某车型骡车网关模型实现及验证

何丹丹，叶小平，孙灿

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

某车型骡车网关模型实现及验证

何丹丹，叶小平，孙灿

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

基于Matlab／Simulink模型搭建骡车网关，实现网络通信数据转发。通过仿真和实车测试，充分验证骡车网关功能实现的有效性和准确性，达到节约整车开发成本和推进整车开发进度的目的。

网关；Matlab／Simulink；模型；网络通信数据

整车开发初期，为考察发动机系统性能，在现有标杆车型改装后安装某车型的发动机系统部件，形成验证骡车，用于发动机系统零件空间的装配检查和最初性能数据采集及数据标定。某车型的发动机系统电控单元与标杆车型的发动机系统电控单元的网络数据接口差异较大，骡车网关实现发动机系统与标杆车型的变速器系统、底盘系统以及仪表系统网络数据交互，以满足发动机系统功能实现的网络数据需求。

骡车网关分为定制网关和模型网关。定制网关采用固定的方式实现网络数据进行必要的转换与转发，灵活性差、开发成本高、周期长。模型网关依据数据转发需求搭建模型，并在快速原型硬件工具上实现模型功能，在数据转发需求变更时，只需要修改模型即可实现网关功能的更新。本文介绍的是基于Matlab／Simulink模型实现模型网关，网关的内部逻辑均由Simulink模型实现，模型网关开发主要分为以下6个阶段：①输入输出数据状态表制定；②DBC数据库配置；③Simulink模型搭建；④Simulink模型测试；⑤仿真测试；⑥实车验证。

1 输入输出数据状态表制定

输入输出数据状态表，是骡车网关开发前期风险评估和后期模型搭建的依据。首先分析某车型和标杆车型网络状态，确定发动机骡车动力系统的网络拓扑结构（图1），进而确定骡车网关数据转发2个网段通信数据内容。如图1所示，发动机系统骡车网关在某车型动力系统网段CAN1和标杆车型动力系统网段CAN2之间转发网络数据，既要满足CAN1网段发动机系统功能实现所需的网络通信数据，如：变速器系统的挡位信号，制动系统的车速信号等；又要满足CAN2网段标杆车型变速器系统、制动系统、转向系统、四驱系统所需的发动机网络通信数据，如：发动机扭矩信号，油门踏板位置信号。

图1 发动机骡车动力系统网络拓扑结构

由于某车型发动机系统与标杆车型网络数据定义的差异性，骡车网关在转发CAN1网段和CAN2网段数据的同时，需进行必要的数据转发，发动机系统接收网络通信数据转换遵循以下规则。

1）标杆车上控制器系统发送网络通信数据与发动机系统所需网络通信数据参数定义相同，骡车网关直接转发此类网络通信数据，如变速器的MIL故障信号。

2）标杆车上控制器系统发送网络通信数据与发动机系统所需接收通信数据参数定义不相同，骡车网关按照发动机系统网络通信数据参数定义进行数据转换，对于精度高的数据转换成精度低的数据，需要考虑数据偏差是否能够满足发动机系统功能需求，如制动系统的车速信号。

3）标杆车上控制器系统发送网络通信数据，需要通过运算获取发动机系统所需接收通信数据，骡车网关进行相关数据运算，如：变速器挡位信号。

4）标杆车上控制器系统未定义发动机系统所需接收通信数据，骡车网关对这类通信数据设置默认值，且需保证设置通信数据的默认值满足发动机系统数据标定性能需求，确保骡车整车性能，如变速器最大转矩限制信号。

5）发动机系统所需接收通信数据根据网络通信数据状态动态变化，骡车网关按照发动机系统数据定义的算法进行运算，以达到EMS接收数据需求，如Checksum信号。

为保证骡车整车性能，满足标杆车各个控制器系统网络通信数据需求，骡车网关按照相同的方式，将发动机系统发送数据转换成标杆车各控制器系统所需接收数据形式。网关输入输出数据状态表中制定所有骡车网关数据转发形式，并明确CAN1网段网络数据和CAN2网段网络数据报文参数定义。

2 DBC数据库配置

配置骡车网关的网络通信数据库DBC文件，使用数据库DBC文件生成网络数据的Simlink模型，进而实现接收报文Simulink模型数据解析和Simulink模型数据到发送报文的数据映射，完成模型与网络数据的数据交互。DBC数据库配置流程见图2。

图2 DBC数据库配置流程

3 Simulink模型搭建

骡车网关模型搭建包含Simulink主模块的搭建和Simulink内部模型的搭建。

3.1 Simulink主模块

Simulink主模块搭建见图3。Simulink主模块是骡车网关模型主架构和主程序入口，其包含以下5个模块。

图3 Simulink主模块搭建

1）S12目标模块。S12目标模块配置Simulink模型的环境变量，包含配置快速原型工具硬件平台MCU时钟、CAN通信端口参数、模型代码生成方式、编译器路径及刷写地址。

2）Uniphi数据管理模块。Uniphi数据管理模块存储所有模型相关数据变量，搭建Simulink模型时，直接调用Uniphi中定义数据变量，实现网络通信数据的接收存储、模型内部数据运算和网络通信数据的赋值。

3）CAN接口中断处理模块。CAN模块包含MSCAN Manager模块、MSCAN Transmit模块和MSCAN Receive模块。MSCAN Manager模块定义CAN接收发送数据触发方式，实现网络通信数据软件缓冲区与硬件缓冲区中的交互。发送模块MSCAN Transmit和接收模块MSCAN Receive使用MSCAN Manager模块指定CAN数据触发方式（定时触发或中断触发）。在骡车网关Simulink模型中，接收CAN数据采用中断触发方式，以保证模型数据处于最新状态；发送CAN数据采用定时触发方式，以避免骡车网关转发的数据量大，而引起的快速原型硬件平台MCU负载过大。

4）定时触发模块。结合骡车网关所需转换到目标网段数据量和周期状态，合理设置定时触发模块时间，在满足保证骡车网关转发数据实时性的同时，最大限度地降低网关MCU负载。

5）刷写模块。从S12目标模块获取必要的刷写配置信息，生成刷写底层驱动文件。

3.2 Simulink内部模型

Simulink内部模型是骡车网关模型的主体实现，按照骡车网关输入输出数据状态表中定义的网络通信数据转换方式，实现Simulink模型数据转换：网络数据报文ID转换、报文周期调整、checksum动态计算、RollingCounter循环累加和信号的数值转换，进而实现发动机系统与标杆车型各个控制器系统的网络数据交互［1］。

4 Simulink模型测试

骡车网关模型中存在数据运算模型，若每次建模后直接刷写到快速原型硬件平台中进行测试验证，将导致模型的频繁刷写、操作流程繁琐且验证时间长。骡车网关使用Simulink模型测试方式，选用常数作为数据运算模型数据输入，Simulink／display模块作为数据运算模型数据输出，通过Simulink模型软件仿真的方式，验证数据运算模型实现的正确性［2］。

5 仿真测试

骡车网关模型生成实时代码，编译成S19可执行文件后，下载到快速原型硬件平台中，CANoe采用IG模块配置周期和事件触发数据，CAPL仿真控制器和回放实车采集数据仿真实车环境，测试骡车网关网络通信数据转发的准确性、逻辑关系转换的正确性和功能实现的可靠性。网关仿真测试见图4。CANoe测试项目的具体事项见表1。

图4 网关仿真测试

表1 CANoe测试项目

6 实车验证

发动机骡车改制要求发动机、传动系统、车重、进气排气系统与某车型设计目标尽量保持一致，且要求空调和暖风系统能够正常工作，以进行正常的冬季和夏季试验。为满足骡车改制需求，骡车网关需保证发动机系统和标杆车上变速器系统、制动系统、四驱系统、空调系统和仪表系统网络通信的正常交互。按照骡车网络拓扑图改制骡车网络线束，连接骡车网关，检测发动机运行状态、变速器挡位切换状态、制动系统制动状态、空调制冷制热状态以及仪表显示状态。若控制器状态异常，则分析原因并更新骡车网关模型。

7 结论

在整车开发初期有多种控制系统骡车验证需求，不同的骡车对网关数据转发功能需求不同，采用模型网关实时性变更模型以满足不同需求，从而加速整车控制系统的验证过程，节约整车开发成本，推进整车开发进度。

［1］余盛威．MATLAB优化算法案例分析与应用［M］．北京：清华大学出版社，2014．

［2］李献，骆志伟．精通MATLAB／Simulink系统仿真［M］．北京：清华大学出版社，2015．

（编辑 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，内蒙古人，硕士，工程师，主要从事汽车整车网络架构设计工作；叶小平（1982-），男，安徽人，硕士，主要从事汽车整车性能设计与研究工作；孙灿（1981-），男，北京人，硕士，高级工程师，主要从事汽车电子电器方向研究。