淺論面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的整車控制器標定系統(tǒng)的實現(xiàn)論文
0引言
由于新能源汽車車載網(wǎng)絡(luò)的復雜性，傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域的測量與標定工具并不適合新能源汽車的研發(fā)需求。新的通訊方式和標定協(xié)議也在不斷發(fā)展并得到應用，如歐洲汽車公司成立的標準化組織ASAP于1992年推出了基于CAN(ControllerAreaNetwork)總線的CCP協(xié)議以及其后的升級版本XCP協(xié)議。在車載控制器的匹配過程中，需要根據(jù)整車的各種性能要求(如動力性、經(jīng)濟性、排放及輔助功能等)來調(diào)整、優(yōu)化和確定整車上各ECU(電子控制單元)的運行及控制參數(shù)的控制算法。新能源汽車整車控制器包含并涉及多門學科的多個系統(tǒng)，如機械傳動領(lǐng)域、電機驅(qū)動領(lǐng)域和電化學等，它的本質(zhì)就是一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)的標定系統(tǒng)沒有基于較好的標準和協(xié)議規(guī)范，也無法適應新能源車內(nèi)部復雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的苛刻需求，而國外產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈價格昂貴且技術(shù)開放度差，從而實現(xiàn)一套面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的新能源車整車控制器測量與標定系統(tǒng)具有極高的應用價值。
1XCP協(xié)議介紹
XCP協(xié)議是基于不同通訊平臺的測量標定協(xié)議的總稱，可以基于CAN總線、LIN總線、USB總線等不同總線，最常見的.是“XCPonCAN”。CAN總線是德國BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應用領(lǐng)域推出的一種多主局域網(wǎng)。它實現(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，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。“XCPonCAN”的消息幀結(jié)構(gòu)，幀頭為空，幀尾為填充位，消息最大長度為8B，ID標識域用來辨識數(shù)據(jù)包類型和數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容，F(xiàn)ILL為對齊選項，DAQ為DTO(DataTransferObject)數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)請求列表中的索引，時間表示域為可選項，DATA存放相應數(shù)據(jù)。XCP協(xié)議通訊模式采用主從通訊方式，主機發(fā)送命令，從機應答。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]，主機發(fā)送不同的CTO建立與從機的邏輯連接，請求從機回應DTO，另外CTO可以請求啟動DAQ(數(shù)據(jù)采集)模式定時發(fā)送數(shù)據(jù)。
2標定系統(tǒng)總體架構(gòu)
整個標定系統(tǒng)框架遵循ASAP標準和XCP通訊協(xié)議。上位機通過Kvaser設(shè)備將USB信號轉(zhuǎn)為CAN信號與整車控制器進行通訊。A2L文件獨立于上位機和整車控制器，完成整車控制器所有相關(guān)參數(shù)的詳細定義和描述，上位機通過讀取A2L文件來完成對整車控制器的測量和標定工作。整車控制器通過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)成了復雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
該標定系統(tǒng)以PC機作為上位機，主要集成測量、標定和診斷模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、XCP協(xié)議解析模塊及A2L文件解析器。測量、標定和診斷窗口采用C#技術(shù)搭建，可實現(xiàn)ECU數(shù)據(jù)的監(jiān)測、在線修改和故障診斷功能。數(shù)據(jù)庫模塊可根據(jù)用戶需求完成對相關(guān)參數(shù)值的存儲、修改、刪除及查找功能。A2L文件解析器集成于上位機中，完成A2L文件的讀取和解析，將相關(guān)參數(shù)的定義轉(zhuǎn)換為相應存儲格式存儲，依此，上位機可精確找出具體參數(shù)的詳細地址、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標定系統(tǒng)上位機的實現(xiàn)
3.1A2L文件解析器的設(shè)計
A2L文件以模塊為單元進行層次劃分，每個模塊以/begin開頭，以/end來結(jié)尾，MEASUREMENT模塊描述了監(jiān)測參數(shù)的詳細信息，CHARACTERTSTIC模塊定義了標定參數(shù)的詳細信息，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處理，逐行讀取并進行字符串操作，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)換為相應物理值。因為解析過程比較復雜，采用先進后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立相應關(guān)鍵字和嵌套關(guān)鍵字的邏輯關(guān)系。
3.2XCP協(xié)議驅(qū)動程序的設(shè)計
PC機與ECU間基于XCP協(xié)議的通訊方式為標準通訊模式，即PC機發(fā)出命令得到ECU的應答后才能發(fā)出下一條命令。為了滿足基本要求，上位機中設(shè)計了4個XCP功能函數(shù)，分別為建立對話函數(shù)、參數(shù)標定函數(shù)、同步數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)以及結(jié)束對話函數(shù)。
Setting_Up_Session()函數(shù)建立會話連接并完成主從信息的交換。Calibration()函數(shù)可完成參數(shù)的標定功能。DAQ_data_transfer()函數(shù)可調(diào)用DAQ處理機監(jiān)測數(shù)據(jù)。結(jié)束會話函數(shù)Closing_session()結(jié)束XCP對話。
4底層軟件系統(tǒng)的設(shè)計
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)，上位機發(fā)送指令包時，經(jīng)過XCP傳輸層將CAN信息發(fā)送給XCP驅(qū)動層進行解析處理，從中獲得指令碼，從CMD函數(shù)列表中運行對應指令碼的執(zhí)行函數(shù)，進行相應處理并返回結(jié)果，XCP傳輸層將結(jié)果傳輸至CAN總線。當上位機發(fā)送同步數(shù)據(jù)包時，ECU開啟DAQ模式，從事先已經(jīng)配置好的DAQ列表中，根據(jù)對應內(nèi)存地址及地址長度信息，將對應內(nèi)存中的數(shù)據(jù)通過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)，以便于開始下一波處理。通過設(shè)計不同的函數(shù)接口，將CAN傳輸層和CAN驅(qū)動層以及應用層銜接起來，實現(xiàn)基于XCP協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。
5標定系統(tǒng)的應用
將多核芯片為主控芯片的ECU通過接線端子與實驗室控制模擬臺架相連接，在PC端通過監(jiān)控標定軟件界面來查看各類傳感器采集信號和整車控制器的一些重要參數(shù)的實時信息，并可以針對點火提前角、噴氣脈寬、替代率等重要參數(shù)進行在線修改和查看比較，以曲線的形式展現(xiàn)結(jié)果。通過標定軟件控制節(jié)氣門閥片的位置，改變和調(diào)節(jié)噴氣脈寬來對不同工況進行優(yōu)化，經(jīng)過大量實驗。
上位機中的標定軟件采用C#語言進行開發(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來，提高界面的美觀性、通用性和可移植性。上位機的測量標定工作可監(jiān)測到整車控制器的主要參數(shù)以及傳感器的采集信號，分別以報文表、儀表盤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，通過標定系統(tǒng)改變不同轉(zhuǎn)速值，可得到相應噴氣脈寬值變化情況。
6總結(jié)
經(jīng)過上述的研究和開發(fā)，通過實驗室配有整車控制器ECU的臺架上試驗，驗證了實時監(jiān)測和在線標定功能。其特色在于該標定系統(tǒng)主要適用于新能源汽車，可通過對整車控制器的標定實現(xiàn)復雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標定和優(yōu)化，采用國際ASAP標準和通用XCP協(xié)議，具有較好的移植性和通用性。
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