汽车网络通信半实物仿真平台设计与实现

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汽车工业经历了100多年的发展,从开始只是作为运输或者代步工具已经发展为集娱乐、办公、交通和通信等为一体的智能工具。在这个发展过程中,汽车电子化极大的延伸了汽车的功能,极大的提升了汽车的操控性、动力性、舒适性和安全性等各项性能和智能化程度。近年来,人们对汽车舒适性和豪华性的要求的增加以及政府对尾气排放的要求的越来越高,使得汽车电控系统变得越来越复杂,从而使汽车上配置的电控单元的数量也逐渐增多。多个电控单元之间需要相互通信,共享信息来达到协调工作的目的,这就组成了车载网络。车载网络技术的应用在汽车工业的发展进程中起到了极大的推动作用。车载网络的设计在整车电子电气架构中占据了十分重要的位置,对车载网络系统性能的分析与评价是系统设计的不可缺少的一个步骤。而在实际开发过程中,测试环境的搭建非常困难,在网络协议设计阶段,所有的电控单元或者部分电控单元没有被开发完成,所以以往常采用的方法有定量分析法、数学分析法、整车仿真法等,或者是在整车开发完成后在实车环境测试。这些方法都有其局限性,而且效果也不是很好。定量分析法和数学分析法是纯理论测试,不能反映网络的真实运行情况,整车仿真对测试人员要求较高,且网络运行情况过于理想,这些方法难以发现网络实际运行过程中存在的问题。而实车环境测试需要在整车开发完成后,这时候所有的部件已经开发完成,如果此时发现问题,又要对有问题的模块进行重新设计、重新发开、重新测试等,极大延长了开发周期,增加了开发和人力成本。所以急需一种方法,可以在网络设计初期对网络进行完整的测试,发现并解决问题,为后期的实车测试打下良好的基础,从而降低测试及开发成本,缩短开发周期。半实物仿真技术通过搭建高可靠的软硬件测试环境,可以在仿真环境下接入真实部件,从而能更真实的反映网络的运行情况,提供更精确的测试数据,满足对网络的各项测试工作。半实物仿真又被叫做硬件在环回路仿真(Hardware in the Loop Simulation,HILS),可贯穿于车载网络设计及开发过程中。可以为设计人员提供精确的数据分析,为测试人员提供便捷、高效的测试环境。汽车网络通信半实物仿真平台可以在网络的设计阶段进行仿真来验证设计的正确性、合理性,并进行设计优化,在控制器开发样件之前对其总线接口进行网络通信半实物测试验证,提前发现网络设计中的缺陷,降低开发成本。通过此验证平台可仿真接近最终样件、样车的总线状态,提前验证样件及样车总线行为是否符合设计要求。本文通过对车载网络技术和半实物仿真技术的了解,结合现有的车载网络系统开发流程和研发资源,提出并设计了汽车网络通信半实物仿真平台,从需求,设计及实现的角度详细介绍了汽车网络通信半实物仿真平台的工作原理,测试流程及使用方法。并应用于多个网络系统的开发过程中,为设计人员提供了大量的理论及数据依据,极大的减少了工作量,缩短开发周期,节省了大量开发成本。平台首先借用现有的软件开发CAN物理层仿真模型库,便于物理层设计仿真模拟验证,通过开发通用的ECU开发板,可以实现CAN收发器及外围接口电路不同配置,进行物理层实物仿真,并结合现有的网络通信机柜完成总线物理层网络通信测试。将多个通用ECU开发板(48个)参考待验证车型项目网络拓扑结构布置到台架上,通过定制开发软件对ECU进行不同设置及Bootloader应用程序刷新,以实现总线报文的发送功能及多种类型拓扑结构切换,验证网络通信矩阵及拓扑结构设计合理性并进行优化。
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