CANoe在電動汽車通信網(wǎng)絡(luò)仿真分析中的應(yīng)用

摘要：結(jié)合某款電動汽車的整車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用CANoe軟件建立相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)的仿真模型，通過仿真分析可以準確判斷通信總線網(wǎng)絡(luò)負載率是否滿足設(shè)計要求、報文是否存在錯誤幀、報文數(shù)據(jù)發(fā)送是否正確和完整，可以快速有效地分析整車通信矩陣的正確性、完整性和可行性，明顯縮短整車開發(fā)周期和降低開發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：電動汽車；通信網(wǎng)絡(luò)；仿真模型；通信矩陣

中圖分類號：U469.72 收稿日期：2023-09-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.11.015

1 前言

隨著電動汽車技術(shù)的提高，為了提升駕乘的安全性、舒適性和方便性，相關(guān)控制用電器設(shè)備數(shù)量日益增多，傳統(tǒng)電器控制方式已不能滿足車輛需求，進而發(fā)展出通信總線控制方式。目前總線控制成為電動汽車電器設(shè)備控制的主流技術(shù)方案，通信方式有許多種，常見的有CAN、LIN等，其中CAN通信應(yīng)用最為廣泛。在電動汽車電器系統(tǒng)開發(fā)初期，如何對整車通信總線進行快速的開發(fā)及仿真分析尤為重要［1］。

CANoe是德國Vector公司開發(fā)的一套通用的CAN總線系統(tǒng)的開發(fā)、測試和分析工具，支持總線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)從需求分析到系統(tǒng)實現(xiàn)的整個開發(fā)過程，設(shè)計開發(fā)中建立通信網(wǎng)絡(luò)模型和庫文件，結(jié)合庫文件進行通信的模擬分析，判斷通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)是否正確、有無錯誤幀、總線負載率等性能，進行總線通信數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)整車網(wǎng)絡(luò)的快速開發(fā)［2］。本文結(jié)合某款電動汽車的通信網(wǎng)絡(luò)，利用CANoe的仿真分析功能，進行總線的仿真分析驗證。

2 整車通信網(wǎng)絡(luò)原理

該電動汽車整車通絡(luò)網(wǎng)絡(luò)采用CAN通信方式（SAE分類B類網(wǎng)絡(luò)標準與協(xié)議），網(wǎng)絡(luò)拓撲采用線性拓撲結(jié)構(gòu)，為了控制總線報文的負載率，保證總線信號的穩(wěn)定性和可靠性，整車通信網(wǎng)絡(luò)分為三路（整車網(wǎng)絡(luò)、動力網(wǎng)絡(luò)和充電網(wǎng)絡(luò)），通信網(wǎng)絡(luò)中除VCU同時連接整車和動力網(wǎng)絡(luò)外，其余各電器設(shè)備獨立連接相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，整車總線報文格式采用擴展幀、波特率為250 kbps，動力總線報文格式采用標準幀、波特率為500 kbps，充電總線報文格式采用擴展幀、波特率為250 kbps。通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)見圖1。

整車CAN通信網(wǎng)絡(luò)有車身控制器（BCM）、空調(diào)控制器（HVAC）、車載充電機（OBC）、電源管理系統(tǒng)（BMS）、組合儀表（ICM）、中控屏（CCP）等7個節(jié)點組成，具體功能說明見表1。

動力CAN通信網(wǎng)絡(luò)有整車控制器（VCU）、電機控制器（MCU）、制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、安全氣囊（SRS）、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）等6個節(jié)點組成，具體功能說明見表2。

整車CAN總線及動力CAN總線部分報文地址及特性參數(shù)明細見表3。

3 CAN通信總線仿真分析

整車通信總線完成開發(fā)后，為了驗證各總線的負載率是否滿足設(shè)計值、報文數(shù)據(jù)發(fā)送是否完整、有無錯誤幀等問題，需要通過快速有效的方法進行虛擬分析，可以利用德國VECTOR公司開發(fā)的Canoe軟件進行總線仿真、測試和分析。首先結(jié)合通信總線報文信息進行整車通信總線庫文件的編寫（CAN_dbc文件建立），將整車通信網(wǎng)絡(luò)庫文件導(dǎo)入CANoe的仿真界面（simulation step）建立整車通信仿真模型，運行數(shù)據(jù)仿真分析，判斷通信總線的報文數(shù)據(jù)與設(shè)計輸入的一致性，分析內(nèi)容如下：

a.通過trace窗口分析網(wǎng)絡(luò)各幀報文發(fā)送是否正常和完整，判斷整車通信矩陣的完整性。

b.通過data窗口分析網(wǎng)絡(luò)各幀報文數(shù)據(jù)發(fā)送是否正常和完整，判斷整車通信矩陣的完整性。

c.通過frame histogram窗口分析網(wǎng)絡(luò)各幀報文發(fā)送和錯誤幀情況，判斷整車通信矩陣的完整及正確性。

d.通過CAN statistics和bus statistics窗口分析網(wǎng)絡(luò)負載率、錯誤情況，判斷整車通信矩陣的正確性和可行性。

下面以整車CAN通信總線為例，進行總線負載率、錯誤幀、通信矩陣的完整性仿真分析，動力CAN網(wǎng)絡(luò)和充電CAN網(wǎng)絡(luò)不再進行分析，使用同樣方法即可進行驗證。

3.1 建立仿真庫文件

通過Vector中CANdb++Editor模塊建立仿真數(shù)據(jù)庫文件G3_vehicle.dbc，根據(jù)總線上電子設(shè)備建立通信網(wǎng)絡(luò)的各通信節(jié)點模型，根據(jù)表3《整車報文地址明細》編制相關(guān)CAN通信報文的名稱、數(shù)據(jù)狀態(tài)、數(shù)據(jù)位長度、數(shù)據(jù)起始位和變量，如圖2和圖3所示。

3.2 建立仿真工程

在Simulation setup中選擇networks/can/databases加載G3_vehicle .dbc文件，完成數(shù)據(jù)庫文件的輸入，用于報文變量解析，仿真工程見圖4。

3.3 整車CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)跟蹤

運行仿真分析模型，整車CAN網(wǎng)絡(luò)各幀報文發(fā)送正常、CAN網(wǎng)絡(luò)通信矩陣設(shè)計完整。仿真結(jié)果見圖5。

3.4 整車CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)狀態(tài)

運行仿真分析模型，整車CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)狀態(tài)各幀報文的格式、變量名稱、數(shù)據(jù)為等參數(shù)信息正常，CAN網(wǎng)絡(luò)通信矩陣設(shè)計完整。仿真結(jié)果見圖6和圖7。

3.5 整車CAN網(wǎng)絡(luò)錯誤分析

運行仿真分析模型，整車CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)狀態(tài)各幀報文發(fā)送正常，無錯誤，整車CAN網(wǎng)絡(luò)通信矩陣設(shè)計完整可行。

3.6 整車CAN網(wǎng)絡(luò)報文負載率分析

經(jīng)運行分析整車CAN網(wǎng)絡(luò)仿真模型，報文負載率10.18%，滿足不大于30%的要求，整車CAN網(wǎng)絡(luò)通信矩陣設(shè)計完整可行。仿真結(jié)果見圖8。

4 結(jié)語

本文以某款電動汽車CAN通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計為研究對象，通過利用CANoe分析軟件，建立了整車通信總線仿真分析模型。通過運行模型，可以分析整車CAN總線上各通信節(jié)點報文參數(shù)的正確性、報文數(shù)據(jù)的完整性，以及總線負載率是否滿足設(shè)計需求。本文為電動汽車通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)階段提供了可靠的分析案例，可以快速進行整車通信網(wǎng)絡(luò)功能的驗證，明顯縮短相關(guān)設(shè)計的開發(fā)周期、提升效率和降低開發(fā)成本。

參考文獻：

[1]林程.電動汽車工程手冊（第一卷）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2020.

[2]楊金升.CANoe開發(fā)從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2019.

作者簡介：

陳永升，男，1972年生，工程師，研究方向為新能源車輛核心技術(shù)研發(fā)。