CN101094113A - 一种基于ttcan的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统 - Google Patents

Abstract

一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，适用于燃料电池汽车整车通讯网络各零部件控制器的在线检测和评估，属于工业现场监控装置技术领域。包括上位机、CAN卡、带CAN接口的燃料电池整车CAN网络仿真器和带CAN接口的被测零部件控制器等。上位机CAN卡的CAN接口通过CAN电缆与下位机CAN网络相连，燃料电池整车CAN网络仿真器通过CAN电缆与CAN网络相连，被测零部件的CAN接口通过CAN电缆与CAN网络相连。本发明运用先进的TTCAN协议技术，结合LabVIEW和Motorola MPC系列32位单片机开发平台，处理信息能力加强，应用场所灵活，操作简便。

Description

一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统

技术领域

一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，适用于燃料电池汽车整车通讯网络各零部件控制器的在线检测和评估，属于工业现场监控装置技术领域。

背景技术

燃料电池汽车采用分布式控制系统结构，各零部件都具有独立的控制器，各控制器以及整车控制器通过TTCAN网络对整个系统进行能量管理及协调控制。CAN通讯协议满足了系统数据交换量大，实时性、可靠性要求高的特点。

在整车控制系统的开发过程中，需要约定通讯协议，以保证CAN通讯的正常运行。有时还需要在开发阶段对于协议的时序和内容进行修订，这就要求有一个功能强大的网络仿真和测试系统，在整车网络定型之前，对于零部件控制器和整车控制器的通讯质量进行硬件在环的测试。

CAN网络测试系统传统上都是面向单个控制器，针对传统CAN协议开发的。在传统的CAN协议中，信号桢中的数据部分固定为8位，而且信号的触发是基于事件的，实时性较弱。TTCAN是建立在传统CAN协议上的一种时间触发的通讯协议。相比传统的CAN协议，TTCAN具有实时性高、可靠性好，数据量大，信号桢中数据位数可变等特点。TTCAN协议适合燃料电池车通讯数据量大、实时性要求高的需求。

传统的CAN网络测试系统都采用离线分析的方法，工程人员在使用CAN采集硬件采集大量CAN信号之后，需要借助其他软件或人工操作才能完成CAN信号的分析，不适合在车上调试的需求。本系统将CAN采集与分析集成到一个软件中，并且实现了随时采集、随时分析的自动化功能。相比于传统CAN测试系统，本发明结构简单，可以满足工程现场在线测试的需求，能够节约CAN通讯协议的开发时间和开发成本。

测试系统的上位机部分采用LabVIEW等软件开发，通过CAN卡通讯实现数据采集的功能，并对采集的信号实时进行处理，得到CAN通讯质量的评估结果。基于台式机和笔记本的数据分析算法，可以利用计算机强大的数据处理能力，在很短时间内完成CAN信号的通讯时序的采集、记录、统计与分析。本系统可以实现CAN通讯质量的快速在线评估。测试系统的下位机部分是由自行开发的燃料电池整车CAN网络仿真程序和MPC561车用控制器组成的整车网络硬件在环仿真环境，它可以以1×10^-6s的精度模拟整车网络通讯。硬件在环仿真环境采用与实车相同的通讯协议和通讯时序，能够完全模拟整车通讯的网络负荷。

发明内容

本发明的目的在于针对目前新一代整车TTCAN通讯网络的构建和新的基于TTCAN通讯协议的设计需求，提供一种新的基于TTCAN总线的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，以满足燃料电池车各部件的控制器的开发需要。

本发明所提出的基于TTCAN总线的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统包括上位机和下位机两部分。上位机部分包括带有PCI插槽或PCMCIA插槽的上位机和CAN2.0卡；下位机部分由带CAN接口的燃料电池整车CAN网络仿真器和带CAN接口的被测零部件控制器组成。

上位机可以为：台式机、笔记本、工控机；

CAN卡型号可以为：NI-CAN，NI-CAN/2，NI PCMCIA-CAN，NI PCMCIA-CAN/2；

下位机整车CAN网络仿真器可以为：Motorola MPC561、MPC555、MPC563。

本发明提出了一种基于TTCAN的燃料电池通讯网络测试系统，其特征在于：

A.由下位机模拟燃料电池汽车整车TTCAN网络环境，由上位机完成下位机与被测零部件控制器的信号测试，所述上位机、下位机与被测零部件控制器的连接关系如下：

1.上位机的CAN卡的CAN接口通过CAN电缆与下位机CAN网络相连；

2.下位机燃料电池整车CAN网络仿真器通过CAN电缆与下位机CAN网络相连；

3.被测零部件的CAN接口通过CAN电缆与下位机CAN网络相连。

B.被测零部件接入模拟TTCAN网络，与下位机信号仿真器进行通讯；

C.所述所述的上位机带有基于LabVIEW开发的TTCAN网络信号测试程序，所述程序按如下步骤实行：

1.软件启动后，首先进行初始化：

1)根据用户的设置，进行测试的信号ID、协议通讯速率的初始化；

2)对CAN进行初始化：

a)根据网络协议中的信号ID列表，使用文字编辑软件生成TTCAN网络配置基于可扩展置标语言(XML)的信号配置文件；

b)调用CAN Task Init或者CAN Task Init&Start命令，导入生成的配置文件；

c)调用Set Task Property命令，配置CAN通讯速率为250kbps；

2.调用CAN Task Read命令，采用Timestamped模式，读取CAN信号和时间戳；

3.对接受到的信号及其时间戳进行代数运算

1)根据用户配置的触发桢信号，计算本次循环各信号的时间窗。时间窗的范围由协议规定的范围、前向仿真得到的故障分布函数以及专家系统的诊断精度确定；

2)根据输入的TTCAN网络协议，对于用户选择的被测试桢，进行故障诊断：

a)根据被测试桢在当前信号阵列中的出现频度，对比协议中信号的出现频度以及已有的此信号故障记录，计算出当前信号重复的故障率，并根据基于专家系统的诊断精度而规定的阀值，判断当前信号是否处于故障状态；

b)根据被测试桢在当前信号阵列中的出现时间段，对比根据本阵列触发桢时序和基于专家系统的诊断精度而规定的时间窗，得出当前信号符合诊断精度的时序故障结论；

c)对于在上一个信号阵列中出现频度为0的信号，根据TTCAN通讯协议计算其缺失个数；

1)将本信号阵列中布尔函数的信号重复、时序故障转化成数字量，和上一个信号阵列中被测信号缺失数累加到各个故障变量中，完成统计数据的更新；

1.将各信号(包括触发桢、被测试桢)计数、各信号的时序故障、重复、缺失计数显示到上位机屏幕上；

2.如果用户选择了“保存数据”，那么将数据保存到硬盘：

2)将TTCAN触发桢和被测试桢的信号ID和时间戳合并存入用户指定的ASCII码格式的文件中，每两个信号之间用换行符隔开；

3)如果文件大小超过用户指定值，则建立下一个文件，序号为原有文件序号+1；

1.如果用户选择了“显示图形”，那么将被测桢相对于触发桢的时序，通过波形图的方式显示到上位机屏幕上；

2.检查用户是否按下“停止”按钮，如果是，则转入下一步h，否则转入b；

3.卸载CAN卡资源：

1)调用CAN Task Stop命令，停止当前CAN发送或接收任务；

2)调用CAN Task Clear命令，卸载对于当前CAN资源的占用；

4.程序停止，当用户按下“关闭”按钮之后，程序退出。

本发明所提出的基于TTCAN总线的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，通过对上位机的开发，实现了对基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络的测试功能。本系统可以模拟燃料电池汽车整车TTCAN网络，并对网络进行实时监测、数据存储、在线评估等功能。上位机通过监视、处理TTCAN网络的信号，得到了网络上信号的发送参数信息，经过分析算法的处理，实现了两个功能：一是对组成TTCAN网络的各零部件控制器、整车控制器的通讯功能检测与评估；二是对设计的TTCAN网络协议的测试。

所述上位机，通过调用Labview的CAN卡驱动程序，实时读取模拟整车通讯网络上的TTCAN信号，并对其执行信号评估算法，将信号阵列数量、错误桢数量和误码率实时反馈到用户界面。在信号阵列数目达到设定值之后，根据误码率和时间延迟的统计指标，给出TTCAN网络通讯是否符合要求的结论。

所述模拟燃料电池汽车整车TTCAN网络，是指基于时间触发(Time Triggered)的CAN网络协议的，实用于燃料电池车的控制器通讯网络。模拟燃料电池汽车整车TTCAN网络采用与实车相同的控制器MPC561单片机作为网络信号仿真器的处理器，CAN通讯部分的外围硬件和通讯介质也相同，因而在CAN网络通讯的意义上和燃料电池实车等价，在模拟网络上测得的结果可以替代实车测试结果。

本发明运用先进的TTCAN协议技术，结合LabVIEW和Motorola MPC系列32位单片机开发平台实现了一种燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，其主要效果有：

1.TTCAN总线传输速率高，实时性能好，燃料电池整车控制器监控系统处理信息能力加强。

2.上位机可以采用台式机或笔记本电脑，应用场所灵活，适合研究场所或是工程现场使用。

3.采用优化的程序结构，能够在Windows平台下实现1微秒的信号时序测量精度和不超过1毫秒的实时处理周期。

4.测试程序将采集与评估功能集成于一体，能够完成在线自动评估，操作简便，可以当场获得测试结果，工程现场CAN通讯调试和网络级别的零部件控制器、整车控制器的测试与调试。

5.测试程序支持数据记录功能，兼容其他离线分析方法。

6.利用了燃料电池汽车控制系统TTCAN网络通讯结构，部件的CAN时序直接从TTCAN网络获取，由个人电脑接收，大大减轻了整车控制器的监控通讯负担。

附图说明

图1是燃料电池汽车整车通讯网络测试系统结构示意图。

图2是燃料电池汽车整车通讯网络测试系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施做进一步说明。

图1所示为燃料电池汽车整车通讯网络测试系统结构示意图。本系统的连接关系：

1.上位机的CAN卡的CAN接口通过CAN电缆与下位机CAN网络相连。

2.下位机燃料电池整车CAN网络仿真器通过CAN电缆与下位机CAN网络相连。

3.被测零部件的CAN接口通过CAN电缆与下位机CAN网络相连。

实施例1

图1所示为燃料电池整车控制器监控系统结构示意图。上位机是一台安装了CAN卡的笔记本电脑，所述CAN卡型号为NI PCMCIA-CAN/2；下位机信号仿真由采用MPC555单片机的控制器完成，此控制器具有2个CAN模块，每个CAN模块拥有有16个接收发送数据缓冲区，每一个均可以独立生成中断，其中分配9个CAN数据缓冲区用于燃料电池整车TTCAN网络检测系统，分别发送各控制器的CAN信号，用以模拟整车通讯网络。

实施例2

上位机采用一台安装了CAN卡的台式机电脑，所述CAN卡型号为NI CAN/2；下位机信号仿真由采用MPC561单片机的控制器完成，此控制器具有3个CAN模块，每个CAN模块拥有有16个接收发送数据缓冲区，每一个均可以独立生成中断，其中分配9个CAN数据缓冲区用于燃料电池整车TTCAN网络检测系统，分别发送各控制器的CAN信号，用以模拟整车通讯网络。

图2为燃料电池汽车整车通讯网络测试系统的工作流程：

1.软件启动后，首先进行初始化：

1)根据用户的设置，进行测试的信号ID、协议通讯速率的初始化；

2)对CAN进行初始化：

a)根据网络协议中的信号ID列表，使用文字编辑软件生成TTCAN网络配置基于可扩展置标语言(XML)的信号配置文件；

b)调用CAN Task Init或者CAN Task Init&Start命令，导入生成的配置文件；

c)调用Set Task Property命令，配置CAN通讯速率为250kbps；

2.调用CAN Task Read命令，采用Timestamped模式，读取CAN信号和时间戳；

3.对接受到的信号及其时间戳进行代数运算：

1)根据用户配置的触发桢信号，计算本次循环各信号的时间窗。时间窗的范围由协议规定的范围、前向仿真得到的故障分布函数以及专家系统的诊断精度确定；

2)根据输入的TTCAN网络协议，对于用户选择的被测试桢，进行故障诊断：

a)根据被测试桢在当前信号阵列中的出现频度，对比协议中信号的出现频度以及已有的此信号故障记录，计算出当前信号重复的故障率，并根据基于专家系统的诊断精度而规定的阀值，判断当前信号是否处于故障状态；

b)根据被测试桢在当前信号阵列中的出现时间段，对比根据本阵列触发桢时序和基于专家系统的诊断精度而规定的时间窗，得出当前信号符合诊断精度的时序故障结论；

c)对于在上一个信号阵列中出现频度为0的信号，根据TTCAN通讯协议计算其缺失个数；

3)将本信号阵列中布尔函数的信号重复、时序故障转化成数字量，和上一个信号阵列中被测信号缺失数累加到各个故障变量中，完成统计数据的更新；

4.将各信号(包括触发桢、被测试桢)计数、各信号的时序故障、重复、缺失计数显示到上位机屏幕上；

5.如果用户选择了“保存数据”，那么将数据保存到硬盘：

1)将TTCAN触发桢和被测试桢的信号ID和时间戳合并存入用户指定的ASCII码格式的文件中，每两个信号之间用换行符隔开；

2)如果文件大小超过用户指定值，则建立下一个文件，序号为原有文件序号+1；

6.如果用户选择了“显示图形”，那么将被测桢相对于触发桢的时序，通过波形图的方式显示到上位机屏幕上；

7.检查用户是否按下“停止”按钮，如果是，则转入下一步h，否则转入b；

8.卸载CAN卡资源：

1)调用CAN Task Stop命令，停止当前CAN发送或接收任务；

2)调用CAN Task Clear命令，卸载对于当前CAN资源的占用；

9.程序停止，当用户按下“关闭”按钮之后，程序退出。

Claims (5)

1、一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，其特征在于，该系统包括上位机和下位机两部分；

上位机部分包括带有PCI插槽或PCMCIA插槽的上位机、CAN2.0卡和基于LabVIEW开发的TTCAN网络信号测试程序；

下位机部分包括带CAN接口的燃料电池整车CAN网络仿真器、CAN电缆和带CAN接口的被测零部件控制器；

上位机的CAN卡的CAN接口通过CAN电缆与下位机CAN网络相连；

下位机燃料电池整车CAN网络仿真器通过CAN电缆与下位机CAN网络相连；

被测零部件的CAN接口通过CAN电缆与下位机CAN网络相连；

被测零部件接入模拟TTCAN网络，与下位机信号仿真器进行通讯。

2、根据权利要求1所述的一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，其特征在于，所述上位机为台式机、笔记本或工控机中的任何一种。

3、根据权利要求1所述的一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，其特征在于，所述CAN卡的型号为NI-CAN，NI-CAN/2，NI PCMCIA-CAN，NI PCMCIA-CAN/2中的任何一种。

4、根据权利要求1所述的一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，其特征在于，所述下位机整车CAN网络仿真器为Motorola MPC561、MPC555、MPC563中的任何一种。

5、根据权利要求1所述的一种基于TTCAN的燃料电池汽车整车通讯网络测试系统，其特征在于，所述的上位机带有基于LabVIEW开发的TTCAN网络信号测试程序按如下步骤实行：

(1)软件启动后，首先进行初始化：

1)根据用户的设置，进行测试的信号ID、协议通讯速率的初始化；

2)对CAN进行初始化：

a)根据网络协议中的信号ID列表，使用文字编辑软件生成TTCAN网络配置基于可扩展置标语言(XML)的信号配置文件；

b)调用CAN Task Init或者CAN Task Init&Start命令，导入生成的配置文件；

c)调用Set Task Property命令，配置CAN通讯速率为250kbps；

(2)调用CAN Task Read命令，采用Timestamped模式，读取CAN信号和时间戳；

(3)对接受到的信号及其时间戳进行代数运算

1)根据用户配置的触发桢信号，计算本次循环各信号的时间窗。时间窗的范围由协议规定的范围、前向仿真得到的故障分布函数以及专家系统的诊断精度确定；

2)根据输入的TTCAN网络协议，对于用户选择的被测试桢，进行故障诊断：

a)根据被测试桢在当前信号阵列中的出现频度，对比协议中信号的出现频度以及已有的此信号故障记录，计算出当前信号重复的故障率，并根据基于专家系统的诊断精度而规定的阀值，判断当前信号是否处于故障状态；

b)根据被测试桢在当前信号阵列中的出现时间段，对比根据本阵列触发桢时序和基于专家系统的诊断精度而规定的时间窗，得出当前信号符合诊断精度的时序故障结论；

c)对于在上一个信号阵列中出现频度为0的信号，根据TTCAN通讯协议计算其缺失个数；

3)将本信号阵列中布尔函数的信号重复、时序故障转化成数字量，和上一个信号阵列中被测信号缺失数累加到各个故障变量中，完成统计数据的更新；

(4)将各信号(包括触发桢、被测试桢)计数、各信号的时序故障、重复、缺失计数显示到上位机屏幕上；

(5)如果用户选择了“保存数据”，那么将数据保存到硬盘：

1)将TTCAN触发桢和被测试桢的信号ID和时间戳合并存入用户指定的ASCII码格式的文件中，每两个信号之间用换行符隔开；

2)如果文件大小超过用户指定值，则建立下一个文件，序号为原有文件序号+1；

(6)如果用户选择了“显示图形”，那么将被测桢相对于触发桢的时序，通过波形图的方式显示到上位机屏幕上；

(7)检查用户是否按下“停止”按钮，如果是，则转入下一步h，否则转入b；

(8)卸载CAN卡资源：

1)调用CAN Task Stop命令，停止当前CAN发送或接收任务；

2)调用CAN Task Clear命令，卸载对于当前CAN资源的占用；

(9)程序停止，当用户按下“关闭”按钮之后，程序退出。

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