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淺論面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的整車控制器標(biāo)定系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)論文
0引言
由于新能源汽車車載網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域的測(cè)量與標(biāo)定工具并不適合新能源汽車的研發(fā)需求。新的通訊方式和標(biāo)定協(xié)議也在不斷發(fā)展并得到應(yīng)用，如歐洲汽車公司成立的標(biāo)準(zhǔn)化組織ASAP于1992年推出了基于CAN(ControllerAreaNetwork)總線的CCP協(xié)議以及其后的升級(jí)版本XCP協(xié)議。在車載控制器的匹配過(guò)程中，需要根據(jù)整車的各種性能要求(如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放及輔助功能等)來(lái)調(diào)整、優(yōu)化和確定整車上各ECU(電子控制單元)的運(yùn)行及控制參數(shù)的控制算法。新能源汽車整車控制器包含并涉及多門學(xué)科的多個(gè)系統(tǒng)，如機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域、電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域和電化學(xué)等，它的本質(zhì)就是一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)沒(méi)有基于較好的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議規(guī)范，也無(wú)法適應(yīng)新能源車內(nèi)部復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的苛刻需求，而國(guó)外產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)格昂貴且技術(shù)開(kāi)放度差，從而實(shí)現(xiàn)一套面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的新能源車整車控制器測(cè)量與標(biāo)定系統(tǒng)具有極高的應(yīng)用價(jià)值。
1XCP協(xié)議介紹
XCP協(xié)議是基于不同通訊平臺(tái)的測(cè)量標(biāo)定協(xié)議的總稱，可以基于CAN總線、LIN總線、USB總線等不同總線，最常見(jiàn)的是“XCPonCAN”。CAN總線是德國(guó)BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)域推出的一種多主局域網(wǎng)。它實(shí)現(xiàn)了汽車電子的網(wǎng)絡(luò)化，大幅度減少了汽車內(nèi)的線束，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享�！癤CPonCAN”的消息幀結(jié)構(gòu)，幀頭為空，幀尾為填充位，消息最大長(zhǎng)度為8B，ID標(biāo)識(shí)域用來(lái)辨識(shí)數(shù)據(jù)包類型和數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容，F(xiàn)ILL為對(duì)齊選項(xiàng)，DAQ為DTO(DataTransferObject)數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)請(qǐng)求列表中的索引，時(shí)間表示域?yàn)榭蛇x項(xiàng)，DATA存放相應(yīng)數(shù)據(jù)。XCP協(xié)議通訊模式采用主從通訊方式，主機(jī)發(fā)送命令，從機(jī)應(yīng)答。XCP數(shù)據(jù)包分為兩種類型：指令傳輸包CTO(CommandTransferObject)和同步數(shù)據(jù)包DTO[4-6]，主機(jī)發(fā)送不同的CTO建立與從機(jī)的邏輯連接，請(qǐng)求從機(jī)回應(yīng)DTO，另外CTO可以請(qǐng)求啟動(dòng)DAQ(數(shù)據(jù)采集)模式定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。
2標(biāo)定系統(tǒng)總體架構(gòu)
整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)框架遵循ASAP標(biāo)準(zhǔn)和XCP通訊協(xié)議。上位機(jī)通過(guò)Kvaser設(shè)備將USB信號(hào)轉(zhuǎn)為CAN信號(hào)與整車控制器進(jìn)行通訊。A2L文件獨(dú)立于上位機(jī)和整車控制器，完成整車控制器所有相關(guān)參數(shù)的詳細(xì)定義和描述，上位機(jī)通過(guò)讀取A2L文件來(lái)完成對(duì)整車控制器的測(cè)量和標(biāo)定工作。整車控制器通過(guò)不同的總線接口與外部子系統(tǒng)相連，不同的總線接口與子系統(tǒng)構(gòu)成了復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
該標(biāo)定系統(tǒng)以PC機(jī)作為上位機(jī)，主要集成測(cè)量、標(biāo)定和診斷模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、XCP協(xié)議解析模塊及A2L文件解析器。測(cè)量、標(biāo)定和診斷窗口采用C#技術(shù)搭建，可實(shí)現(xiàn)ECU數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、在線修改和故障診斷功能。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊可根據(jù)用戶需求完成對(duì)相關(guān)參數(shù)值的存儲(chǔ)、修改、刪除及查找功能。A2L文件解析器集成于上位機(jī)中，完成A2L文件的讀取和解析，將相關(guān)參數(shù)的定義轉(zhuǎn)換為相應(yīng)存儲(chǔ)格式存儲(chǔ)，依此，上位機(jī)可精確找出具體參數(shù)的詳細(xì)地址、大小和數(shù)據(jù)格式等信息。XCP協(xié)議解析模塊完成XCP協(xié)議的封裝和解析。
3標(biāo)定系統(tǒng)上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)
3.1A2L文件解析器的設(shè)計(jì)
A2L文件以模塊為單元進(jìn)行層次劃分，每個(gè)模塊以/begin開(kāi)頭，以/end來(lái)結(jié)尾，MEASUREMENT模塊描述了監(jiān)測(cè)參數(shù)的詳細(xì)信息，CHARACTERTSTIC模塊定義了標(biāo)定參數(shù)的詳細(xì)信息，它們的數(shù)據(jù)格式參考關(guān)鍵字RECORD_LAYOUT，轉(zhuǎn)換方法參考關(guān)鍵字COMPU_METHOD。將A2L文件按照文件信息來(lái)處理，逐行讀取并進(jìn)行字符串操作，取出其中描述的關(guān)鍵信息，按照轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換即可轉(zhuǎn)換為相應(yīng)物理值。因?yàn)榻馕鲞^(guò)程比較復(fù)雜，采用先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)建立相應(yīng)關(guān)鍵字和嵌套關(guān)鍵字的邏輯關(guān)系。
3.2XCP協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
PC機(jī)與ECU間基于XCP協(xié)議的通訊方式為標(biāo)準(zhǔn)通訊模式，即PC機(jī)發(fā)出命令得到ECU的應(yīng)答后才能發(fā)出下一條命令。為了滿足基本要求，上位機(jī)中設(shè)計(jì)了4個(gè)XCP功能函數(shù)，分別為建立對(duì)話函數(shù)、參數(shù)標(biāo)定函數(shù)、同步數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)以及結(jié)束對(duì)話函數(shù)。
Setting_Up_Session()函數(shù)建立會(huì)話連接并完成主從信息的交換。Calibration()函數(shù)可完成參數(shù)的標(biāo)定功能。DAQ_data_transfer()函數(shù)可調(diào)用DAQ處理機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)束會(huì)話函數(shù)Closing_session()結(jié)束XCP對(duì)話。
4底層軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
XCP的數(shù)據(jù)包分為兩種類型，指令數(shù)據(jù)包(CTO)和同步數(shù)據(jù)包(DTO)，上位機(jī)發(fā)送指令包時(shí)，經(jīng)過(guò)XCP傳輸層將CAN信息發(fā)送給XCP驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行解析處理，從中獲得指令碼，從CMD函數(shù)列表中運(yùn)行對(duì)應(yīng)指令碼的執(zhí)行函數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)處理并返回結(jié)果，XCP傳輸層將結(jié)果傳輸至CAN總線。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送同步數(shù)據(jù)包時(shí)，ECU開(kāi)啟DAQ模式，從事先已經(jīng)配置好的DAQ列表中，根據(jù)對(duì)應(yīng)內(nèi)存地址及地址長(zhǎng)度信息，將對(duì)應(yīng)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)通過(guò)XCP傳輸層傳輸至CAN總線。每次執(zhí)行完CAN的發(fā)送和接收后，都要執(zhí)行發(fā)送和接收完處理，設(shè)置狀態(tài)位，釋放緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，以便于開(kāi)始下一波處理。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的函數(shù)接口，將CAN傳輸層和CAN驅(qū)動(dòng)層以及應(yīng)用層銜接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)基于XCP協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。
5標(biāo)定系統(tǒng)的應(yīng)用
將多核芯片為主控芯片的ECU通過(guò)接線端子與實(shí)驗(yàn)室控制模擬臺(tái)架相連接，在PC端通過(guò)監(jiān)控標(biāo)定軟件界面來(lái)查看各類傳感器采集信號(hào)和整車控制器的一些重要參數(shù)的實(shí)時(shí)信息，并可以針對(duì)點(diǎn)火提前角、噴氣脈寬、替代率等重要參數(shù)進(jìn)行在線修改和查看比較，以曲線的形式展現(xiàn)結(jié)果。通過(guò)標(biāo)定軟件控制節(jié)氣門閥片的位置，改變和調(diào)節(jié)噴氣脈寬來(lái)對(duì)不同工況進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)。
上位機(jī)中的標(biāo)定軟件采用C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用WPF技術(shù)創(chuàng)建控件并完成封裝，將圖形與代碼完美隔離開(kāi)來(lái)，提高界面的美觀性、通用性和可移植性。上位機(jī)的測(cè)量標(biāo)定工作可監(jiān)測(cè)到整車控制器的主要參數(shù)以及傳感器的采集信號(hào)，分別以報(bào)文表、儀表盤(pán)和波形圖的形式顯示給用戶，其中包括蓄電池電壓、電池溫度、噴氣脈寬等重要參數(shù)。示例界面獲取的是不同轉(zhuǎn)速情況下的噴氣脈寬值，通過(guò)標(biāo)定系統(tǒng)改變不同轉(zhuǎn)速值，可得到相應(yīng)噴氣脈寬值變化情況。
6總結(jié)
經(jīng)過(guò)上述的研究和開(kāi)發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室配有整車控制器ECU的臺(tái)架上試驗(yàn)，驗(yàn)證了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線標(biāo)定功能。其特色在于該標(biāo)定系統(tǒng)主要適用于新能源汽車，可通過(guò)對(duì)整車控制器的標(biāo)定實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)定和優(yōu)化，采用國(guó)際ASAP標(biāo)準(zhǔn)和通用XCP協(xié)議，具有較好的移植性和通用性。
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