎng)關(guān)模型主架構(gòu)和主程序入口，其包含以下5個(gè)模塊。

圖3 Simulink主模塊搭建

1）S12目標(biāo)模塊。S12目標(biāo)模塊配置Simulink模型的環(huán)境變量，包含配置快速原型工具硬件平臺(tái)MCU時(shí)鐘、CAN通信端口參數(shù)、模型代碼生成方式、編譯器路徑及刷寫地址。

2）Uniphi數(shù)據(jù)管理模塊。Uniphi數(shù)據(jù)管理模塊存儲(chǔ)所有模型相關(guān)數(shù)據(jù)變量，搭建Simulink模型時(shí)，直接調(diào)用Uniphi中定義數(shù)據(jù)變量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的接收存儲(chǔ)、模型內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的賦值。

3）CAN接口中斷處理模塊。CAN模塊包含MSCAN Manager模塊、MSCAN Transmit模塊和MSCAN Receive模塊。MSCAN Manager模塊定義CAN接收發(fā)送數(shù)據(jù)觸發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)軟件緩沖區(qū)與硬件緩沖區(qū)中的交互。發(fā)送模塊MSCAN Transmit和接收模塊MSCAN Receive使用MSCAN Manager模塊指定CAN數(shù)據(jù)觸發(fā)方式（定時(shí)觸發(fā)或中斷觸發(fā)）。在騾車網(wǎng)關(guān)Simulink模型中，接收CAN數(shù)據(jù)采用中斷觸發(fā)方式，以保證模型數(shù)據(jù)處于最新狀態(tài)；發(fā)送CAN數(shù)據(jù)采用定時(shí)觸發(fā)方式，以避免騾車網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量大，而引起的快速原型硬件平臺(tái)MCU負(fù)載過大。

4）定時(shí)觸發(fā)模塊。結(jié)合騾車網(wǎng)關(guān)所需轉(zhuǎn)換到目標(biāo)網(wǎng)段數(shù)據(jù)量和周期狀態(tài)，合理設(shè)置定時(shí)觸發(fā)模塊時(shí)間，在滿足保證騾車網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的同時(shí)，最大限度地降低網(wǎng)關(guān)MCU負(fù)載。

5）刷寫模塊。從S12目標(biāo)模塊獲取必要的刷寫配置信息，生成刷寫底層驅(qū)動(dòng)文件。

3.2 Simulink內(nèi)部模型

Simulink內(nèi)部模型是騾車網(wǎng)關(guān)模型的主體實(shí)現(xiàn)，按照騾車網(wǎng)關(guān)輸入輸出數(shù)據(jù)狀態(tài)表中定義的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式，實(shí)現(xiàn)Simulink模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文ID轉(zhuǎn)換、報(bào)文周期調(diào)整、checksum動(dòng)態(tài)計(jì)算、RollingCounter循環(huán)累加和信號(hào)的數(shù)值轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與標(biāo)桿車型各個(gè)控制器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互［1］。

4 Simulink模型測(cè)試

騾車網(wǎng)關(guān)模型中存在數(shù)據(jù)運(yùn)算模型，若每次建模后直接刷寫到快速原型硬件平臺(tái)中進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，將導(dǎo)致模型的頻繁刷寫、操作流程繁瑣且驗(yàn)證時(shí)間長。騾車網(wǎng)關(guān)使用Simulink模型測(cè)試方式，選用常數(shù)作為數(shù)據(jù)運(yùn)算模型數(shù)據(jù)輸入，Simulink／display模塊作為數(shù)據(jù)運(yùn)算模型數(shù)據(jù)輸出，通過Simulink模型軟件仿真的方式，驗(yàn)證數(shù)據(jù)運(yùn)算模型實(shí)現(xiàn)的正確性［2］。

5 仿真測(cè)試

騾車網(wǎng)關(guān)模型生成實(shí)時(shí)代碼，編譯成S19可執(zhí)行文件后，下載到快速原型硬件平臺(tái)中，CANoe采用IG模塊配置周期和事件觸發(fā)數(shù)據(jù)，CAPL仿真控制器和回放實(shí)車采集數(shù)據(jù)仿真實(shí)車環(huán)境，測(cè)試騾車網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的準(zhǔn)確性、邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換的正確性和功能實(shí)現(xiàn)的可靠性。網(wǎng)關(guān)仿真測(cè)試見圖4。CANoe測(cè)試項(xiàng)目的具體事項(xiàng)見表1。

圖4 網(wǎng)關(guān)仿真測(cè)試

表1 CANoe測(cè)試項(xiàng)目

6 實(shí)車驗(yàn)證

發(fā)動(dòng)機(jī)騾車改制要求發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車重、進(jìn)氣排氣系統(tǒng)與某車型設(shè)計(jì)目標(biāo)盡量保持一致，且要求空調(diào)和暖風(fēng)系統(tǒng)能夠正常工作，以進(jìn)行正常的冬季和夏季試驗(yàn)。為滿足騾車改制需求，騾車網(wǎng)關(guān)需保證發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和標(biāo)桿車上變速器系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、四驅(qū)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的正常交互。按照騾車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D改制騾車網(wǎng)絡(luò)線束，連接騾車網(wǎng)關(guān)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、變速器擋位切換狀態(tài)、制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)狀態(tài)、空調(diào)制冷制熱狀態(tài)以及儀表顯示狀態(tài)。若控制器狀態(tài)異常，則分析原因并更新騾車網(wǎng)關(guān)模型。

7 結(jié)論

在整車開發(fā)初期有多種控制系統(tǒng)騾車驗(yàn)證需求，不同的騾車對(duì)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能需求不同，采用模型網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)性變更模型以滿足不同需求，從而加速整車控制系統(tǒng)的驗(yàn)證過程，節(jié)約整車開發(fā)成本，推進(jìn)整車開發(fā)進(jìn)度。

［1］余盛威．MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2014．

［2］李獻(xiàn)，駱志偉．精通MATLAB／Simulink系統(tǒng)仿真［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2015．

（編輯 心翔）

Implementation and Verification of A Vehicle Mule Car Gateway Model

HE Dan-dan，YE Xiao-ping，Sun Can

（BAIC Motor Technology Centre，Beijing 101300，China）

This article introduces the mule car gateway model establishment based on Matlab／Simulink，and realizes communication data forward through network.Validity and accuracy of the gateway model has been verified by simulation and vehicle test，which saves vehicle development cost and advances the whole development process.

gateway；Matlab／Simulink；model；network communication data

U463.6

A

1003－8639（2017）02－0041－03

2016-07-12；

2016-10-10

何丹丹（1982-），女，內(nèi)蒙古人，碩士，工程師，主要從事汽車整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)工作；葉小平（1982-），男，安徽人，碩士，主要從事汽車整車性能設(shè)計(jì)與研究工作；孫燦（1981-），男，北京人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事汽車電子電器方向研究。