本發(fā)明涉及車輛仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在目前汽車行業(yè)科技發(fā)展和人們消費(fèi)水平不斷升級的大環(huán)境下，客戶對于汽車的舒適度、智能化以及安全性等要求日益提高，使得汽車上的電子電氣模塊構(gòu)成日益復(fù)雜。與此同時，由于對電子電氣模塊的要求和其復(fù)雜程度越來越高，傳統(tǒng)的線束設(shè)計和原理已經(jīng)無法滿足要求。隨著汽車行業(yè)開發(fā)過程中模塊化和平臺化的日益完善，E/E架構(gòu)已經(jīng)成為了整車平臺和項目規(guī)劃中不可缺少的前提準(zhǔn)備工作。其通過對整車線束設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)管理、路由分配以及電源管理等多項內(nèi)容進(jìn)行配置，在滿足市場調(diào)研，法律法規(guī)等的基礎(chǔ)上，進(jìn)行成本、性能以及裝配等多方面分析，從而獲得最合適的整車電子電氣系統(tǒng)模型。

現(xiàn)階段汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要依據(jù)于每個主機(jī)廠的架構(gòu)工程師根據(jù)個人工作經(jīng)驗設(shè)計，并且架構(gòu)工程師還會在后期零部件和整車的裝配測試過程中，根據(jù)負(fù)載率，整車功能等一系列參數(shù)的不斷變化對總線架構(gòu)進(jìn)行針對性的更改。因此，現(xiàn)階段汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計具有以下缺點(diǎn)：1.開發(fā)周期長，人工成本高。2.在未進(jìn)行實車裝配過程中，無法對總線架構(gòu)方案進(jìn)行實際測試。3.后期總線架構(gòu)整改方案相對較復(fù)雜，整改難度大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計過程中存在的開發(fā)周期長、初期驗證困難以及后期整改難度大的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法，包括：

根據(jù)電控單元與總線之間的連接關(guān)系，繪制電控單元在總線上的拓?fù)鋱D；

將所述拓?fù)鋱D上的電控單元模擬為電控電路，并將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻，得到由所述電控電路與所述線束電阻組成的等價電路；

將所述等價電路通過仿真軟件進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求，如果滿足，則確定電控單元與總線連接合格；否則，重新模擬電控單元或/和連接線束，得到新的等價電路并利用所述新的等價電路進(jìn)行仿真，直至確認(rèn)電控單元與總線連接合格為止。

優(yōu)選地，所述電控電路包括：

收發(fā)單元、控制器、等價電阻、等價電感以及等價電容；

所述收發(fā)單元連接在所述控制器以及所述等價電阻一端之間；

所述等價電容一端與搭鐵連接，所述等價電容另一端分別與所述等價電阻另一端、所述等價電感一端連接；

所述等價電感另一端與所述線束電阻連接。

優(yōu)選地，所述將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻包括：

由當(dāng)前電控單元之間連接線束的長度、種類以及電控單元管腳類型根據(jù)電阻公式計算得出線束電阻。

優(yōu)選地，所述通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求包括：

在所述仿真軟件中，通過等價電路上一個電控電路發(fā)送一序列滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形，檢測等價電路上電控電路接收到的電壓波形是否滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，如果等價電路上電控電路接收到的電壓波形均滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，則確認(rèn)滿足總線正常通訊要求。

優(yōu)選地，所述重新模擬電控單元或/和連接線束，得到新的等價電路包括：

當(dāng)所述等價電路中有一個或多個電控電路接收到的電壓波形不滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)時，通過改變所述電控電路之間的線束電阻，重新模擬連接線束；

通過改變重新模擬連接線束無法使所述電控電路接收到電壓波形滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)時，使用標(biāo)準(zhǔn)信號觸發(fā)器代替所述電控電路發(fā)送滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形，檢測電控電路接收到的電壓波形是否滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，如果不滿足，則通過改變電控電路，重新模擬電控單元。

優(yōu)選地，所述ISO標(biāo)準(zhǔn)包括電壓值標(biāo)準(zhǔn)以及電壓斜率標(biāo)準(zhǔn)；

所述改變電控電路包括：如果電壓波形不滿足電壓值標(biāo)準(zhǔn)，則改變收發(fā)單元、控制器或等價電感；如果電壓波形不滿足電壓斜率標(biāo)準(zhǔn)，則改變等價電阻或等價電容。

一種汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

繪圖單元，用于根據(jù)電控單元與總線之間的連接關(guān)系，繪制電控單元在總線上的拓?fù)鋱D；

模擬單元，用于將所述拓?fù)鋱D上的電控單元模擬為電控電路，并將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻，從而得到由所述電控電路與所述線束電阻組成的等價電路；

仿真單元，將所述等價電路通過仿真軟件進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果；

檢測單元，用于通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求，如果滿足，則確定電控單元與總線連接合格；否則，觸發(fā)所述模擬單元重新模擬電控單元或/和連接線束，形成新的等價電路，使所述仿真單元利用所述新的等價電路進(jìn)行仿真，直至確認(rèn)電控單元與總線連接合格為止。

優(yōu)選地，所述電控電路包括：收發(fā)單元、控制器、等價電阻、等價電感以及等價電容；

所述收發(fā)單元連接在所述控制器以及所述等價電阻一端之間；

所述等價電容一端與搭鐵連接，所述等價電容另一端分別與所述等價電阻另一端、所述等價電感一端連接；

所述等價電感另一端與所述線束電阻連接。

優(yōu)選地，所述線束電阻由當(dāng)前電控單元之間連接線束長度、種類以及電控單元管腳類型根據(jù)電阻計算公式計算得出。

優(yōu)選地，所述仿真單元通過等價電路上一個電控電路發(fā)送一序列滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形；

所述檢測單元檢測等價電路上電控電路接收到的電壓波形是否滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，如果等價電路上電控電路接收到的電壓波形均滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，則確認(rèn)滿足總線正常通訊要求。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法，根據(jù)電控單元與總線之間的連接關(guān)系，繪制總線拓?fù)鋱D；將所述拓?fù)鋱D上的電控單元模擬為電控電路，并將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻，得到由所述電控電路與所述線束電阻組成的等價電路；將所述等價電路通過仿真軟件進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求，如果滿足，則確定電控單元與總線連接合格；否則，重新模擬電控單元或/和連接線束，得到新的等價電路并利用所述新的等價電路進(jìn)行仿真，直至確認(rèn)電控單元與總線連接合格為止。通過本發(fā)明，解決了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的開發(fā)周期長、初期驗證困難以及后期整改難度大的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法的一種流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例中總線拓?fù)鋱D。

圖3是本發(fā)明實施例中電控電路的一種結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明實施例中仿真軟件仿真結(jié)果圖。

圖5是本發(fā)明實施例汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記：

R、等價電阻L、等價電感C、等價電容c、總線 1a…na、線束

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明實施例作詳細(xì)說明。

如圖1是本發(fā)明實施例汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法的一種流程圖，包括以下步驟：

步驟101：根據(jù)電控單元與總線之間的連接關(guān)系，繪制電控單元在總線上的拓?fù)鋱D。

具體地，所述電控單元與總線之間的連接關(guān)系包括：總線線纜和單控單元的布局以及數(shù)據(jù)傳輸時所采用的路徑，根據(jù)所述連接關(guān)系建立電控單元在總線上的拓?fù)鋱D，比如，如圖2所示的拓?fù)鋱D，各個電控單元(如圖中ECU1…ECUn)分別通過線束(如圖中1a…na)連接到總線c上，由該拓?fù)鋱D可以直觀的反映出各個電控單元在總線上的位置。

需要說明的是，當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于車輛時，本實施中所述的總線為CAN總線，所述拓?fù)鋱D為CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

步驟102：將所述拓?fù)鋱D上的電控單元模擬為電控電路，并將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻，得到由所述電控電路與所述線束電阻組成的等價電路。

具體地，如圖3所示，所述電控電路包括：收發(fā)單元、控制器、等價電阻R、等價電感L以及等價電容C。

所述收發(fā)單元連接在所述控制器以及所述等價電阻R一端之間；所述等價電容C一端與搭鐵連接，所述等價電容C另一端分別與所述等價電阻R另一端、所述等價電感L一端連接；所述等價電感L另一端與所述線束電阻連接。其中，控制器主要功能為：在滿足總線協(xié)議的基礎(chǔ)上，控制電控單元的時鐘信號、協(xié)調(diào)收發(fā)器收發(fā)報文以及在內(nèi)部出現(xiàn)錯誤時執(zhí)行處理錯誤策略。收發(fā)器主要功能為：根據(jù)不同的總線類型接收和發(fā)送報文；即收發(fā)器接收到控制器發(fā)出的控制命令后，向總線發(fā)出對應(yīng)的報文。

本發(fā)明中，等價電阻R，等價電感L和等價電容C主要是起到了輸入保護(hù)的作用，具體地，通過等價電感L構(gòu)建的共模電感可以達(dá)到消除共模干擾電流的作用；通過等價電容C設(shè)置可以達(dá)到過壓保護(hù)的作用；通過等價電阻R的設(shè)置可以消除在通信電纜中的信號反射，進(jìn)一步，可以防止在總線空閑時出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂，從而導(dǎo)致通信的抗干擾性和可靠性大大降低。更進(jìn)一步，電控單元中的等價電阻R，等價電容C以及等價電感L的大小可以通過電控單元電路圖紙或者拆卸電控單元進(jìn)行確定。

具體地，所述將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻包括：

由當(dāng)前電控單元之間連接線束的長度、種類以及電控單元管腳類型根據(jù)電阻公式計算得出線束電阻。

具體地，電阻公式為：電阻＝電阻率*線束長度/線束的橫截面積。

步驟103：將所述等價電路通過仿真軟件進(jìn)行仿真。

由于總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)決定了不同的電控單元在整車上的布局，考慮到總線信號傳遞的穩(wěn)定性和可靠性，架構(gòu)設(shè)計者需要對網(wǎng)絡(luò)總線上電平特性進(jìn)行仿真。而Systemvision是Mentor Graphics公司旗下開發(fā)的一款仿真軟件，可以實現(xiàn)與VHDL，Spice，Simulink等模塊的集成，在實際軟件操作中可以將不同模塊的特點(diǎn)與自身軟件相結(jié)合，發(fā)揮其最大優(yōu)勢。Mentor Graphics公司利用systemvision軟件對最原始的電控單元自身進(jìn)行高精度抽象的仿真，將其分解為控制器、收發(fā)器及其它相應(yīng)的元件器，其設(shè)置參數(shù)自由度大，范圍廣，可根據(jù)不同的測試者針對于不同測試環(huán)境進(jìn)行量身設(shè)定仿真參數(shù)，提高了仿真的準(zhǔn)確性。

在本發(fā)明實施例中，可以利用Systemvision與其Simulink模塊的相互配合。Systemvision采用基于物理層特征的硬件模型實現(xiàn)其對電氣特性實現(xiàn)控制算法的測試，并且提供具體的仿真的波形和相應(yīng)參數(shù)的計算；Simulink則用來快速實現(xiàn)其控制算法并且自動產(chǎn)生算法代碼，從而完成最終的仿真系統(tǒng)。

具體地，將所述等價電路輸入Systemvision仿真軟件，從而將所述等價電路轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的硬件模型，在所述硬件模型中添加電控電路需要發(fā)送的滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形；進(jìn)一步，還可以根據(jù)仿真實際情況在所述硬件模型中添加信號觸發(fā)器，該信號觸發(fā)器也可以發(fā)送ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形；進(jìn)一步，為了保證仿真的準(zhǔn)確性，還需要在Systemvision仿真軟件設(shè)置仿真時間和精度。最后采用Simulink模塊快速開發(fā)控制算法并且自動產(chǎn)生算法代碼，架構(gòu)設(shè)計者根據(jù)Simulink模塊的仿真結(jié)果確定是否滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，如果是，確認(rèn)滿足總線正常通訊要求。

步驟104：通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求，如果滿足，執(zhí)行步驟105；否則，執(zhí)行步驟106。

具體地，所述通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求包括：

在所述仿真軟件中，通過等價電路上一個電控電路發(fā)送一序列滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形，檢測等價電路上電控電路接收到的電壓波形是否滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，如果等價電路上電控電路接收到的電壓波形均滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，則確認(rèn)滿足總線正常通訊要求。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中，ISO標(biāo)準(zhǔn)具體可以為ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。ISO11898標(biāo)準(zhǔn)定義了高速介質(zhì)訪問單元和一些介質(zhì)依賴特性，包括CAN的物理層。

步驟105：則確定電控單元與總線連接合格。

步驟106：重新模擬電控單元或/和連接線束，得到新的等價電路并利用新的等價電路進(jìn)行仿真，返回執(zhí)行步驟104。

具體地，所述重新模擬電控單元或/和連接線束，得到新的等價電路包括：

當(dāng)所述等價電路中有一個或多個電控電路接收到的電壓波形不滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)時，通過改變所述電控電路之間的線束電阻，重新模擬連接線束。

通過改變重新模擬連接線束無法使所述電控電路接收到電壓波形滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)時，使用標(biāo)準(zhǔn)信號觸發(fā)器代替所述電控電路發(fā)送滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形，檢測電控電路接收到的電壓波形是否滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，如果不滿足，則通過改變電控電路，重新模擬電控單元。

具體地，本發(fā)明實施例中，所述ISO標(biāo)準(zhǔn)包括電壓值標(biāo)準(zhǔn)以及電壓斜率標(biāo)準(zhǔn)。

具體地，當(dāng)總線為CAN總線時，Simulink模塊的仿真結(jié)果可以設(shè)置為CAN總線的三種電壓波形圖，如圖4所示，Y1為CAN總線CANH的電壓波形的縱軸，Y2為CAN總線CANL的電壓波形的縱軸，Y3為CAN總線CANH與CANL的差分電壓波形的縱軸，CAN總線CANH的電壓波形、CAN總線CANL的電壓波形以及CAN總線CANH與CANL的差分電壓波形的橫軸相同(圖中均為時間T，單位為us)，Y1、Y2以及Y3的單位為V，通過圖4可以得出，CANH的電壓大約在3.5V左右，CANL的電壓大約在1.5V左右，CANH的上升斜率為10.441V/us，CANH的下降斜率為29.203V/us，CANL的上升斜率為10.441V/us，CANL的下降斜率為29.203V/us，將CANL的電壓、CANH的電壓、CANH的上升斜率、CANH的下升斜率、CANL的上升斜率、CANL的下升斜率與ISO11898標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值相比較，確定圖4所示的電壓波形滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)。

所述改變電控電路包括：如果電壓波形不滿足電壓值標(biāo)準(zhǔn)，則改變收發(fā)單元、控制器或等價電感；如果電壓波形不滿足電壓斜率標(biāo)準(zhǔn)，則改變等價電阻或等價電容。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法，根據(jù)電控單元與總線之間的連接關(guān)系，繪制總線拓?fù)鋱D；將所述拓?fù)鋱D上的電控單元模擬為電控電路，并將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻，得到由所述電控電路與所述線束電阻組成的等價電路；將所述等價電路通過仿真軟件進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求，如果滿足，則確定電控單元與總線連接合格；否則，重新模擬電控單元或/和連接線束，得到新的等價電路并利用所述新的等價電路進(jìn)行仿真，直至確認(rèn)電控單元與總線連接合格為止。通過本發(fā)明，解決了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的開發(fā)周期長、初期驗證困難以及后期整改難度大的問題。

針對上述方法，本發(fā)明實施例還提供了一種汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真系統(tǒng)。如圖5所示，所述系統(tǒng)包括：繪圖單元、模擬單元、仿真單元以及檢測單元。

繪圖單元，用于根據(jù)電控單元與總線之間的連接關(guān)系，繪制電控單元在總線上的拓?fù)鋱D。

模擬單元，用于將所述拓?fù)鋱D上的電控單元模擬為電控電路，并將所述拓?fù)鋱D上各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻，從而得到由所述電控電路與所述線束電阻組成的等價電路。

仿真單元，將所述等價電路通過仿真軟件進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果。

檢測單元，用于通過仿真結(jié)果檢測所述等價電路是否滿足總線正常通訊要求，如果滿足，則確定電控單元與總線連接合格；否則，觸發(fā)所述模擬單元重新模擬電控單元或/和連接線束，形成新的等價電路，使所述仿真單元利用所述新的等價電路進(jìn)行仿真，直至確認(rèn)電控單元與總線連接合格為止。

具體地，模擬單元模擬的電控電路如圖2所示，包括：收發(fā)單元、控制器、等價電阻、等價電感以及等價電容。

所述收發(fā)單元連接在所述控制器以及所述等價電阻一端之間；所述等價電容一端與搭鐵連接，所述等價電容另一端分別與所述等價電阻另一端、所述等價電感一端連接；所述等價電感另一端與所述線束電阻連接。

具體地，模擬單元模擬的線束電阻由當(dāng)前電控單元之間連接線束長度、種類以及電控單元管腳類型根據(jù)電阻計算公式計算得出。

進(jìn)一步，所述仿真單元通過等價電路上一個電控電路發(fā)送一序列滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)的電壓波形；所述檢測單元檢測等價電路上電控電路接收到的電壓波形是否滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，如果等價電路上電控電路接收到的電壓波形均滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)，則確認(rèn)滿足總線正常通訊要求。

本發(fā)明提供的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真系統(tǒng)，通過繪圖單元繪制總線拓?fù)鋱D，通過模擬單元將所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上的電控單元模擬為電控電路將各個電控單元之間的連接線束模擬為線束電阻，得到等價電路，通過仿真單元將所述等價電路通過仿真軟件進(jìn)行仿真，并通過檢測單元根據(jù)仿真結(jié)果檢測等價電路是否滿足總線正常通訊要求，如果滿足確定電控單元與總線連接合格；否則，觸發(fā)模擬單元重新模擬電控單元或/和連接線束，形成新的等價電路是所述仿真單元利用所述新的等價電路進(jìn)行仿真，直至確定電控單元與總線連接合格為止。通過本發(fā)明，簡單、方便了建立了穩(wěn)定的總線架構(gòu)，并且縮短了總線架構(gòu)開發(fā)周期。

本發(fā)明實施例提供的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建模仿真方法及系統(tǒng)，首先對最原始的電控單元以及各個電控之間的線束進(jìn)行模擬，然后利用仿真軟件對模擬完的等價電路進(jìn)行高精度抽象仿真，其設(shè)置參數(shù)自由度大、范圍廣，可根據(jù)不同的測試者針對不同測試環(huán)境進(jìn)行量身設(shè)定仿真參數(shù)，提高了總線仿真的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步，通過本發(fā)明解決了現(xiàn)有的汽車總線架構(gòu)過程中存在的開發(fā)周期長，初期驗證困難，后期整改難度大等問題。

以上對本發(fā)明實施例進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的系統(tǒng)及方法；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。