某車型騾車網(wǎng)關(guān)模型實現(xiàn)及驗證

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)模型實現(xiàn)及驗證

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)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。通過仿真和實車測試，充分驗證騾車網(wǎng)關(guān)功能實現(xiàn)的有效性和準確性，達到節(jié)約整車開發(fā)成本和推進整車開發(fā)進度的目的。

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)動機系統(tǒng)性能，在現(xiàn)有標桿車型改裝后安裝某車型的發(fā)動機系統(tǒng)部件，形成驗證騾車，用于發(fā)動機系統(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)標定。某車型的發(fā)動機系統(tǒng)電控單元與標桿車型的發(fā)動機系統(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)實現(xiàn)發(fā)動機系統(tǒng)與標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)動機系統(tǒng)功能實現(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)采用固定的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行必要的轉(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現(xiàn)模型功能，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需求變更時，只需要修改模型即可實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能的更新。本文介紹的是基于Matlab／Simulink模型實現(xiàn)模型網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部邏輯均由Simulink模型實現(xiàn)，模型網(wǎng)關(guān)開發(fā)主要分為以下6個階段：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模型測試；⑤仿真測試；⑥實車驗證。

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)前期風險評估和后期模型搭建的依據(jù)。首先分析某車型和標桿車型網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，確定發(fā)動機騾車動力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（圖1），進而確定騾車網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)2個網(wǎng)段通信數(shù)據(jù)內(nèi)容。如圖1所示，發(fā)動機系統(tǒng)騾車網(wǎng)關(guān)在某車型動力系統(tǒng)網(wǎng)段CAN1和標桿車型動力系統(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)動機系統(tǒng)功能實現(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，制動系統(tǒng)的車速信號等；又要滿足CAN2網(wǎng)段標桿車型變速器系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、四驅(qū)系統(tǒng)所需的發(fā)動機網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，如：發(fā)動機扭矩信號，油門踏板位置信號。

圖1 發(fā)動機騾車動力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

由于某車型發(fā)動機系統(tǒng)與標桿車型網(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，需進行必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)動機系統(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)動機系統(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。

2）標桿車上控制器系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)與發(fā)動機系統(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)動機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)參數(shù)定義進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對于精度高的數(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)動機系統(tǒng)功能需求，如制動系統(tǒng)的車速信號。

3）標桿車上控制器系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，需要通過運算獲取發(fā)動機系統(tǒng)所需接收通信數(shù)據(jù)，騾車網(wǎng)關(guān)進行相關(guān)數(shù)據(jù)運算，如：變速器擋位信號。

4）標桿車上控制器系統(tǒng)未定義發(fā)動機系統(tǒng)所需接收通信數(shù)據(jù)，騾車網(wǎng)關(guān)對這類通信數(shù)據(jù)設(shè)置默認值，且需保證設(shè)置通信數(shù)據(jù)的默認值滿足發(fā)動機系統(tǒng)數(shù)據(jù)標定性能需求，確保騾車整車性能，如變速器最大轉(zhuǎn)矩限制信號。

5）發(fā)動機系統(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)動態(tài)變化，騾車網(wǎng)關(guān)按照發(fā)動機系統(tǒng)數(shù)據(jù)定義的算法進行運算，以達到EMS接收數(shù)據(jù)需求，如Checksum信號。

為保證騾車整車性能，滿足標桿車各個控制器系統(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)動機系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標桿車各控制器系統(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，進而實現(xiàn)接收報文Simulink模型數(shù)據(jù)解析和Simulink模型數(shù)據(jù)到發(fā)送報文的數(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個模塊。

圖3 Simulink主模塊搭建

1）S12目標模塊。S12目標模塊配置Simulink模型的環(huán)境變量，包含配置快速原型工具硬件平臺MCU時鐘、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)管理模塊存儲所有模型相關(guān)數(shù)據(jù)變量，搭建Simulink模型時，直接調(diào)用Uniphi中定義數(shù)據(jù)變量，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的接收存儲、模型內(nèi)部數(shù)據(jù)運算和網(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MCU負載過大。

4）定時觸發(fā)模塊。結(jié)合騾車網(wǎng)關(guān)所需轉(zhuǎn)換到目標網(wǎng)段數(shù)據(jù)量和周期狀態(tài)，合理設(shè)置定時觸發(fā)模塊時間，在滿足保證騾車網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)實時性的同時，最大限度地降低網(wǎng)關(guān)MCU負載。

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

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，實現(xiàn)Simulink模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文ID轉(zhuǎn)換、報文周期調(diào)整、checksum動態(tài)計算、RollingCounter循環(huán)累加和信號的數(shù)值轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)發(fā)動機系統(tǒng)與標桿車型各個控制器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互［1］。

4 Simulink模型測試

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

5 仿真測試

騾車網(wǎng)關(guān)模型生成實時代碼，編譯成S19可執(zhí)行文件后，下載到快速原型硬件平臺中，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車采集數(shù)據(jù)仿真實車環(huán)境，測試騾車網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的準確性、邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換的正確性和功能實現(xiàn)的可靠性。網(wǎng)關(guān)仿真測試見圖4。CANoe測試項目的具體事項見表1。

圖4 網(wǎng)關(guān)仿真測試

表1 CANoe測試項目

6 實車驗證

發(fā)動機騾車改制要求發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、車重、進氣排氣系統(tǒng)與某車型設(shè)計目標盡量保持一致，且要求空調(diào)和暖風系統(tǒng)能夠正常工作，以進行正常的冬季和夏季試驗。為滿足騾車改制需求，騾車網(wǎng)關(guān)需保證發(fā)動機系統(tǒng)和標桿車上變速器系統(tǒng)、制動系統(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)拓撲圖改制騾車網(wǎng)絡(luò)線束，連接騾車網(wǎng)關(guān)，檢測發(fā)動機運行狀態(tài)、變速器擋位切換狀態(tài)、制動系統(tǒng)制動狀態(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)騾車驗證需求，不同的騾車對網(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)實時性變更模型以滿足不同需求，從而加速整車控制系統(tǒng)的驗證過程，節(jié)約整車開發(fā)成本，推進整車開發(fā)進度。

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

［2］李獻，駱志偉．精通MATLAB／Simulink系統(tǒng)仿真［M］．北京：清華大學出版社，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)計與研究工作；孫燦（1981-），男，北京人，碩士，高級工程師，主要從事汽車電子電器方向研究。