基于CAN－LIN总线的汽车车身电控系统仿真研究

郑 振 陈 林

（湖北工业职业技术学院，湖北 十堰442000）

0 引言

现代汽车大都采用控制器局域网络（CAN）方式进行联系，其中，国际上汽车公司应用比较广的现场总线则是CAN。这种形式的汽车电子控制网络能够有效地使信息在汽车车载的ECU之间进行交换。对于本地互连网络（LIN）来说，这种新型低成本串行通信系统则常用于汽车分布电子系统中，能够使资源共享在CAN总线和LlN总线上得以实现。本文主要利用CANalyzer软件进行仿真分析，重点针对CAN－LIN总线的汽车车身电控系统相关问题进行仿真研究讨论。

1 依托CANalyzer对汽车车身电控系统展开仿真

VECTOR公司开发的CANalyzer软件（图1），能够进行CAN总线系统的通用开发和分析，对于总线的32位通道的数据进行分析和观察。此软件可以根据相关要求进行有效的系统仿真和分析，过数据流在CAN总线干预下发送到PC卡，完成对于不同日志文件和评估窗口的数据传输，还能够有效利用传输分支从PC卡返回到总线中。此外，可以设置相关的系统模块参数，还能进行相关模块功能的有效配置，比如发生器、过滤器等相关模块［1］。

图1 A;+G/IJ,K软件主页面

此次研究的问题，主要包括数据传输速度对网络负载的影响、平均延迟时间对网络负载的影响、监控网络负载和延迟情况。需要注意以下几点：（1）在CAN网络中的模拟总节点可以是0～110个，但是根据汽车控制的实际要求，往往模拟的总节点数不会不超过32个。（2）对于CAN网络的数据信息帧长度来说，其在运行网络的过程中呈现出随机特性。但此次研究中，应根据具体时间情况确定，要求信息帧的长度并不随机，是由实际情况下的DLC所决定。（3）仅对于标准帧进行仿真，在发送的数据帧中，主要包括数据、数据长度码、标识符等。

2 仿真方法及结果分析

2.1 关于仿真节点结构模型

利用CANalyzer软件，提出分布式设计方案，在充分考虑车窗控制需要涉及功能需求的基础上，进行相关的网络仿真分析，分析的目的在于对系统网路布局的合理性和各个模型中的节能功能进行探讨。在软件仿真分析的结果上，对LIN总线以及CAN总线在网络上的数据传输速度进行分析，从而有效得出LIN总线和CAN总线的网络负载变化，还能够对相关的LIN总线和CAN总线的数据传输错误率进行有效监测，并对数据传播时延、数据传输速度与网络负载的影响程度进行正确分析。

2.2 数据传输速度对网络负载的作用

为了测试汽车LIN总线和CAN总线网络数据传输速度对于网络负载的影响，可以通过软件中设置的汽车CAN网络配置文件Motbus.cfg实现，首先让CANalyzer主程序启动，选择Ig.cfg，使得PC Board中的Baudrate值有所改变，并不改变其他设置。

经过模拟仿真可以看出：（1）网络数据传输速度在增加的情况下，导致网络负载的减小；（2）网络负载与网络数据传输速度没有一定的关系，这主要是由于过小的数据传输速度，导致出现很低的传输速率，存在比较少的每秒传输的报文帧数量。

所以说，提高网络的性能可以通过采用较大的网络数据传输速度实现。与此同时，也就要求有比较高的硬件性能。在实际应用过程中，应该从实际情况出发，在避免浪费的情况下，充分利用信道带宽。

2.3 平均延迟时间对网络负载的作用

运行CANalyzer软件，选定CANalyzer中的“Measurement SetUp”选项，选择“插入”，设定delay＝0ms；其中，数据传输速度在PC Borad中设置为500kb／s。当仿真开始之后，设定Busload则应该为100%。只对delay数值进行变更，而不去改变其他信息。

从网络仿真结果可以看出：

（1）随着不断增加系统的延迟时间，其网络负载会变小，越来越接近于0。每秒发出的报文帧数量会随着不断增加系统的延迟时间而减少。延迟时间的设置应根据实际情况而定，使得系统能够具备一定的备用能力（图2）。

（2）对于周期性的信息报文来说，由于其延迟时间为0，则确定其网络负载为100%，这就说明报文已经能够使整个带宽基本占满，系统则不具备备用能力。当出现加入新节点的情况时，则不能继续执行，系统会表现出较差的性能。这就说明延迟时间的改变会导致网络系统负载

图2 延时与负载关系图

不同程度的改变，从而使得系统性能也有所改变。

（3）随着不断增长的延迟时间，会有更小的网络峰值负载，其中出现网络负载和网络峰值负载差值如果能控制在1%以内，则说明具有较为稳定的系统。

2.4 监控网络负载和延迟情况

在CANalyzer软件中，利用“车窗控制”需要达到的功能进行分析，提出合适的分布式设计方案。分析网络负载和延迟的仿真监控，可以得到总线上报文的发送次数直接影响到CAN网络的负载，所以会存在相当小的网络负载情况，这就说明数据传输具有可靠性，CAN网络设计具有一定的合理性（图3）。

对于报文的周期性发送的LIN网络来说，存在一定密度的网路负载。另外，由于没有网络竞争，也能说明其可靠性。在进行仿真过程中，发送报文并没有出现错误，则可以说明，本系统方案提出的CAN－LIN网络化设计具有较强的可行性。

图3 A;+节点传输速度与网络负载

3 结语

经过软件仿真分析，越长的报文传输的延迟时间会导致出现较小的网络负载，越大的报文传输速度会出现越小的网络负载。为了达到数据传输在LIN总线上的正确率，应结合实际情况，综合考虑性价比，尽量选用传输速度在10kb／s以上的LIN接口件，这说明车身电控系统网络化设计中的CAN－LIN总线方案具有一定的可行性。

［1］陆孟雄.汽车CAN总线仿真分析［J］.常州信息职业技术学院学报，2006（2）