CN106503376B - 一种汽车网络架构建模仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车网络架构建模仿真方法及系统。该方法包括：根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制电控单元在总线上的拓扑图；将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路；将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路并利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止。通过本发明，解决了汽车网络架构设计过程中存在的开发周期长的问题。

Description

一种汽车网络架构建模仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆仿真技术领域，特别涉及一种汽车网络架构建模仿真方法及系统。

背景技术

在目前汽车行业科技发展和人们消费水平不断升级的大环境下，客户对于汽车的舒适度、智能化以及安全性等要求日益提高，使得汽车上的电子电气模块构成日益复杂。与此同时，由于对电子电气模块的要求和其复杂程度越来越高，传统的线束设计和原理已经无法满足要求。随着汽车行业开发过程中模块化和平台化的日益完善，E/E架构已经成为了整车平台和项目规划中不可缺少的前提准备工作。其通过对整车线束设计、网络管理、路由分配以及电源管理等多项内容进行配置，在满足市场调研，法律法规等的基础上，进行成本、性能以及装配等多方面分析，从而获得最合适的整车电子电气系统模型。

现阶段汽车网络架构主要依据于每个主机厂的架构工程师根据个人工作经验设计，并且架构工程师还会在后期零部件和整车的装配测试过程中，根据负载率，整车功能等一系列参数的不断变化对总线架构进行针对性的更改。因此，现阶段汽车网络架构的设计具有以下缺点：1.开发周期长，人工成本高。2.在未进行实车装配过程中，无法对总线架构方案进行实际测试。3.后期总线架构整改方案相对较复杂，整改难度大。

发明内容

本发明提供了一种汽车网络架构建模仿真方法及系统，以解决现有的汽车网络架构设计过程中存在的开发周期长、初期验证困难以及后期整改难度大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种汽车网络架构建模仿真方法，包括：

根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制电控单元在总线上的拓扑图；

将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路；

将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路并利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止。

优选地，所述电控电路包括：

收发单元、控制器、等价电阻、等价电感以及等价电容；

所述收发单元连接在所述控制器以及所述等价电阻一端之间；

所述等价电容一端与搭铁连接，所述等价电容另一端分别与所述等价电阻另一端、所述等价电感一端连接；

所述等价电感另一端与所述线束电阻连接。

优选地，所述将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻包括：

由当前电控单元之间连接线束的长度、种类以及电控单元管脚类型根据电阻公式计算得出线束电阻。

优选地，所述通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求包括：

在所述仿真软件中，通过等价电路上一个电控电路发送一序列满足ISO标准的电压波形，检测等价电路上电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果等价电路上电控电路接收到的电压波形均满足ISO标准，则确认满足总线正常通讯要求。

优选地，所述重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路包括：

当所述等价电路中有一个或多个电控电路接收到的电压波形不满足ISO标准时，通过改变所述电控电路之间的线束电阻，重新模拟连接线束；

通过改变重新模拟连接线束无法使所述电控电路接收到电压波形满足ISO标准时，使用标准信号触发器代替所述电控电路发送满足ISO标准的电压波形，检测电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果不满足，则通过改变电控电路，重新模拟电控单元。

优选地，所述ISO标准包括电压值标准以及电压斜率标准；

所述改变电控电路包括：如果电压波形不满足电压值标准，则改变收发单元、控制器或等价电感；如果电压波形不满足电压斜率标准，则改变等价电阻或等价电容。

一种汽车网络架构建模仿真系统，所述系统包括：

绘图单元，用于根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制电控单元在总线上的拓扑图；

模拟单元，用于将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，从而得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路；

仿真单元，将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，得到仿真结果；

检测单元，用于通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，触发所述模拟单元重新模拟电控单元或/和连接线束，形成新的等价电路，使所述仿真单元利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止。

优选地，所述电控电路包括：收发单元、控制器、等价电阻、等价电感以及等价电容；

所述收发单元连接在所述控制器以及所述等价电阻一端之间；

所述等价电容一端与搭铁连接，所述等价电容另一端分别与所述等价电阻另一端、所述等价电感一端连接；

所述等价电感另一端与所述线束电阻连接。

优选地，所述线束电阻由当前电控单元之间连接线束长度、种类以及电控单元管脚类型根据电阻计算公式计算得出。

优选地，所述仿真单元通过等价电路上一个电控电路发送一序列满足ISO标准的电压波形；

所述检测单元检测等价电路上电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果等价电路上电控电路接收到的电压波形均满足ISO标准，则确认满足总线正常通讯要求。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的汽车网络架构建模仿真方法，根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制总线拓扑图；将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路；将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路并利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止。通过本发明，解决了网络架构设计的开发周期长、初期验证困难以及后期整改难度大的问题。

附图说明

图1是本发明实施例汽车网络架构建模仿真方法的一种流程图。

图2是本发明实施例中总线拓扑图。

图3是本发明实施例中电控电路的一种结构图。

图4是本发明实施例中仿真软件仿真结果图。

图5是本发明实施例汽车网络架构建模仿真系统的一种结构示意图。

附图中标记：

R、等价电阻L、等价电感C、等价电容c、总线 1a…na、线束

具体实施方式

为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作详细说明。

如图1是本发明实施例汽车网络架构建模仿真方法的一种流程图，包括以下步骤：

步骤101：根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制电控单元在总线上的拓扑图。

具体地，所述电控单元与总线之间的连接关系包括：总线线缆和单控单元的布局以及数据传输时所采用的路径，根据所述连接关系建立电控单元在总线上的拓扑图，比如，如图2所示的拓扑图，各个电控单元(如图中ECU1…ECUn)分别通过线束(如图中1a…na)连接到总线c上，由该拓扑图可以直观的反映出各个电控单元在总线上的位置。

需要说明的是，当本发明应用于车辆时，本实施中所述的总线为CAN总线，所述拓扑图为CAN总线网络拓扑图。

步骤102：将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路。

具体地，如图3所示，所述电控电路包括：收发单元、控制器、等价电阻R、等价电感L以及等价电容C。

所述收发单元连接在所述控制器以及所述等价电阻R一端之间；所述等价电容C一端与搭铁连接，所述等价电容C另一端分别与所述等价电阻R另一端、所述等价电感L一端连接；所述等价电感L另一端与所述线束电阻连接。其中，控制器主要功能为：在满足总线协议的基础上，控制电控单元的时钟信号、协调收发器收发报文以及在内部出现错误时执行处理错误策略。收发器主要功能为：根据不同的总线类型接收和发送报文；即收发器接收到控制器发出的控制命令后，向总线发出对应的报文。

本发明中，等价电阻R，等价电感L和等价电容C主要是起到了输入保护的作用，具体地，通过等价电感L构建的共模电感可以达到消除共模干扰电流的作用；通过等价电容C设置可以达到过压保护的作用；通过等价电阻R的设置可以消除在通信电缆中的信号反射，进一步，可以防止在总线空闲时出现数据混乱，从而导致通信的抗干扰性和可靠性大大降低。更进一步，电控单元中的等价电阻R，等价电容C以及等价电感L的大小可以通过电控单元电路图纸或者拆卸电控单元进行确定。

具体地，所述将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻包括：

由当前电控单元之间连接线束的长度、种类以及电控单元管脚类型根据电阻公式计算得出线束电阻。

具体地，电阻公式为：电阻＝电阻率*线束长度/线束的横截面积。

步骤103：将所述等价电路通过仿真软件进行仿真。

由于总线网络架构决定了不同的电控单元在整车上的布局，考虑到总线信号传递的稳定性和可靠性，架构设计者需要对网络总线上电平特性进行仿真。而Systemvision是Mentor Graphics公司旗下开发的一款仿真软件，可以实现与VHDL，Spice，Simulink等模块的集成，在实际软件操作中可以将不同模块的特点与自身软件相结合，发挥其最大优势。Mentor Graphics公司利用systemvision软件对最原始的电控单元自身进行高精度抽象的仿真，将其分解为控制器、收发器及其它相应的元件器，其设置参数自由度大，范围广，可根据不同的测试者针对于不同测试环境进行量身设定仿真参数，提高了仿真的准确性。

在本发明实施例中，可以利用Systemvision与其Simulink模块的相互配合。Systemvision采用基于物理层特征的硬件模型实现其对电气特性实现控制算法的测试，并且提供具体的仿真的波形和相应参数的计算；Simulink则用来快速实现其控制算法并且自动产生算法代码，从而完成最终的仿真系统。

具体地，将所述等价电路输入Systemvision仿真软件，从而将所述等价电路转化成对应的硬件模型，在所述硬件模型中添加电控电路需要发送的满足ISO标准的电压波形；进一步，还可以根据仿真实际情况在所述硬件模型中添加信号触发器，该信号触发器也可以发送ISO标准的电压波形；进一步，为了保证仿真的准确性，还需要在Systemvision仿真软件设置仿真时间和精度。最后采用Simulink模块快速开发控制算法并且自动产生算法代码，架构设计者根据Simulink模块的仿真结果确定是否满足ISO标准，如果是，确认满足总线正常通讯要求。

步骤104：通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，执行步骤105；否则，执行步骤106。

具体地，所述通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求包括：

在所述仿真软件中，通过等价电路上一个电控电路发送一序列满足ISO标准的电压波形，检测等价电路上电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果等价电路上电控电路接收到的电压波形均满足ISO标准，则确认满足总线正常通讯要求。

需要说明的是，本发明实施例中，ISO标准具体可以为ISO11898标准。ISO11898标准定义了高速介质访问单元和一些介质依赖特性，包括CAN的物理层。

步骤105：则确定电控单元与总线连接合格。

步骤106：重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路并利用新的等价电路进行仿真，返回执行步骤104。

具体地，所述重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路包括：

当所述等价电路中有一个或多个电控电路接收到的电压波形不满足ISO标准时，通过改变所述电控电路之间的线束电阻，重新模拟连接线束。

通过改变重新模拟连接线束无法使所述电控电路接收到电压波形满足ISO标准时，使用标准信号触发器代替所述电控电路发送满足ISO标准的电压波形，检测电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果不满足，则通过改变电控电路，重新模拟电控单元。

具体地，本发明实施例中，所述ISO标准包括电压值标准以及电压斜率标准。

具体地，当总线为CAN总线时，Simulink模块的仿真结果可以设置为CAN总线的三种电压波形图，如图4所示，Y1为CAN总线CANH的电压波形的纵轴，Y2为CAN总线CANL的电压波形的纵轴，Y3为CAN总线CANH与CANL的差分电压波形的纵轴，CAN总线CANH的电压波形、CAN总线CANL的电压波形以及CAN总线CANH与CANL的差分电压波形的横轴相同(图中均为时间T，单位为us)，Y1、Y2以及Y3的单位为V，通过图4可以得出，CANH的电压大约在3.5V左右，CANL的电压大约在1.5V左右，CANH的上升斜率为10.441V/us，CANH的下降斜率为29.203V/us，CANL的上升斜率为10.441V/us，CANL的下降斜率为29.203V/us，将CANL的电压、CANH的电压、CANH的上升斜率、CANH的下升斜率、CANL的上升斜率、CANL的下升斜率与ISO11898标准中规定值相比较，确定图4所示的电压波形满足ISO标准。

所述改变电控电路包括：如果电压波形不满足电压值标准，则改变收发单元、控制器或等价电感；如果电压波形不满足电压斜率标准，则改变等价电阻或等价电容。

综上所述，本发明实施例提供的汽车网络架构建模仿真方法，根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制总线拓扑图；将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路；将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路并利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止。通过本发明，解决了网络架构设计的开发周期长、初期验证困难以及后期整改难度大的问题。

针对上述方法，本发明实施例还提供了一种汽车网络架构建模仿真系统。如图5所示，所述系统包括：绘图单元、模拟单元、仿真单元以及检测单元。

绘图单元，用于根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制电控单元在总线上的拓扑图。

模拟单元，用于将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，从而得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路。

仿真单元，将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，得到仿真结果。

检测单元，用于通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，触发所述模拟单元重新模拟电控单元或/和连接线束，形成新的等价电路，使所述仿真单元利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止。

具体地，模拟单元模拟的电控电路如图2所示，包括：收发单元、控制器、等价电阻、等价电感以及等价电容。

所述收发单元连接在所述控制器以及所述等价电阻一端之间；所述等价电容一端与搭铁连接，所述等价电容另一端分别与所述等价电阻另一端、所述等价电感一端连接；所述等价电感另一端与所述线束电阻连接。

具体地，模拟单元模拟的线束电阻由当前电控单元之间连接线束长度、种类以及电控单元管脚类型根据电阻计算公式计算得出。

进一步，所述仿真单元通过等价电路上一个电控电路发送一序列满足ISO标准的电压波形；所述检测单元检测等价电路上电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果等价电路上电控电路接收到的电压波形均满足ISO标准，则确认满足总线正常通讯要求。

本发明提供的汽车网络架构建模仿真系统，通过绘图单元绘制总线拓扑图，通过模拟单元将所述网络拓扑图上的电控单元模拟为电控电路将各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，得到等价电路，通过仿真单元将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，并通过检测单元根据仿真结果检测等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足确定电控单元与总线连接合格；否则，触发模拟单元重新模拟电控单元或/和连接线束，形成新的等价电路是所述仿真单元利用所述新的等价电路进行仿真，直至确定电控单元与总线连接合格为止。通过本发明，简单、方便了建立了稳定的总线架构，并且缩短了总线架构开发周期。

本发明实施例提供的汽车网络架构建模仿真方法及系统，首先对最原始的电控单元以及各个电控之间的线束进行模拟，然后利用仿真软件对模拟完的等价电路进行高精度抽象仿真，其设置参数自由度大、范围广，可根据不同的测试者针对不同测试环境进行量身设定仿真参数，提高了总线仿真的准确性，进一步，通过本发明解决了现有的汽车总线架构过程中存在的开发周期长，初期验证困难，后期整改难度大等问题。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及方法；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种汽车网络架构建模仿真方法，其特征在于，包括：

根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制电控单元在总线上的拓扑图；

将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路；

将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路并利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止；

所述电控电路包括：

收发单元、控制器、等价电阻、等价电感以及等价电容；

所述收发单元连接在所述控制器以及所述等价电阻一端之间；

所述等价电容一端与搭铁连接，所述等价电容另一端分别与所述等价电阻另一端、所述等价电感一端连接；

所述等价电感另一端与所述线束电阻连接。

2.根据权利要求1所述的汽车网络架构建模仿真方法，其特征在于，所述将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻包括：

由当前电控单元之间连接线束的长度、种类以及电控单元管脚类型根据电阻公式计算得出线束电阻。

3.根据权利要求2所述的汽车网络架构建模仿真方法，其特征在于，所述通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求包括：

在所述仿真软件中，通过等价电路上一个电控电路发送一序列满足ISO标准的电压波形，检测等价电路上电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果等价电路上电控电路接收到的电压波形均满足ISO标准，则确认满足总线正常通讯要求。

4.根据权利要求3所述的汽车网络架构建模仿真方法，其特征在于，所述重新模拟电控单元或/和连接线束，得到新的等价电路包括：

当所述等价电路中有一个或多个电控电路接收到的电压波形不满足ISO标准时，通过改变所述电控电路之间的线束电阻，重新模拟连接线束；

通过改变重新模拟连接线束无法使所述电控电路接收到电压波形满足ISO标准时，使用标准信号触发器代替所述电控电路发送满足ISO标准的电压波形，检测电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果不满足，则通过改变电控电路，重新模拟电控单元。

5.根据权利要求4所述的汽车网络架构建模仿真方法，其特征在于，所述ISO标准包括电压值标准以及电压斜率标准；

所述改变电控电路包括：如果电压波形不满足电压值标准，则改变收发单元、控制器或等价电感；如果电压波形不满足电压斜率标准，则改变等价电阻或等价电容。

6.一种汽车网络架构建模仿真系统，其特征在于，所述系统包括：

绘图单元，用于根据电控单元与总线之间的连接关系，绘制电控单元在总线上的拓扑图；

模拟单元，用于将所述拓扑图上的电控单元模拟为电控电路，并将所述拓扑图上各个电控单元之间的连接线束模拟为线束电阻，从而得到由所述电控电路与所述线束电阻组成的等价电路；

仿真单元，将所述等价电路通过仿真软件进行仿真，得到仿真结果；

检测单元，用于通过仿真结果检测所述等价电路是否满足总线正常通讯要求，如果满足，则确定电控单元与总线连接合格；否则，触发所述模拟单元重新模拟电控单元或/和连接线束，形成新的等价电路，使所述仿真单元利用所述新的等价电路进行仿真，直至确认电控单元与总线连接合格为止；

所述电控电路包括：收发单元、控制器、等价电阻、等价电感以及等价电容；

所述收发单元连接在所述控制器以及所述等价电阻一端之间；

所述等价电容一端与搭铁连接，所述等价电容另一端分别与所述等价电阻另一端、所述等价电感一端连接；

所述等价电感另一端与所述线束电阻连接。

7.根据权利要求6所述的汽车网络架构建模仿真系统，其特征在于，所述线束电阻由当前电控单元之间连接线束长度、种类以及电控单元管脚类型根据电阻计算公式计算得出。

8.根据权利要求7所述的汽车网络架构建模仿真系统，其特征在于，所述仿真单元通过等价电路上一个电控电路发送一序列满足ISO标准的电压波形；

所述检测单元检测等价电路上电控电路接收到的电压波形是否满足ISO标准，如果等价电路上电控电路接收到的电压波形均满足ISO标准，则确认满足总线正常通讯要求。