电子论文-VNA在整车汽车网络设计中的应用.pdf

VNA 在整车汽车网络设计中的应用 VNA 在整车汽车网络设计中的应用 上汽汽车工程研究院 廖兵该 郝飞 张崇生 张海涛 摘 要 摘 要 本文给出了汽车网络设计的一种新方法 提出了基于 Mentor Graphicss 网络设计工具 VNA 的整车网络设计实现方案 采用该工具 实现了基于 Rover75 平台上汽专有车型的整车 电子网络的设计 大大加快了整车厂电子网络的开发与设计 为电器模块的开发打下了坚实 的基础 并为同一平台所有车型的管理 更新与二次开发提供极大的便利性与快捷性 为整 车厂开发新车型大大缩短了开发周期 增强了整车厂对各个零部件厂商掌控力 关键词 关键词 VNA 汽车电子 网络 CAN LIN 设计 整车 1 引言 1 引言 目前 由于全球环境的日益恶化 政府对轿车的环保性提出了越来越严格的法规要求 同时由于能源价格的上涨及人们生活水平的日益提高 消费者越来越看重轿车的动力性 经 济性 安全性 舒适性及娱乐性 这两方面的需求与重视导致轿车上的电子控制模块 ECU 原来越多 电气结构也越来越复杂 面对这种局势 传统的网络设计方法有点力不从心 它 耗时多 周期长 对技术开发人员的素质要求高等特点延缓了整车开发的进程 而 Mentor Graphics 公司推出的 Volcano Network Architecture VNA 设计工具恰好可以解燃眉之急 弥补传统设计方法的不足 为整车电气开发助力 从而大大推动整车的开发进度 为 OEM 整车厂带来的好处自然不言而喻 2 整车网络的 V 型开发流程 2 整车网络的 V 型开发流程 2 1 整车网路开发的阶段和过程 2 1 整车网路开发的阶段和过程 整车网络的开发大致分为 功能需求建立 网络架构的定义 节点零部件 ECU 的定点 开 发 软硬件的集成 仿真与验证等阶段 如图 1 所示 在开发的过程中 电子网络是 纲 模块 ECU 是目 纲举目张 网络的架构串联起各个模块的功能 构成整车的各项功能并 放大模块自身的功能 网络电气架构的合理与否也一定程度上决定了供应商的定点与零部件 的成本 同时也决定了整车开发的难易及进程 因此好的设计方法及工具往往起到事半功倍 的效果 为整车厂创造巨大的经济效益 图 1 显示了整个网络开发流程 功能开发是网络开发的起点 初期工作的深入与否 精确与否将会给后期的工作带来巨大的影响 如果不合理 甚至会推倒重来 尤其国内才刚 开始涉及此深水 尽管各个高校对此都作了深入研究 都认为自己有所成就 但限于没有一 个好的平台 国内汽车行业大环境的限制以及自身缺乏批量化工程经验 还从来没将自己实 验室的一套工具成功推向市场 而整车厂到目前为止也还没有哪家独立走完过整个开发流 程 各专业技术人员的经验 图 1 网络开发的 V 型流程 都不是很丰富 许多东西都处在相互学习的过程 在此环境下 一个简单易学 高效可靠 又有成功案例的工具是工程技术人员的最爱 尤其对刚涉入到此行业的技术人员 而 Mentor Graphics 的工具链正好满足我们的需求 开发阶段我们可以用 VNA 验证仿真阶段可以利用 Tellus 等 2 2 VNA 在电子网络开发中的功能和特点 2 2 VNA 在电子网络开发中的功能和特点 图 2 是利用 VNA 工具软件进行设计的开发流程 我们可以清晰地看出它在整车网络 开发过程中的功能角色和作用 VNA 处于开发阶段的起点 主要将功能需求转化成网路的具 体信号 类型 对整个网络进行配置 对信号进行打包 自动或手动网关 自动化协议设计 最后生成网络配置文件 图 3 给出了更清晰的说明 图 2 VNA 在 V 型开发过程中的功能和作用 在 VNA 设计的前期 我们可以看出 它自身又形成了一个 V 型的开发过程 这个正是 VNA 设计的一个优点 它是按照 设计保证正确 的理念的进行的 即在设计的过程中 同 时要对网络上的各个节点进行网络特性参数的验证 看能否满足整车网络通讯的要求 它能 精确地预算出网络上信号的通讯时间 设计协议时保证每个节点的时间要求都得以满足 从 而保证网络上每个信号可靠地收发而不遗漏 图 3 VNA 及其相关设计工具的关系 图 3 简要概括了 VNA 与之配套开发工具的相互工作关系 并给出了个阶段开发 时工具所要做的具体事宜 VNA 在完成好网路设计之后 最后会生成三个文件 后缀分 别为 fixed target networt 之后再发布给供应商做应用层及底层的软件开发 归纳下来 与传统网路设计方法相比 它有如下特点 表 1 VNA 与传统方法的比较 序号 序号 传 统 方 法 传 统 方 法 VNA VNA 1 重点在报文上而不是信号 不是基于时间要求的 针对基于时间需求的信号 能控制信号的全程时间要求 2 基于事件触发的报文 主要是周期性的报文 3 要求平均总线负载在 30 以下 对总线负载没有约束 4 不知最差通讯工况总线负载 能知最差通讯工况总线负载 5 不能网络再配置 灵活的网络再配置功能 6 需要详细的网关规范与测试标准 工具自身集成有网关功能 3 VNA 工具在上汽平台上的应用 3 VNA 工具在上汽平台上的应用 3 1 上汽平台的来源 3 1 上汽平台的来源 上汽平台是源自 Rover 75 在此基础上进行了二次开发 故一些重要性能又高于 Rover75 而 R75 平台是 Rover 倒闭前 与 BMW 公司推出的最后一款高级轿车 其上采用了 许多新的技术 在网络设计中采用 VNA 来设计 可算其中之一 在上汽购买了知识产权之后 仍然沿用了它的设计工具 因而上汽成了 VNA 在中国大陆的第一家客户 3 2 网络平台实际开发流程概述 3 2 网络平台实际开发流程概述 图 4 是结合目前作者工作时的一些内容 对上汽 Rover 平台电气网路开发工作的概 要 在实际的工作中 就遇到很多情况 由于供应商开发能力和时间节点的原因 需要经常 更新网络节点 这时候 VNA 再配置能力就正好发挥用处 它只需重新生成一下前述的三个 文件 再发布给零部件供应商即可 而零部件供应商无需更改自身的软件 只需将三个文件 打包进入自己的程序里 编译一次而已 图 4 上汽电子网络开发相关流程 3 3 VNA 在上汽平台上的设计过程 3 3 VNA 在上汽平台上的设计过程 按照前述的设计流程 在具体设计网络结构中 操作 VNA 大致分以下步骤 首先是一些涉及到全局的元素的定义 这里的全局含义是指今后它可以用在各类车型 车型 的改版等不同网络配置中 这个也正是 VNA 的一个优点 即它的网路设计是基于 interbase 的数据库 里面的数据完全可以在各个车型平台间共享 这也就是为什么它具有针对不同的 市场需求 灵活的配置的原因的 这些全局变量一般指 编码类型定义 信号定义 通讯软 件的定义以及节点 接口的定义 这些都是构成一个电子网络的基本元素 从最小的编码类 型到功能单元 完整地构建出了一幅网络的最基本的骨架 如图 5 7 就是我们上汽 平台的定义这些全局变量的过程 图 5 编码类型的定义 图 6 信号的定义 图 7 通讯和编译软件的定义 在基本单元搭建好了之后 接着在此基础上 根据自身车型要求 生成了一个具体工程 项目的配置目录 形象说法就好比自助餐 前期东西都准备好 想 吃 什么 按需点菜放 到自己的盘子即可 如果有什么新的车型推出 只需复制一下就可在已有的文件基础上进行 新车的开发了 图 8 9 给出了我们平台配置文件目录生成的过程 图 8 工程项目目录的配置 图 9 配置后生成的网络拓扑图 最后在前期所有步骤完成以后 通过 check 程序 显示没有严重错误报警之后 可以忽 略 warning 信息 最后即可生成三个配置文件 发布给供应商 集成到模块 ECU 软件开发 中 图 10 就是最终生成的文件之一 初步成功完成设计工作 图 10 最终生成的配置文件 4 结束语 4 结束语 经过 VNA 在实际工作的首次应用 其优点正在得以体现 尽管前期的工作量较大 尤其 国内以前没做过类似的工作的企业 其编码类型的数据库定义需要手工一步一步输入进去 工作量较大 但一旦建立完成 VNA 在后续工作中的优点就会得到极大的体现 尤其是对数 据库的管理 同平台所有车型可以共享 甚至其他平台也可分享其中共有的数据 这些越是 到工程设计的后段 优点越明显 因此 VNA 可以作为整车厂汽车电子网络的开发平台 真正 实现不同车型设计之间的数据共享 加上 VNA 的管理工具 VNA 必将加速整车厂的电子网络 开发 提高设计效率 另一个 它还有极强的兼容性 在有些供应商坚持采用传统设计方法的前提下 VNA 可 以根据要求锁死相关的报文信号 或 ID 或地址或时间均可以实现 这是传统方法不能比拟 的 此外 VNA 不需要作者花很大的精力在各类报文上定义 ID 它一般是自动分配的 而且 还可以对信号自动打包 还有一大优点就是具有自动网关功能 一切都是 VNA 自动生成 勿 需用繁冗的文档规范来定义 对设计人员的工程经验和设计经验要求不高 一个稍微有点汽 车网络技术知识的人员都可以很好驾驭它 尽管在首次应用此软件的时候 会有这不顺手 那不合意 尤其是对已经熟练掌握传统 设计的技术人员 但做为一个新兴的网络设计软件 它正是站在传统设计方法的基础上研发 出来的 自有其不可比拟的优特点 而其基于全球联网的强大技术支持 不仅来自软件本身 还有汽车网络知识深入支持 这些都对国内有志于从事自主品牌建设的整车厂是一剂巨大的 助推剂 强化核心竞争力及缩短新产品研发周期的有力工具 参考文献 参考文献 1 Niklas Ambernt