基于ＣＡＮｏｅ的車身控制器ＣＡＮ／ＬＩＮ網絡設計方法

摘要：本文以國內某車型車身電器平臺為對象，構建了車身控制器的CAN/LIN網絡。在設計過程中，采用CANoe對網絡的拓撲結構、層次結構模型、應用層數據定義、LIN總線調度表及總線波特率進行了仿真與優化，并根據仿真結果來分析車身網絡設計的合理性．

關鍵詞：CAN/LIN總線；CANoe；設計方法；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，使其電子設備不斷的增多，如電動座椅、電動天窗、電動門窗、電子助力轉向系統、空調系統等，而使用傳統的布線連接方式，不僅使線束變得更加粗大、質量增加，使車內可利用的空間變小，而且由于線路復雜，故障率增加，還會給維修帶來很大的不便。網絡化的電子設備的廣泛使用提高了汽車電子控制系統之間快速通信、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等已成為現代汽車網絡總線的關鍵技術。而目前基于CAN/LIN網絡進行仿真、分析和監控的工具并不多。筆者介紹了如何利用Vector公司的CANoe進行仿真設計車身控制器局域網絡的方法。

2 車身CAN/LIN網絡總體方案設計

CAN/LIN總線車身系統設計主要分為三個階段[3]，車身電器功能分析、設計車身網絡結構、制定網絡應用層協議。

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

從表1中可以看出，車載燈光電器根據在車身的位置，主要分為三個部分，左前燈部分，右前燈部分，后組合燈部分，每個部分根據控制的要求制定不同的控制方式，傳統方式是采用本地控制接入，每個電器的供電和保護均接入到車載總繼電器盒，而網絡控制采用網絡線將控制信息發送到每個網絡節點上，每個電器的供電和保護則實現分散和集中的方式接入到車載電器控制盒，合理的分配電力負荷。

第二階段，根據功能的劃分設計合理的網絡架構，包括網絡拓撲結構、總線類型、節點劃分。

根據前面的整車車身電器的控制要求，將車身系統分為2個子網絡系統--CAN總線系統和LIN總線系統，兩個系統通過CAN/LIN網關進行信息交換。采用CANOE（CAN Open Environment）軟件建立網絡拓撲節點圖，并根據每個節點的功能特點，采用數據庫編輯工具CANdb++建立相應的庫文件。庫內容包括節點網絡輸入輸出要求，網絡傳輸速率，節點功能定義和劃分等。

在整個網絡中，車身CAN網絡由車燈CAN/LIN網關節點、車門網關節點、儀表節點、視聽系統節點等節點構成。車身LIN網絡系統則由車燈LIN網絡子系統和車門LIN網絡子系統構成。車燈網絡子系統由一個車燈主節點和3個從節點構成。車燈主節點是一個CAN的網關，一方面作為CAN網絡的一個節點，負責CAN網絡和LIN網絡信息的交換；另一方面是車燈LIN網絡的主機節點，負責車燈信號的采集和將信號發送到相應的車燈從節點。車門部分組成一個LIN網絡，由一個主機節點和2個從節點構成。左前門節點是CAN網絡的一個節點，同時也是LIN網絡門模塊的主節點，并可根據輸入的開關量控制其它車窗升降、后視鏡的調節、門鎖的開關和行李箱鎖的開關。

在完成網絡拓撲結構的設計后，在數據庫中對報文和信號進行定義。本車身網絡中的參數是按照\"SLOT\"原則[2]（Scaling，Limit，Offeset and Transfer function）對參數進行定義的，即定義了參數的數據長度（以字節或者位為單位）、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明如何在CANoe的數據庫CANdb++中的定義網絡報文和信號。每一個數據幀以消息的形式定義，而數據幀中的參數以信號的形式定義，同時還要把節點上連接的設備（如開關、車燈等）以環境變量的形式定義。左前組合燈數據幀的發送周期為20ms，數據長度為3字節，ID標識符為0X31。

為了精確研究網絡節點的模型在設定波特率的情況下的總線負載和延遲可通過CANoe立整個系統的動態功能模型。如建立的模型可利用CAPL語言的基于事件來描述行為的原理，模仿某一節點收到報文是利用程序進行處理并且結果作為一個控制變量輸出。同時，通過設定LIN調度表，設置各組合燈數據報文發送的周期為20ms。發送的以下程序即是用CAPL語言編程模仿轉彎燈的功能（見下圖）。

第三階段根據網絡架構，采用CANoe工具進行實現，并通過工具對其設計的網絡架構進行實際的監測和測試。實施過程中首先利用數字仿真進行網絡需求分析和設計；然后進行節點的實現和半實物仿真；最后進行全系統集成測試。實施過程中同時利用CANoe觀察和測量總線上的數據通信統計情況、動態跟蹤總線上數據的內容、顯示的消息頻率等相關信息。

通過CANoe測量總線負載情況，如圖1可知，總線負載為36.5%，峰值負載為39.98%，屬于較好的總線運行情況，此車身局域網的設計是合理的。

結束語。本文主要分析了某車型的功能需求，同時并根據整車廠商的要求和實際情況設計出了該車的網絡結構。同時介紹了如何利用CANoe對車身網絡進行設計，完成節點的開發和系統的仿真，以便驗證方案的可行性。在完成車身網絡的設計后，通過CANoe的測量，并根據總線負載等相關信息可判斷本車身電器局域網設計是合理的。并且該設計已用于重慶某整車廠的某款車型進行了上車試驗與測試，其上車測試結果比較理想。

參考文獻

[1] 馬春紅， 王旭東， 呂寶良等. 基于CAN/L IN總線的車燈控制系統的設計[J]. 哈爾濱理工大學學報.2006(2):116-119

[2] The Truck Bm 'Control and CommuI1icatioIls Network Subcommittee 0f the Track Bus Electrical Committee [S]，SAE J1939-71，AppOrtion Layer，1997．

[3] 汽車總線設計及測試寶典 --汽車電子工程師必備.電子工程專輯. www.EETChina.com

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