基于CAN－LIN總線的汽車車身電控系統仿真研究

鄭 振 陳 林

（湖北工業職業技術學院，湖北 十堰442000）

0 引言

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

1 依托CANalyzer對汽車車身電控系統展開仿真

VECTOR公司開發的CANalyzer軟件（圖1），能夠進行CAN總線系統的通用開發和分析，對于總線的32位通道的數據進行分析和觀察。此軟件可以根據相關要求進行有效的系統仿真和分析，過數據流在CAN總線干預下發送到PC卡，完成對于不同日志文件和評估窗口的數據傳輸，還能夠有效利用傳輸分支從PC卡返回到總線中。此外，可以設置相關的系統模塊參數，還能進行相關模塊功能的有效配置，比如發生器、過濾器等相關模塊［1］。

圖1 A;+G/IJ,K軟件主頁面

此次研究的問題，主要包括數據傳輸速度對網絡負載的影響、平均延遲時間對網絡負載的影響、監控網絡負載和延遲情況。需要注意以下幾點：（1）在CAN網絡中的模擬總節點可以是0～110個，但是根據汽車控制的實際要求，往往模擬的總節點數不會不超過32個。（2）對于CAN網絡的數據信息幀長度來說，其在運行網絡的過程中呈現出隨機特性。但此次研究中，應根據具體時間情況確定，要求信息幀的長度并不隨機，是由實際情況下的DLC所決定。（3）僅對于標準幀進行仿真，在發送的數據幀中，主要包括數據、數據長度碼、標識符等。

2 仿真方法及結果分析

2.1 關于仿真節點結構模型

利用CANalyzer軟件，提出分布式設計方案，在充分考慮車窗控制需要涉及功能需求的基礎上，進行相關的網絡仿真分析，分析的目的在于對系統網路布局的合理性和各個模型中的節能功能進行探討。在軟件仿真分析的結果上，對LIN總線以及CAN總線在網絡上的數據傳輸速度進行分析，從而有效得出LIN總線和CAN總線的網絡負載變化，還能夠對相關的LIN總線和CAN總線的數據傳輸錯誤率進行有效監測，并對數據傳播時延、數據傳輸速度與網絡負載的影響程度進行正確分析。

2.2 數據傳輸速度對網絡負載的作用

為了測試汽車LIN總線和CAN總線網絡數據傳輸速度對于網絡負載的影響，可以通過軟件中設置的汽車CAN網絡配置文件Motbus.cfg實現，首先讓CANalyzer主程序啟動，選擇Ig.cfg，使得PC Board中的Baudrate值有所改變，并不改變其他設置。

經過模擬仿真可以看出：（1）網絡數據傳輸速度在增加的情況下，導致網絡負載的減小；（2）網絡負載與網絡數據傳輸速度沒有一定的關系，這主要是由于過小的數據傳輸速度，導致出現很低的傳輸速率，存在比較少的每秒傳輸的報文幀數量。

所以說，提高網絡的性能可以通過采用較大的網絡數據傳輸速度實現。與此同時，也就要求有比較高的硬件性能。在實際應用過程中，應該從實際情況出發，在避免浪費的情況下，充分利用信道帶寬。

2.3 平均延遲時間對網絡負載的作用

運行CANalyzer軟件，選定CANalyzer中的“Measurement SetUp”選項，選擇“插入”，設定delay＝0ms；其中，數據傳輸速度在PC Borad中設置為500kb／s。當仿真開始之后，設定Busload則應該為100%。只對delay數值進行變更，而不去改變其他信息。

從網絡仿真結果可以看出：

（1）隨著不斷增加系統的延遲時間，其網絡負載會變小，越來越接近于0。每秒發出的報文幀數量會隨著不斷增加系統的延遲時間而減少。延遲時間的設置應根據實際情況而定，使得系統能夠具備一定的備用能力（圖2）。

（2）對于周期性的信息報文來說，由于其延遲時間為0，則確定其網絡負載為100%，這就說明報文已經能夠使整個帶寬基本占滿，系統則不具備備用能力。當出現加入新節點的情況時，則不能繼續執行，系統會表現出較差的性能。這就說明延遲時間的改變會導致網絡系統負載

圖2 延時與負載關系圖

不同程度的改變，從而使得系統性能也有所改變。

（3）隨著不斷增長的延遲時間，會有更小的網絡峰值負載，其中出現網絡負載和網絡峰值負載差值如果能控制在1%以內，則說明具有較為穩定的系統。

2.4 監控網絡負載和延遲情況

在CANalyzer軟件中，利用“車窗控制”需要達到的功能進行分析，提出合適的分布式設計方案。分析網絡負載和延遲的仿真監控，可以得到總線上報文的發送次數直接影響到CAN網絡的負載，所以會存在相當小的網絡負載情況，這就說明數據傳輸具有可靠性，CAN網絡設計具有一定的合理性（圖3）。

對于報文的周期性發送的LIN網絡來說，存在一定密度的網路負載。另外，由于沒有網絡競爭，也能說明其可靠性。在進行仿真過程中，發送報文并沒有出現錯誤，則可以說明，本系統方案提出的CAN－LIN網絡化設計具有較強的可行性。

圖3 A;+節點傳輸速度與網絡負載

3 結語

經過軟件仿真分析，越長的報文傳輸的延遲時間會導致出現較小的網絡負載，越大的報文傳輸速度會出現越小的網絡負載。為了達到數據傳輸在LIN總線上的正確率，應結合實際情況，綜合考慮性價比，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網絡化設計中的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］.常州信息職業技術學院學報，2006（2）