第２５卷第４期 ２０１２年７月 文章编号：１００２—６６７３（２０１２）０４—１１２—０３ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 机电产品开发与 新 Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．４ Ｊｕｌｙ．．２０１２ ＣＡＮｏｅ在纯电动汽车网络仿真中的应用研究 林艳 。宁胜花 （１．柳州市工业与信息化委员会，广西柳州５４５００６；２．上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州５４５００７） 摘要：ＣＡＮ网络作为整车系统的重要组成部分，其功能仿真、测试的重要性显而易见。论文基于ＣＡＮｏｅ 及ＣＡＰＬ语言对纯电动汽车网络仿真和测试。 关键词：纯电动汽车；ＣＡＮ网络；ＣＡＮｏｅ；仿真 中图分类号：ＴＰ３１９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－６６７３．２０１２．０４．４５ ０Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＳｉｒｅｕｌａｔｉＯｉｌ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡＮｏｅ Ｌ／Ｎ ｙ肌 ．ＮＩＮＧ Ｓｈｅｎｇ－Ｈｕａ２ （１．Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｘｉ ５４５００６，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳＡＩＣ—ＧＭ—Ｗｕｈｎｇ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｇｕａｎ￣ｉ ５４５００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＡＮ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｉｎｇ．Ｉｎ ｔｈｉｔｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｅｓｔｅｄ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＣＡＮｏｅ ａｎｄ ＣＡＰＬ． Ｋｅｙ Ｗ０ｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ；ＣＡＮ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＡＮｏｅ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０引言 ＣＡＮ网络作为汽车各电子控制单元通讯的介质，其 试．可以有效的减少车辆开发成本和周期。 １ ＣＡＮ网络 １．１网络接口设置 首先要根据网络协议对实际网络的波特率进行配 置，如高速ＣＡＮ是２５０Ｋｂｐｓ，低速ＣＡＮ是１２０Ｋｂｐｓ，如 果波特率设置的不匹配。ＣＡＮｏｅ和网络节点不能通讯 。 在本文中的纯电动汽车车载网络采用的波特率是 ２５０Ｋｂｐｓ。 优点显而易见，可以减少导线的数量、节省汽车空间 －２１。 同时，在ＣＡＮ总线网络的开发流程中，为了确定所设 计的总线网络系统模型是否完善，开发的协议是否能够 符合设计要求。研发人员需要对设计结果进行仿真评 价，这就要使用专门的总线仿真工具。随着ＣＡＮ总线 网络的重要性，开发和测试网络的工具也相继出现，其 中，德国ＶＥＣＴＯＲ公司为了实现ＣＡＮ网络的测试、分 １．２应用层设置 在ＣＡＮｏｅ中有专门对ＣＡＮ网络应用层进行描述的 析、仿真、记录开发了一款实用性且功能非常强大的 ＣＡＮｏｄ３￣，ＣＡＮｏｅ是网络数据库编辑器（ＣＡＮｄｂ＋＋Ｅｄｉｔｏｒ）、 编程程序ＣＡＮｄｂ＋＋Ｅｄｉｔｏｒ，描述对象分别为： 用户自定义面板生成器（Ｐａｎｅｌ Ｅｄｉｔｏｒ）、虚拟节点语言编 程器（ＣＡＰＬ Ｂｒｏｗｓｅｒ）、集成调试监控环境等一系列组件， 可以循序渐进地完成网络的设计、开发和调试，实现网 （１）信号。信号代表一个变量，是构成报文的基本组 成部分。如车速信息、电机转矩。其长度设置最小为１ 位，最长达到６４位，根据实际网络设计可以设置相应 络离线仿真、半实物仿真和在线实时监控，是网络开发 和设计过程中强有力的工具。本文主要基于ＣＡＮｏｅ和 的信号的名称、比例尺度、长度、数据类型、分辨率、 初始值、数据范围等。为了使看到的信号能够一目了 然。可通过ＣＡＮｄｂ＋＋Ｅｄｉｔｏｒ中的真值表对信号解析。 （２）报文。报文由一个以上的信号组成，最长长度为 ８个字节。在报文中体现的是报文类型、ＩＤ、长度．即 一ＣＡＰＬ语言在网络开发设计过程，对网络进行仿真和测 收稿日期：２０１２—０５—１５ 作者简介：林艳（１９７０一），女，浙江温州人，硕士研究生，工 程师。专业方向：机械设计及测试；宁胜花（１９８４一），女， 山东临沂人，硕士研究生．工程师。主要研究方向：新能源 个ＣＡＮ数据帧。其中报文类型表明数据场的数据排 （３）网络节点。网络节点全面描述了ＣＡＮ网络的所有 列顺序：ＩＤ体现报文的优先级。 技术开发。已发表论文三篇。 １ １２ ・制造业信息化・ 节点名称及各个节点收发的报文信息，本文中纯电动汽 车拓扑网络中含有两条网络，分别是：主网络和安全网 络在这两条网络有９个网络节点，整车控制器 （ＶＣＵ）、电机控制器（ＭＣＵ）、电池管理单元（ＢＭＳ）、ＤＣ／ＤＣ ３网络仿真与测试 ３．１控制面板的建立 控制面板上包括一些开关量（用于控制指示灯）和连 转换器（ＤＣＣ）、仪表（ＩＮＳ）、车载充电机（ＢＣＣ）、快速充电 机（ＱＣＣ）、空制器（ＡＣＣ）、电动助力转向（ＥＰＳ）。 （４）环境变量。ＣＡＮｏｅ的环境变量是ＣＡＮｄｂ＋＋、用户 自定义面板、ＣＡＰＬ语言编程之间联系的纽带。任一个 环境变量要首先在ＣＡＮｄｂ＋＋中建立，然后才能在用户 续量（用于控制如转等速、转矩），并与相应的控制型环 境变量绑定 。模拟显示面板上同样有开关型显示和指 针型显示，同样与相应显示里环境变量绑定。在模拟显 示面板上加上仪表的背景图案可以逼真地模拟仪表的显 示。本文针对车纯电动汽车 关键信息量在控制面板上 自定义面板及ＣＡＰＬ语言编程中使用。比如，在ＣＡＮ— ｄｂ＋＋中新建一个环境变量ＢａｔｔＳＯＣ—ＩＮＳ，然后在面板中 定义一个开关，令其与Ｂａｔｔ—ＳＯＣ—ＩＮＳ关联，当手动操 作面板中的开关，引起开关数值在某个范同内变化，在 ＣＡＰＬ语言编程中就可触发一些行为，如某个ＣＡＮ报文 的发送，同时可以定义一个显示界面．将该报文信息显 示在界面中。 利用ＣＡＮｏｅ的对象链接功能，为信号与报文、报 文与节点、信号与节点之间建立联系．最后形成完整的 数据库ｌ ５ｌ。ＣＡＮｏｅ在Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ窗口．将数据库中创 建的节点一一导入，建立一个模拟的网络模型，之后， 可以将数据库中的信息链接到网络模型当中 通过ＣＡ— Ｎｏｅ的网络检测、分析统计工具可以监控整个模拟网络 的通讯过程，同时可以实现数据记录，为离线分析总线 数据提供基础。 ２网络拓扑结构 在纯电动汽车动力总成网络结构中，将电驱动控制 模块、电池控制模块取代内燃机发动机控制模块。在 ＣＡＮｏｅ的Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ窗口中构建纯电动汽车的模 拟网络，在本文中设计了纯电动汽车的两条网络，分别 是主网络和安全网络，如图１所示。 图１网络拓扑结构 Ｆｉｇ．１ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ 显示，如图２所示，即含有控制ＳＯＣ大小的连续量．也 有显示ＳＯＣ大小的指针型 面板的作用是作为实际节 点与网络虚拟节点的Ｉ／Ｏ接口 …１ 图２控制面板 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｎｄ ３．２仿真节点的ＣＡＰＬ模型 ＣＡＰＬ（ＣＡＮ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｇｒａｍｉｎｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ）是一种类 似于Ｃ语言的建模语言，一个完整的ＣＡＰＬ程序由ｊ部 分组成：全局变量、事件过程以及自定义函数ｌ ７ｌ。它被用 来规范与ＣＡＮ报文有关的节点的行为，以及该节点与 环境的交互作用，例如外部输入输出信号。在ＣＡＰＬ中 可以实现多种响应事件，如定时器响应事件、键盘响应 事件、ＣＡＮ报文响应事件及对环境变量的调用，借助 这些事件从而实现在ＣＡＮｏｅ中利用ＣＡＰＬ程序生成器 （ＣＡＰＬ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）创建、编辑、调试程序，通过ＣＡＰＬ器 （ＣＡＰＬ Ｂｒｏｗｓｅｒ）可以将辑的程序直观的显示出来［ｓｌ。在 ＣＡＰＬ程序中可以调用控制面板上的某个环境变量．也 可以在ＣＡＰＬ程序中编程将环境变量在控制面板上显 示，如图３所示。 图３显示环境变量 Ｆｉｇ．３ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ １ １３ ・制造业信息化・ ３．３仿真结果分析 仿真模型建立完成后，运行ＣＡＮｏｅ，通过鼠标拖动 ＳＯＣ面板中的控制按钮，可以增大或减少ＳＯＣ大小，同 时可以看到控制面板中ＳＯＣ指针型相应变化大小，如图 ４所示。在ＣＡＮｏｅ的总线统计窗口中可以查看总线的负 试，在车载ＣＡＮ网络的初始设计阶段 可以使用该仿 真方法进行测试。待仿真系统运行正常时，逐步关闭仿 真模块，设计实际的车载网络节点。该方法带给纯电动 汽车车载ＣＡＮ网络开发设计极大方便，既能够减少成 本，缩短项目的开发周期，又能避免设计的盲目性。本 载率、峰值负载率、错误帧等，如图５所示。利用总线 统计窗口可以实时检测网络总线的状态。由ＣＡＮｏｅ仿真 文基于项目的纯电动汽车网络描述到数据库的建立及网 络的仿真和测试，为今后网络开发设计提供参考。 线原理和应用系统设计［Ｍ】．北京：北京航空航天 大学出版社．１９９６． ［２］罗峰，孙泽昌．汽车ＣＡＮ总线系统原理、没计与 应用系统设计ｆＭ１一Ｅ京：电子¨ｒ业出版社，２０１０． 【３】李顶根，曹晶，等．基于ＣＡＮｏｅ—ＭＡＴＬＡＢ的车 辆ＣＡＮ总线的联合仿真ｌＪｌ＿计算机应用， ２００９，６． 【４］陈朝军．汽车仪表的ＣＡＮ通讯测试系统【Ｊ］．汽 图４仿真结果 Ｆｉｇ．４ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ 图５总线统计窗口 Ｆｉｇ．５ Ｂｕｓ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｗｉｎｄｏｗ 车电器．２０１０，４． ［５］恒润科技．整车ＣＡＮ系统开发Ｔ具解决方案 【ｚ］．北京：北京恒润科技，２００６． 率均小于６％，误码率为０，没有错误帧发生，各项属性 符合设计使用要求。 『６ Ｖｅｃｔ６Ｊｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｋ ＧｍｂＨ．ＣＡＮｏｅ Ｕｓｅｒ Ｍａｎｕａｌ［Ｍ］．Ｖｅｒｓｉｏｎ７．１ ［７］孙运玺．基于ＣＡＮ总线纯电动车控制器节点设计及协议实现【Ｄ】． 长春：吉林大学，２０１０． ４结论 利用ＣＡＰＬ语言对纯电动汽车网络进行了仿真和测 （上接第１４０页） 【８］陈觉晓，孙泽昌．基于ＣＡＮｏｅ的实时ＣＡＮ总线数据记录软件的没 计方法［Ｊ］．测控技术，２００６，２． （２）利用时间冗余技术屏蔽干扰信号。该技术包含多 次采样输入、判断。从而大大减少冈干扰引起的误中断。 （３）容错技术。采用一些特定的编码对经过存放的数 据进行检查。判断是否是因为存放受干扰，然后从逻辑 上对错误进行纠正。 只要认真分析系统所处环境的干扰源以及传播途径，采 取硬件、软件相结合的抗干扰措施，就能保证系统长期 稳定可靠的运行。 ４结论 本文分析了煤矿生产环境存在的干扰源及所产生干 扰信号的特性，针对不同特性的干扰信号，制定了相应 的抗干扰措施．提高了控制系统的工作可靠性和稳定性。 在硬件上采取光电隔离、电源滤波器及电路板ＥＭＣ设计 等措施．能有效的把干扰拒之门外；ＰＬＣ抗干扰除了考 虑电源外．从ＰＬＣ的安装和接线上采取了抗干扰措施； （４）指令冗余。对重要的指令重复写上多个，即使一 个被干扰，程序仍可执行。 （５）空间冗余。整机、电源、接口、数据区均可设置备 份，通过软件判断干扰和转移设备。 （６）设立标志技术。设置特征标志、识别标志。常在内 部数据区的保护中使用。 （７）数字滤波技术。该技术既可称为硬件仿真技术， 又可属于时间冗余技术。它不需要硬件。靠单片机设计 的特殊计算程序，高速、多次运算达到对采样数据序列 进行平滑的目的，提高其有用信号在采样中所占的比 例，减少乃至消除各种干扰和噪声，以保证各种测控系 统的可靠性。 在软件上主要采用数字滤波，可有效的消除信号的随机 干扰和脉冲干扰，有效地提高了整个系统的工作可靠性。 参考文献： ［１】王幸之，王雷，翟成，等．单片机应用系统抗干扰技术【Ｍ］．北京：航 空航天大学ｍ版社．２００１． ［２］李殿生，郁风云，单吉弟．微型计算机系统抗干扰措施ＩＪＪ．测控技 术，１９９０，３． 软件抗干扰技术是系统受到干扰后使系统恢复正常 运行或输入信号受到干扰后去伪求真的一种辅助方法。 因此，软件抗干扰是被动措施．而硬件抗干扰是主动措 【３】丁恩杰，谭得健，等．微机监控系统抗干扰方法的研究及设计ｆＪ］．煤 矿自动化．１９９５，３． 施。但由于程序设计灵活，节省硬件资源．所以软件抗 干扰设计越来越引起人们的重视。在微机测控系统中， １１４ Ｉ４】丁恩杰，谭得健，等．微机监控系统抗干扰方法的研究及没计【ＪＪ．煤 矿自动化．１９９５．３．
