杜文龍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

標準·法規(guī)·管理

淺述某重卡網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)與應用

杜文龍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章以某重卡的網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)為例，淺述了整車網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)流程，以較全面的網(wǎng)絡系統(tǒng)設計思路以及多維度網(wǎng)絡測試驗證的手段，保證了整車網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性，為相關整車網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)提供一定的參考。

網(wǎng)絡開發(fā)；系統(tǒng)設計；網(wǎng)絡測試

CLC NO.:U463.9 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)13-171-03

前言

近年來，客戶對商用車整車安全性、舒適性方面的要求越來越高，而且重型商用車司機趨向于年輕化，對整車的駕乘智能化的需求也逐漸增大。為匹配客戶日益增高的功能需求，商用車上電氣控制模塊數(shù)量越來越多。CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)日趨復雜，使得整車總線開發(fā)風險也隨之增大。因此，在網(wǎng)絡設計及開發(fā)階段，需求多途徑多維度的驗證，盡早的識別出缺陷及風險是十分必要的。本文將從某重卡的開發(fā)流程、系統(tǒng)設計、測試驗證等幾個方面來介紹重卡網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)和應用。

1 網(wǎng)絡開發(fā)流程

網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)遵循V字型開發(fā)模式，并貫穿于整個ECU的開發(fā)過程。開發(fā)過程包括5個階段，分別是項目準備、需求規(guī)范制定、系統(tǒng)設計、測試開發(fā)以及測試實施。各階段使用的開發(fā)工具是基于Vector公司的網(wǎng)絡測試工具鏈，主要包括CANoe、CANstress、CANscope等，整個流程如下圖所示：

圖1

V型圖左邊是網(wǎng)絡設計任務，一般為通過市場調(diào)研熟悉客戶對車型的配置需求，作為總線系統(tǒng)的設計輸入，依據(jù)制定的網(wǎng)絡需求規(guī)范，完成整車網(wǎng)絡設計工作。V型圖右邊是測試實施工作，驗證技術手段包括總線仿真驗證、零部件級網(wǎng)絡測試以及系統(tǒng)級網(wǎng)絡測試。而測試開發(fā)階段為主要為ECU供應商根據(jù)需求規(guī)范，測試結果等輸入，修訂軟硬件設計，實現(xiàn)網(wǎng)絡規(guī)范定義的過程。

2 網(wǎng)絡系統(tǒng)設計

2.1 網(wǎng)絡需求規(guī)范制定

網(wǎng)絡需求規(guī)范制定分為兩個部分，包括網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范和網(wǎng)絡測試規(guī)范。

網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范是基于SAE J1939與CAN2.0等上層協(xié)議，規(guī)定了網(wǎng)絡各層級的設計要求，搭建平臺性的網(wǎng)絡需求，具體定義的協(xié)議規(guī)范如下表：

表1

網(wǎng)絡測試是驗證網(wǎng)絡開發(fā)過程是否依據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范開展的重要手段，測試標準必須執(zhí)行網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范的定義，也需要全面覆蓋網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)定的內(nèi)容。網(wǎng)絡測試規(guī)范需求定義以下內(nèi)容：

表2

2.2 整車通訊設計

整車通訊設計主要依據(jù)各控制器的功能需求，同時也充分考慮總線的負載要求。負載率為單位時間內(nèi)通信時間所占的時間比率，一般設計總線負載率不超過30%，最大不超過60%。根據(jù)以上原則，確認該重卡的整車通訊矩陣。

2.3 整車網(wǎng)絡方案設計

通過市場調(diào)研、標桿對比，以及前瞻性的規(guī)劃，確認整車配置。以平臺架構為基礎，梳理各零部件的通訊需求，充分考慮未來汽車電子系統(tǒng)的擴展空間，最終確認了整車網(wǎng)絡方案：

1）整車共有18個控制器，分為2個網(wǎng)段，由車身控制器（BCM）集成網(wǎng)關功能；

2）通信協(xié)議遵守SAE J1939標準，網(wǎng)絡通信速率為250Kbps，采用29位CAN標示符；

3）根據(jù)整車通訊需求，定義整車通訊矩陣；

4）網(wǎng)絡驗證工作任務包含總線仿真驗證、零部件級網(wǎng)絡測試、系統(tǒng)級網(wǎng)絡測試。

3 網(wǎng)絡測試驗證

為驗證網(wǎng)絡設計的質(zhì)量以及整車網(wǎng)絡的可靠性，需求在不同維度對網(wǎng)絡設計進行驗證。在網(wǎng)絡設計維度使用殘余總線仿真技術對網(wǎng)絡拓撲設計的合理性進行驗證，在零部件級維度通過零部件接口通訊測試規(guī)范、網(wǎng)關路由測試、網(wǎng)絡管理測試對其可靠性進行驗證，在系統(tǒng)級維度通過系統(tǒng)集成測試對其實時性和魯棒性進行驗證。

3.1 殘余總線仿真驗證

殘余總線仿真分析可以實現(xiàn)驗證CAN網(wǎng)絡協(xié)議的正確性和合理性，從總線負載、周期偏差、錯誤幀干擾、擴展性能等方面為網(wǎng)絡設計的合理性提供評價依據(jù)。殘余總線仿真是基于CANoe的軟件仿真技術，需求輸入定義完整的通訊數(shù)據(jù)庫DBC文件，利用CAPL語言編寫腳本，以實現(xiàn)在Simulated Bus中觀察總線負載、報文延時、發(fā)送頻率、以及其他總線狀態(tài)等信息，為網(wǎng)絡設計階段的校核評價提供依據(jù)。

圖2

3.2 零部件級網(wǎng)絡測試

零部件網(wǎng)絡測試主要從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層、網(wǎng)絡管理等方面對零部件的可靠性進行驗證。其中物理層的測試主要有總線電平、終端電阻、波形質(zhì)量等，數(shù)據(jù)鏈路層測試主要有為位時間、采樣點、負載、報文格式等，應用層測試主要有故障輸入，Busoff表現(xiàn)等，網(wǎng)絡管理測試主要有總線開啟、關閉及NM節(jié)點的建環(huán)及喚醒策略等。主要的測試環(huán)境如下：

圖3

3.3 系統(tǒng)級網(wǎng)絡測試

系統(tǒng)級網(wǎng)絡測試包括臺架網(wǎng)絡測試以及實車網(wǎng)絡測試，其中網(wǎng)絡臺架系統(tǒng)測試，主要目的是在試制車下線前，使用整車零部件搭建一個系統(tǒng)的網(wǎng)絡環(huán)境，在此環(huán)境下進行預防性的測試驗證，提前發(fā)現(xiàn)問題，降低試制階段網(wǎng)絡問題集中爆發(fā)的風險。實車網(wǎng)絡測試是針對整車網(wǎng)絡系統(tǒng)的最終驗證，確保最終狀態(tài)的車輛網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性。實車測試部分數(shù)據(jù)如下圖：

圖4 實車總線電平測試

圖5 實車busoff恢復測試

圖6 實車睡眠轉(zhuǎn)換測試

4 結束語

商用車CAN網(wǎng)絡的應用逐漸趨向高端智能化方向發(fā)展，網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)風險逐漸增高。多維度的測試驗證是保證整車網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性的關鍵技術手段。通過本文可以初步了解重卡網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)流程和應用規(guī)劃，為相關整車網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)提供一定的參考。

[1] 李平.基于CAN-BUS的汽車車載網(wǎng)絡系統(tǒng).

[2] 孟超,楊彥召.乘用車網(wǎng)絡測試技術與應用.

Development and Application of Network System on the Heavy Truck

Du Wenlong
( Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

In this paper, a heavy truck is taken as an example to describe the vehicle network system development process. With a comprehensive network system design ideas and a wide range of network test verification means to ensure the reliability of the network system, as a reference for other vehicles.

Network development; System design; Network test

U463.9

B

1671-7988 (2017)13-171-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.059

杜文龍，男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車技術中心，從事電器設計工作，研究方向為車載網(wǎng)絡技術。