中国科技信息2023年9期

CANoe在电动汽车通讯网络仿真分析中的应用

陈永升1 陈嘉良2

1 河南海威英达重工有限公司 河南省长葛市 461500

2 河南维境新能源汽车有限公司 河南省长葛市 461500

摘要：文章结合某款电动汽车的整车通讯网络系统，利用CANoe软件建立相关通讯网络的仿真模型，通过仿真分析可以准确判断通讯总线网络负载率是否满足设计要求、报文是否存在错误帧、报文数据发送是否正确和完整，可以快速有效的分析整车通讯矩阵的正确性、完整性和可行性，明显缩短整车开发周期和降低开发成本。

关键词：电动汽车；通讯网络；仿真模型；通讯矩阵；

1 引言

    随着电动汽车技术的发展，为了提升驾乘的安全性、舒适性和方便性，相关控制用电器设备数量日益增多，造成依靠传统电器控制方式已不能满足车辆需求，进而发展出通讯总线控制方式，目前总线控制成为电动汽车电器设备控制的主流技术方案，通讯方式有许多种，常见的有CAN、LIN等，其中CAN通讯应用最为广泛。在电动汽车电器系统开发初期，如何对整车通讯总线进行快速的开发及仿真分析尤为重要。

   CANoe是德国Vector公司开发的一套通用的CAN总线系统的开发、测试和分析工具，支持总线网络开发从需求分析到系统实现的整个开发过程,设计开发中建立通讯网络模型和库文件，结合库文件进行通讯的模拟分析，判断通讯网络的数据是否正确、有无错误帧、总线负载率等性能，进行总线通讯数据分析，实现整车网络的快速开发。本文结合某款电动汽车的通讯网络，利用CANoe的仿真分析功能，进行总线的仿真分析验证。

2整车通讯网络原理

   该电动汽车整车通络网络采用CAN通讯方式（SAE分类B类网络标准与协议），网络拓扑采用线性拓扑结构，为了控制总线报文的负载率，保证总线信号的稳定性和可靠性，整车通讯网络分为三路（整车网络、动力网络和充电网络组成），通讯网络中除VCU同时连接整车和动力网络外，其余各电器设备独立连接相关网络，整车总线报文格式采用扩展帧、波特率为250kbps,动力总线报文格式采用标准帧、波特率为500kbps，充电总线报文格式采用扩展帧、波特率为250kbps。通讯网络拓扑结构见图1。

整车CAN通讯网络有车身控制器（BCM）、空调控制器(HVAC)、车载充电机(OBC)、电源管理系统(BMS)、组合仪表（ICM）、中控屏（CCP）等7个节点组成，具体功能说明见表1。

表1 整车CAN网络控制器

    动力CAN通讯网络有整车控制器（VCU）、电机控制器(MCU)、制动防抱死系统(ABS)、安全气囊（SRS）、电动助力转向系统（EPS）等6个节点组成，具体功能说明见表2。

表2 动力CAN网络控制器

    整车CAN总线及动力CAN总线部分报文地址及特性参数明细见表3.

表3  整车报文地址明细

3 CAN通讯总线仿真分析

    整车通讯总线完成开发后，为了验证各总线的负载率是否满足设计值、报文数据发送是否完整、有无错误帧等问题，需要通过快速有效的方法进行虚拟分析，可以利用德国VECTOR公司开发的Canoe软件进行总线仿真、测试和分析。首先结合通讯总线报文信息进行整车通讯总线库文件的编写（CAN_dbc文件建立），将整车通讯网络库文件导入CANoe的仿真界面(simulation step)建立整车通讯仿真模型，运行数据仿真分析，判断通讯总线的报文数据与设计输入的一致性，分析内容如下：

   1）通过trace窗口分析网络各帧报文发送是否正常和完整，判断整车通讯矩阵的完整性；

   2）通过data窗口分析网络各帧报文数据发送是否正常和完整，判断整车通讯矩阵的完整性；

   3）通过frame histogram窗口分析网络各帧报文发送和错误帧情况，判断整车通讯矩阵的完整及正确性；

   4）通过CAN statistics和bus statistics窗口分析网络负载率、错误情况，判断整车通讯矩阵的正确性和可行性。

    下面只以整车CAN通讯总线为例，进行总线负载率、错误帧、通讯矩阵的完整性仿真分析，动力CAN网络和充电CAN网络不再进行分析，使用同样方法即可进行验证。

3.1 建立仿真库文件

   通过Vector中CANdb++ Editor模块建立建立仿真数据库文件G3_vehicle.dbc，根据总线上电子设备建立通讯网络的各通讯节点模型，根据表3《整车报文地址明细》编制相关CAN通讯报文的名称、数据状态、数据位长度、数据起始位和变量。如图2和图3所示。

3.2建立仿真工程

   在Simulation setup中选择networks/can/databases加载G3_vehicle.dbc文件，完成数据库文件的输入，用于报文变量解析,仿真工程见图4。

3.3 整车CAN网络数据跟踪

    运行仿真分析模型，整车CAN网络各帧报文发送正常、CAN网络通讯矩阵设计完整。仿真结果见图5。

3.4 整车CAN网络数据状态

    运行仿真分析模型，整车CAN网络数据状态各帧报文的格式、变量名称、数据为等参数信息正常，CAN网络通讯矩阵设计完整。仿真结果见图6和图7。

3.5  整车CAN网络错误分析

   运行仿真分析模型，整车CAN网络数据状态各帧报文发送正常，无错误，整车CAN网络通讯矩阵设计完整可行。仿真结果见图8和图9。

3.6  整车CAN网络报文负载率分析

    经运行分析整车CAN网络仿真模型，报文负载率10.18%，满足不大于30%的要求，整车CAN网络通讯矩阵设计完整可行。仿真结果见图10。

4 结语

    本文以某款电动汽车CAN通讯网络的设计为研究对象，通过利用CANoe分析软件，建立了整车通讯总线仿真分析模型，通过运行模型，可以分析整车CAN总线上各通讯节点报文参数的正确性，报文数据的完整性、总线负载率是否满足设计需求，在电动汽车通讯网络开发阶段提供了可靠的分析工具，可以快速进行整车通讯网络功能的验证，明显缩短相关设计的开发周期、提升效率和降低开发成本。

参考文献

[1]林程.电动汽车工程手册(第一卷).北京，机械工业出版社，2020.

[2]杨金升.CANoe开发从入门到精通.北京，清华大学出版社，2019.

作者简介

陈永升（1972-），男，河南省长葛市人，大专学历，工程师。

陈嘉良（1998-），男，河南省长葛市人，本科学历，技术员。