CAN总线协议与自动化测试系统的设计分析.pdf

自动化技术与应用 Automation Technology and Application60 今日制造与升级 2023.7随着科学技术的发展，汽车领域技术逐步向着智能化、共享化方向发展。在当前的环境背景下，汽车的电子控制系统日趋复杂多样，促进了汽车电子设备及结构控制系统不断创新与升级。为了实现系统的高效运行与资源利用，根据要求，CAN 总线应运而生，其能支撑起汽车整体的电子电器设备架构，而 CAN 总线性能的好坏更是影响着汽车运行安全。结合汽车功能日益多样复杂的情况，对汽车总线与自动化测试系统进行应用分析，提高总线运用效率，强化汽车运行安全，是十分必要的。1 CAN总线路测试技术的发展研究现状1.1 CAN总线原理CAN 总线是一种现场总线，根据协议优先级关系，进行数据信息交换，保证高级数据优先传送。汽车 CAN总线协议目前分为 ISO11898（高速 CAN 通信）与 ISO11519（低速 CAN 通信）两种，同时 CAN 总线协议根据芯片分为2.0A 与2.0B 两种。在总线控制器的实际运行中，可能存在脱线状态，如果发现，要及时进行恢复操作1。CAN 总线通信系统示意所图1所示。Rt=120Rt=120高速CANCAN_LCAN_LCAN_LCAN_LCAN_LCAN_LCAN_HCAN_HCAN_HCAN控制器CAN控制器CAN控制器CAN控制器CAN控制器Body Control ModuleLeft Light ModuleRight Light ModulePower Back DoorGatewayTx RxCAN收发器CAN收发器Tx RxCAN收发器Tx RxTx RxCAN收发器Tx RxCAN收发器Tx RxCAN收发器MCUMCUMCUMCUMCUCAN_HCAN_HCAN_H低速CAN图1 CAN总线通信系统示意1.2 CAN总线测试技术的研究现状总线测试是保证汽车 CAN 总线性能符合标准的必然环节之一，对汽车安全运行有着极为重要的意义。在早期测试中，由于技术的匮乏，只能采用一些特殊的示波器进行总线测试，通过示波器显示的物理信号来判断总线路质量问题。随着科学技术的发展，针对测试技术的设备与软件也相继涌现，丰富了 CAN 总线检测技术的测量方式。掌握汽车 CAN 总线网络自动化测试核心技术，开发自动化检测系统，提高自主创新能力，加强检测技术水平，对降低汽车制造成本与提高骑乘整体性能有着重要意义。国外 CAN 总线自动化测试的研究比我国早，测试技术自动化程度更高、测试机理更加完善，在该领域走在科技前沿。如国外研发的工具与软件，实现了 CAN 数据的采集与测量，能够根据提前编好的系统进行 CAN 总线路自动化检测，以及自动生成测试报告。虽然我国的测试技术起步相对较晚，但如今已经积累了一定的研究经验与实验数据。如为了保证 CAN 总线系统的稳定性与可靠性，我国某企业建立 V 字形设计需求，从物理层到应用层，实现对控制器的全方位控制2。结合国内外的 CAN 总线网络测试技术，利用自动化技术对 CAN 总线进行检测侧，基于成熟的检测工具，建立高效的自动化检测系统是我国汽车领域测试手段的必然趋势。2 针对CAN总线协议建立自动化测试系统分析根据我国现有发展水平，以 VT 系统为核心硬件平台，结合相关软件编程，进行自动化测试。文中采用 CANoe软件进行编程测试，其能够为 CAN 总线开发出良好的通信网路，建立科学的诊断与仿真测试脚本，实现自动化测摘要汽车领域中的电子设备逐步向数字化、多样化方向转变，车载 CAN 总线的测试等工作任务逐渐增多，对于传统的总线检测运行系统已经不能满足当前车载电子设备的检测效率。因此，根据自动化测试系统对汽车 CAN 总线进行开发，实现自动化测试，以此来提高 CAN 总线整体的运行效率。文章结合某企业的汽车项目，以汽车 CAN 总线为研究对象，对 CAN 总线路测技术的发展现状、自动化检测系统建立以及实际应用进行了研究。关键词CAN 总线；自动化测试；汽车领域中图分类号U468.2+2 文献标志码ACAN总线协议与自动化测试系统的设计分析张秀（陕西职业技术学院，陕西西安710000）自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 61试与自动生成报告。VT 系统主要是以 Vector 硬件与 CANoe 软件进行相互配置的系统。其通道、测量参数等可以进行自由设置。针对硬件调配问题，采用模块化编程理念，晶硬件与软件进行固化捆绑，既能保证调用方便，又能达到编程层次明晰，对设备的维护与升级提供更好的基础3。CANoe 软件可以对车载总线网络进行设计、开发、模拟、测试等一系列工序，属于一种开放式软件结构，能够根据要求完成任务。该软件有着丰富的插件接口，能够进行仿真测试与探索，可以实现全数字或半实物仿真。其在监控数据信息的同时，还能进行网络通信与测试，并根据要求制作测试报告。另外，其编程的软件可以进行二次扩展，在网络中加入虚拟网络节点。针对 CAN 总线测试的需求，进行设计自动化测试流程。如图2所示。根据测试项目，带入到执行测试步骤n，根据测试进行记录数据，如果检测出现异常，则直接完成该步骤，进行下一项检测，提高检测效率，根据检测出的异常项目进行针对性处理。?n?图2 自动化测试程序基本流程在 CAN 总线的通信测试中，主要包括物理测试、数据链路层测试、网络管理测试等。根据不同的通信板块，结合不同的检测手段进行高效的针对性检测，从而获取高质量参数。比如在物理层测试阶段，可以采用示波器完成测试，对网络管理测试中，需要在VT卡板上进行故障注入，来检查网络管理层是否达到规范标准4。诊断检测主要针对汽车 CAN 总线中的协议层策划。通过设备发送诊断指令，检测设备是否得到响应，达到诊断功能的目的。功能测试主要通过自动化检测程序进行控制 VT 系统输入、负载、检测、输出等功能，验证其功能逻辑是否达到规范标准。3 自动化检测系统在CAN总线检测中的实例3.1 CAN总线自动化测试针对汽车 CAN 总线自动化检测系统的搭建，要依据车型与节点问题进行展开。对不同的设备进行测试时，可以达到专业的测试效果，不必进行系统改动来达到提高检测效率的目的。总体来说针对系统设备主要有测量设备、记录设备、输出设备等，测试系统硬件结构如图3所示5。测试环境配置板卡Stress（VH6501）程控示波器程控路由模块程控路由模块程控路由模块程控路由模块程控路由模块程控路由模块DUT1DUTaDUTbDUTxDUT2DUT3电源回路仿真板卡设备路由板卡程控万用表电源控制箱测试机柜测试台架PWR/CAN/IOPWR/CAN/IODUT220V电源程控电源组VT工控机网关测试接口图3 测试系统硬件结构针对物理层测试，主要是通过示波器显示的波形信号进行分析，判断通信质量好坏。测试首先确定供电电压保持在12V，通过测试设备进行发送数据，收集波形图，计算上升沿与下降沿时间。最后求得电压的超调百分比。对于数据链路层测试，主要根据采样点测试方法进行测试，根据自动化检测系统设备发送模拟信号，再根据测试逻辑（图4）进行样点采集与测试，找到采样点位置。交互层测试主要区别于是否支持网络管理，以及是否触发相应的信号参数。交互层不支持网络唤醒时的主要步骤是运行 CANoe 设备，记录总线传输的数据，根据开关情况进行时间与参数的记录，并计算发送周期。网络唤醒情况主要与交互层开关情况有关。应用层测试是以总线干扰仪发送干扰数据，通过CANoe 软件进行记录总线所发送的数据。在发送干扰数据期间要严格遵守相关规定，要达到数据检验的有效性，避免因错误测量影响数据质量6。自动化技术与应用 Automation Technology and Application62 今日制造与升级 2023.7?图4 采样点测试逻辑图3.2 CAN总线自动化实测搭载某车仪表，对仪表中的 ECU 进行诊断服务测试。结合诊断服务常规检测进行对自动化检测的准确性分析，分别对各个功能的响应码进行测试，是否符合规定标准。测试过程如下。（1）测试系统模拟电源控制在12V。（2）根据配置进行默认会话模式下测试，根据仪表发送的请求，若收到的数据符合参数，则说明会话成功，否则失败，测试不通过。（3）结合默认会话模式的上下测试，根据收到的参数进行测试检验，如果测试没有收到规定参数，则测试不通过。搭载相同的仪表进行手动测试，并将测试数据与自动化测试参数进行对比。手动测试方法需要对测试位进行手动请求发送，结合捕捉的反馈数据进行人为判定，并记录测试结果。自动化检测可以通过脚本进行数据转换，避免人为发送信息与测试判定，将二者数据进行对比。结果表明手动测试周期较长，人为输入数据可能导致错误，降低测试的准确性。自动化测试优化了人为误差等问题，在一定成程度上增加了检测结果的可靠性，但测试时间依旧较长。4 自动化检测实例总结4.1 检验实例总结本次实例测试主要以 VT 系统为 CAN 总线平台核心，建立自动化检测系统，通过对仪表的功能等特性进行测试，探讨自动化检测系统的优缺点，在一定程度上提高了CAN 总线的检测效果。针对自动化检测系统的设计，对CAN 总线有了更细致的检测标准。利用 CANoe 软件实现了 CAN 总线自我制作与自我检测，借助 CANoe 丰富的软件接口，通过编程可自由控制设备。4.2 自动化检测原则针对 CAN 总线测试而言，CAN 总线测试的设计是验证 CAN 协议本身的正确性、稳定性与可靠性。所以，首先考虑的是 CAN 总线协议的一致性测试，该测试主要是验证开发节点的 CAN 通信协议与设计是否一致，针对 CAN 总线分层结构中各层协议内容，也应建立检测方法；其次是 CAN 的路由测试，整车的通信系统极为复杂，对于 CAN 路由功能的控制器与各网段中 CAN 通信系统都要建立路由测试，保证整车通信系统的稳定；最后是CAN 系统的鲁棒性测试，通过模仿异常环境下验证 CAN通信协议整体状态，保证 CAN 协议快速、准确、细致的工作。4.3 建立自动化测试例库针对不同的设备，相关的测试标准也是不同的。根据要求规范建立自动化检测标准例库，是十分有必要的。根据测试数据的不断增多，建立可靠的管理规范，保证数据的完整，为后续设备及检测技术的开发提供经验积累。4.4 自动化测试创新建议针对自动化检测技术在汽车 CAN 总线的使用，应结合 CAN 总线特点建立自动化检测设备，提高对其检测效率，并通过建立更好的检测系统来提高检测质量。在测试系统的开发过程中，应遵循科学理念，引进先进技术与设备，科学规划 CAN 总线系统，使得测试的开发有法可依，提高测试数据的可信度。企业应加强技术人才培养，人才是技术发展的基础，只有更多的人才才能加速科技的发展。所以，对于还在发展探索的自动化检测技术而言，更应该注意人才的培养。自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 63针对测试技术探索，各企业应注重合作，互相取长补短，才能促进自动化检测技术的发展。5 结束语随着我国微电子技术的快速发展，越来越多的装置在汽车领域得到了广泛的应用，对 CAN 总线系统有了更高的发展要求，因此不断创新车载 CAN 总线的测试方法已经是必然趋势。文章结合自动化检测在 CAN 总线系统中的应用，阐述自动化检测技术的技术原理与技术难点，总结经验，希望对自动化检测技术在汽车检测领域有着更高的发展。参考文献1 张思蕊，邓明星，温小华，等.CAN总线诊断自动化测试技术研究J.现代制造工程，2021（12）：120-125.2 叶日良.CAN总线协议及其自动化测试系统的设计与研究D.广州：华南理工大学，2021.3 王涛.基于Vector工具链车载总线自动化测试平台的研究与开发D.柳州：广西科技大学，2021.4 张永刚.基于CAN总线的汽车网络与功能自动化测试系统开发D.合肥：合肥工业大学，2015.5 汪瞳，刘玉明，杨楚平，等.CAN总线协议实现方法研究J.应用科技，2007（7）：54-57.6 向科.CAN总线在智能仪表系统中的研究与应用D.贵阳：贵州大学，2007.作者简介张秀（1988），女，陕西榆林人，本科，助理工程师，主要研究方向为自动化维修平台。0引言在地铁高速运行中，地铁信号与屏蔽门之间的实时联动控制至关重要。基于广义角度分析，地铁屏蔽门是一种高科技交通运输产品，主要应用于地铁站台，负责有效地将站台与列车运行区域分开1。当前，地铁屏蔽门根据结构与功能的不同，主要包括3种类型：封闭式、开放式和半高式，不同类型的屏蔽门对应的功能存在一定的差异2。其中，开放式和半高式屏蔽门在大多数情况下，虽被称为“安全门”，但相对而言，其隔离功能不如封闭式，一般只起到美观作用；封闭式屏蔽门的区域分隔功能优势明显，在地铁运营中也是最常用的3。地铁在高速运行的情况下，会产生大量的信号，屏蔽门通过实时接收地铁运行信号，做出相应的动作4。由此可见，地铁信号与屏蔽门之间的实时联动控制至关重要，起到了较大的保障作用。现阶段，传统的地铁信号与屏蔽门联动控制方法多数采用文献2和文献7提出的方法，在实际联动控制过程中，存在一定的不足。主要体现在对于信号与屏蔽门之间控制距离考虑得不够，导致屏蔽门接收信号的时效性较差，无法实时根据地铁运行信号对车站屏蔽门下达相应的动作指令，导致列车存在紧急摘要在地铁运行过程中，屏蔽门起到了安全保障作用。常规的屏蔽门控制方法多采用模糊推理原理设计而成，在实际控制中，无法实时根据地铁运行信号对车站屏蔽门下达相应的动作指令，导致联动控制响应时间较长。为了改善这一问题，引入 CAN 总线，并开展基于 CAN 总线的屏蔽门联动控制方法研究。首先，对信号与屏蔽门接口电路信息指令进行设计，在此基础上，基于 CAN 总线，设计了屏蔽门联动控制程序。实验分析结果可知，按照提出的方法来控制屏蔽门，联动控制响应时间最大不超过1.31s，控制性能优势显著。关键词CAN 总线；屏蔽门；控制；信号；地铁中图分类号U231+.7 文献标志码A基于CAN总线的地铁信号与屏蔽门联动控制方法邢育佳（石家庄市轨道交通集团有限责任公司运营分公司，河北石家庄050000）