电子驻车制动控制器的CAN节点诊断仿真模型设计

天津职业技术师范大学

Tianjin University of Technology and Education

毕 专 业：班级学号：学生姓名：指导教师：

设 计

汽车维修工程教育(高本) 汽修1001 - 25 陈灏 徐征 副教授

二〇一四年六月

业

天津职业技术师范大学本科生毕业设计

电子驻车制动控制器的CAN节点诊断仿真

模型设计

Simulation Model Design of CAN node diagnosis of

Electrical Parking Brake

专业班级：汽修1001 学生姓名：陈灏 指导教师：徐征 副教授 学 院：汽车与交通学院

2014年6月

I

摘 要

随着汽车电子化程度变高，针对汽车设计的通信网络CAN(Controller Area Network)总线的应用越来越普及。由于电子驻车制动控制器（EPB）的应用越来越多，CAN总线被使用到了EPB上来对驻车制动器进行电子化的实现和控制。

ISO 15765协议是一种诊断协议，并且符合CAN总线标准。它因为汽车厂商们要在汽车上实现UDS协议而被设计出来。在大量阅读国内外研究资料后，对ISO 15765协议的网络层和应用层进行研究。

利用CAN仿真软件对故障功能后进行仿真模型设计，实现EPB的故障诊断测试用例。利用CANoe语言编辑器CAPL配置诊断文件。在程序里添加网络节点并且对其添加诊断说明，设置变量，调试级别，设置诊断目标，创建诊断响应和请求。仿真模型提供的诊断服务有：确定ECU，读取ECU的输入信号，将输入信号写入执行器，读取ECU内部信息。利用设计的仿真模型测试EPB控制器，给出测试结果报告，并就数据进行分析。

关键词：EPB；CAN协议；诊断；CANoe仿真软件

II

ABSTRACT

With the increasingly high level of automotive electronics, CAN bus

communication network designed for automotive applications are widely used. Electronic parking brake controller (EPB) an increasing number of applications, CAN-bus was used to the EPB to realization of electronic parking brake and control.

ISO 15765 diagnosis Protocol is a communication protocol based on CAN protocol. Because car manufacturers to achieve UDS Protocol vehicles are designed. Read the research information, the network layer and application layer of the ISO 15765 Protocol for research.

I will use simulation software CAN simulate the fault feature model design, and realizing EPB troubleshooting test cases. Using CANoe CAPL language Editor to configure the diagnostic files. Adding network node and add it to the program troubleshooting instructions, then set a variable to the debug level set diagnostic targets, then create a diagnostic responses and requests. Diagnostic services provided by the simulation model: determine the ECU, reads the input signals of the ECU, then write the input signal to actuator, ECU internal information is read. Using design simulation model test of EPB controllers and take test results report and data analysis. Key Words：EPB; CAN protocols; Diagnosis; CANoe simulation software

III

目 录

1 引 言 ...................................................................................................................... 1

1.1 研究背景 ............................................................................................................ 1 1.2 研究内容 ............................................................................................................ 1 1.3 研究目的及意义 ................................................................................................ 2 2 EPB系统介绍 .............................................................................................................. 3

2.1 EPB的工作原理 ................................................................................................. 3 2.2 EPB结构 ............................................................................................................. 3 2.3 EPB功能 ............................................................................................................. 4

2.3.1 驻车功能 .................................................................................................. 4 2.3.2 动态起步辅助功能 .................................................................................. 4 2.3.3紧急制动功能 ........................................................................................... 4 2.3.4 自动驻车功能 .......................................................................................... 5

3 CAN总线介绍 ............................................................................................................. 6

3.1 CAN概述 ............................................................................................................ 6 3.2 CAN基本概念 .................................................................................................... 6 3.3 CAN物理层 ........................................................................................................ 7

3.3.1 拓扑结构 .................................................................................................. 7 3.3.2 总线电平 .................................................................................................. 8 3.3.3 位定时要求 .............................................................................................. 9 3.4 CAN数据链路层 ................................................................................................ 9

3.4.1 CAN报文的帧类型 .................................................................................. 9

4 CAN诊断 ................................................................................................................... 11

4.1诊断基本概念 ................................................................................................... 11 4.2 诊断的发展 ...................................................................................................... 11 4.3 诊断系统结构 .................................................................................................. 11 4.4 CAN诊断-网络层（ISO 15765-2） ................................................................ 13

4.4.1 消息类型 ................................................................................................ 13 4.4.2 单帧传送 ................................................................................................ 13 4.4.3 多帧传送 ................................................................................................ 13 4.4.4 寻址模式 ................................................................................................ 14

IV

4.5 CAN诊断-应用层和会话层（ISO 15765-3） ................................................ 14

4.5.1 应用层和诊断会话层的时序要求概述 ................................................ 14 4.5.2 应用层和诊断会话层的时序定义 ........................................................ 14

5 诊断仿真模型设计 .................................................................................................... 17

5.1 CANoe概述 ...................................................................................................... 17 5.2 CANoe诊断功能简介 ...................................................................................... 17 5.3 诊断说明 .......................................................................................................... 17

5.3.1 CDD-CANdela 诊断描述 ....................................................................... 17 5.3.2 ODX-打开诊断数据交换 ....................................................................... 17 5.3.3 MDX-多路诊断数据交换 ....................................................................... 18 5.4 诊断功能集 ...................................................................................................... 18

5.4.1 交互式诊断控制台窗口 ........................................................................ 18 5.4.2 故障内存窗口 ........................................................................................ 18 5.4.3 诊断会话控制窗口 ................................................................................ 19 5.4.4 使用CAPL仿真ECU或测试仪 .......................................................... 19 5.4.5 在测试模块使用CAPL (只有CANoe) ................................................ 19 5.4.6 符号选择对话框为诊断对象和参数 .................................................... 20 5.4.7 物理网络请求，CAN网络诊断说明 ................................................... 20 5.4.8 功能组的请求 ........................................................................................ 20 5.5 诊断步骤 .......................................................................................................... 21

5.5.1 使用诊断数据库文件 ............................................................................ 21 5.5.2 定义要在数据库中模拟的网络节点 .................................................... 21 5.5.3 在模拟设置中配置网络节点 ................................................................ 22 5.5.4 添加诊断说明并将其分配到网络节点 ................................................ 22 5.5.5 强制变量 ................................................................................................ 22 5.5.6 调试级别 ................................................................................................ 22 5.5.7 设置诊断目标 ........................................................................................ 24 5.5.8 诊断程序请求限定符 ............................................................................ 24 5.5.9 诊断程序响应限定符 ............................................................................ 24 5.5.10 创建诊断请求 ...................................................................................... 24 5.5.11 创建诊断响应 ....................................................................................... 24 5.5.12 参数工作 .............................................................................................. 24 5.5.14 否定反应处理 ...................................................................................... 25

V

结 论 ........................................................................................................................ 26 参考文献 ........................................................................................................................ 27 致 谢 ........................................................................................................................ 28

VI

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1 引 言

1.1 研究背景

越来越多的高档汽车将传统的驻车制动器换成了电控机械驻车制动器。传统的驻车制动器要求驾驶员在停车后使劲拉起手制动杆或者脚踩辅助驻车制动踏板才能保证车辆不溜车。电控机械驻车制动又称电子驻车制动（Electrical Park Brake），用一个按键开关代替手制动杆控制驻车制动系统。开关连接EPB控制单元和驻车制动执行电机。当按下开关时，控制单元控制执行电机工作达到驾驶员的意愿。EPB控制单元通过总线与ESP系统及ABS系统连接，实现车辆的自动停止和行驶中的应急制动。

运用在EPB系统中作为媒介在EPB控制单元和驻车制动执行电机的是总线，汽车应用的最多的是CAN总线，CAN总线被研制出来是为了解决乘用车的串行通信的。目前欧洲的汽车制造商们基本上都使用CAN总线来连接汽车上各部分系统，其余地区的汽车厂商商也开始制造装载CAN网络的车辆。

随着汽车的电控系统越来越复杂，电子驻车制动系统的电子控制不仅仅局限于停车制动，汽车厂商们希望安装在两个后车轮边的制动钳能够与普通制动系统有相似的作用。在紧急情况下，通过按动EPB按钮使得汽车获得较大制动力保证车内人员安全。在交通拥挤的情况下不需要驾驶员频繁踩制动踏板，EPB会智能停车制动。

1.2 研究内容

CAN总线因其高速性能好被各种车辆广泛采用。CAN总线用屏蔽和非屏蔽的双绞线做成，在某些情况下，一根线断路或者是一根甚至两根线短接，都不会影响总线的工作。高速CAN的速率从5Kbit/s到1Mbit/s不等，物理层允许设备间直接用线缆连接。低速/容错CAN 的速率从5Kbit/s到125Kbits/s。这样使得CAN总线连接失败的时候通信还能继续不会中断。高速和低速/容错CAN设备不可能在同一个网络中使用，这是因为在低速/容错CAN网络中每个设备都有特定的终端，终端类型不同，不能使用同一速度的网络。最近几年汽车网络诊断通信标准ISO 15765的应用越来越广泛，它基于CAN总线，符合现代汽车网络总线系统的发展趋势，以后有望成为汽车行业的通用诊断标准。但其技术新颖且诊断技术开发应用方面尚未成熟。根据OSI参考模型，ISO 15765将通信系统分为物理层、数据链路层、网络层和应用层。应用层是根据IS014229-1和IS015031-5标准中诊断服务的内容定义的，融合了一些汽车厂商自己制定的诊断服务，具备测试监控、诊断管理等功能。网络层主要为应用层服务，使不同网络节点间的数据互相通信。在IS0 15765的结构中，每层通信层都为上层网络提供服务接口，上层访问预留的服务接口与下层的信息交换。

1

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在EPB的故障诊断实例中，利用德国Vector公司开发的CANoe软件一款总线开发软件，可以实现测试仪器的功能，并且能够根据用户要求提供相应诊断服务，支持对整车的CAN通信网络进行建模、仿真、测试和开发。起初只支持CAN总线，后来加入LIN、FlexRay、MOST等。利用CANoe可以对ECU进行开发、测试和分析。

1.3 研究目的及意义

CANoe可以建立仿真模型，进行ECU的功能评估。仿真模型可以对汽车EPB系统进行诊断测试。CANoe具备测试功能，可以进行自动测试，生成测试报告。基于CANoe实现EPB诊断仿真模型设计，完成EPB的CAN节点诊断仿真模型设计说明书测试EPB控制器，给出测试结果报告。通过对EPB知识的学习，CAN总线的了解和学习CANoe的使用，从而近距离接触汽车先进技术，学习和使用一系列平时用不到的高科技工具，对以后的生活学习有很大的帮助。

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2 EPB系统介绍

2.1 EPB的工作原理

当驾驶员按下驻车制动按钮开始制动车辆时，EPB通过其ECU的加速度计测算汽车所在平面的坡度，计算出车辆在斜坡上因重力产生的下滑力。ECU启动驻车制动执行电机工作，对左右后制动钳实施制动确保车辆能够平稳停在斜坡上。当汽车启动时，ECU通过离合器踏板上的位移传感器和节气门开度大小感知汽车发动机牵引力的大小并且计算出需要施加的制动力。EPB能够自动调整因牵引力产生而平衡掉的下滑力的制动力。当发动机牵引力足够时，ECU驱动执行电机解除制动实现车辆顺畅起步。

2.2 EPB结构

由于电子技术发展极为迅速，EPB的普及率越来越高，各汽车厂商推出的EPB结构和功能五花八门。虽然工作原理相似，但是存在着不小的个体差异。为了便于叙述，下面以大众迈腾的电子驻车制动系统作为分析实例。

迈腾电子驻车制动系统组成如下下图所示：

图2-1 迈腾电子驻车制动系统组成

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2.3 EPB功能

2.3.1 驻车功能

当按下驻车按钮时，ECU驱动执行电机实现驻车功能。按钮在汽车非启动状态下同样适用。为了防止驻车制动误解除，发动机点火后，踩制动踏板的同时按下按钮才能将EPB解除。若驾驶员在车门关闭，系好安全带的情况下点火，挂挡给油，该系统会自动解除制动。 2.3.2 动态起步辅助功能

在下面条件满足时，该系统起作用：

图2-2 启动环境

? 驾驶员侧车门关闭 ? 系好安全带 ? 发动机点火

满足上述条件时，驾驶员可不用按动驻车按钮，只要按步骤正常启动汽车，就可以起步，后轮的制动会自动解除。 2.3.3紧急制动功能

当制动踏板失灵的时候，驾驶员可长按驻车按钮，使汽车紧急强制动。在遇紧急情况的时候驾驶员长按驻车制动按钮，EPB控制ESP工作对车轮进行制动，产生最大6 m/s2的制动减速度。ECU还会综合当时的车速，当车速在7km/h以下时由电机实现制动，而当车速在7km/h以上时由ESP控制液压回路制动。根据当时的情况选择自动激活ESP或者ABS功能，保证车辆不会出现危险工况。

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2.3.4 自动驻车功能

在以下条件满足时，该系统起作用：

? 驾驶员侧车门关闭 ? 系好安全带 ? 发动机点火

图2-3 EPB实物图

按下副仪表板上的Auto Hold按钮实现自动驻车功能。激活该功能以后，在路面上行驶是如果遇到红灯或者堵车的时候不需要踩制动踏板或者按下驻车制动按钮，只需要停止踩加速踏板汽车会自动制动。当汽车继续行驶时，驾驶员只需轻踩加速踏板就可以平顺起步。

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3 CAN总线介绍

3.1 CAN概述

CAN总线全称控制器局域网，是德国BOSCH公司旨在解决现代汽车中众多ECU之间的数据交换问题设计出的一种车载网络。目前已在各大汽车厂商中占据了很重要的地位。

随着现代汽车的电控系统和通讯手段越来越多，传统布线方式，即用导线进行点对点的连接已经不能适应越来越复杂的汽车电路，不仅导线非常长，而且装配复杂故障率高，而CAN线上某一单元出现故障不影响其他单元的工作。不同数据在CAN 总线上的传输速率不一样，像发动机电控系统这类实时控制数据实行高速传输，车身调节系统进行低速传输，其他比如多媒体系统为中速传输。

3.2 CAN基本概念

CAN 2.0技术规范相对于CAN 1.2有了考虑地址范围扩大的需要，原先的地址由11个识别定位，而为了使定义的地址范围更宽，引入了扩展格式，由29个识别符定位。用户在不需要使用扩展格式的时候仍然可以选择旧的格式。为了兼容CAN 2.0设定的标准，所有的CAN仪器都必须做出兼容的格式说明或者两种不同格式的说明。 1. 报文：总线上的信息用不同的固定报文格式发送，但长度受到限制。总线空闲任

何连接在总线的单元都可开始发送新报文。

2. 信息路由：在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息(如

站地址)。包含一些重要概念：系统灵活性-节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接于CAN网络；成组-由于采用了报文滤波，所有节点均可接收报文，并同时被相同的报文激活；数据相容性-在CAN网络内，可以确保报文同时被所有节点或者没有节点接收，因此，系统的数据相容性是借助于成组和出错处理达到的。

3. 位速率：不同的系统，CAN的速度不同。在一个给定的系统里，位速率是唯一的，

并且是固定的。

4. 远程数据请求：通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的

数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符命名的。 5. 优先权：总线访问期间，识别符定义-静态的报文优先权。

6. 仲裁：任何单元都可以发送报文只要总线处于空闲状态、如果同时有2个或者两

个以上的单元开始发送报文就会发生访问冲突，解决这一冲突可以通过使用识别

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符的位形式仲裁的方法，仲裁的机构确保时间和信息不会发生损失，当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧，在仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较，若电平相同，则这个单元可继续发送，若发送的是一“隐性”电平而监控视是一“显性”电平，那此单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。 7. 错误检测 ：要进行检测错误，必须采取以下措施：

? 监视（发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较） ? 循环冗余检查 ? 位填充 ? 报文格式检查

8. 故障界定：CAN节点能够把永久故障和短暂扰动区别开来。故障的节点会被关闭。 9. 总线值：总线有二个互补的逻辑值：“显性”或“隐性”。“显性”位和“隐性”

位同时传送时，总线的结果值为“显性”。比如，在总线的“写与”执行时，逻辑0代表“显性”等级，逻辑1代表“隐性”等级。

10．应答：所有的接收器检查报文的连贯性。对于连贯的报文，接收器应答，对于不

连贯的报文，接收器做出标志

3.3 CAN物理层

3.3.1 拓扑结构

高速CAN拓扑结构如下图所示：

图3-2 高速CAN拓扑结构

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表3-1

参数 总线长度 支线长度 节点长度 符号 L I D 单位 M M M 最小 0 0 0.1 数值 名义 最大 40 0.3 40 3.3.2 总线电平

高速CAN电平如下图所示：

图3-3 高速CAN电平

CAN_H的隐性电平为2.5V，显性电平为3.5V。 CAN_L的隐性电平为2.5V，显性电平为1.5V。 低速CAN电平如下图所示：

图3-4 低速CAN电平

CAN_H的隐性电平为0V，显性电平为3.5V。

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CAN_L的隐性电平为5V，显性电平为1.5V。 3.3.3 位定时要求

标称位速率：一理想的发送器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。 标称位时间：标称位时间 = 1 /标称位速率 标称位时间被划分成了几个不重叠时间的片段： 同步段（SYNC_SEG） 传播时间段（PROP_SEG） 相位缓冲段1（PHASE_SEG1） 相位缓冲段2（PHASE_SEG2） 位时间如图3-5所示。

图3-5 位时间

3.4 CAN数据链路层

3.4.1 CAN报文的帧类型

报文传输由四种不同的帧类型所表示和控制，分别是数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。

数据帧：由帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结尾组成。

图3-6 数据帧

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远程帧：通过发送远程帧，作为某数据接收器的站通过其资源节点对不同的数据传送进行初始化设置。远程帧由帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧末尾组成。

图3-7 远程帧

错误帧：由两个不同的场组成。第一个场是不同站的错误叠加的地方，第二个场是错误界定符。

图3-8 错误帧

过载帧：包括两个场分别是过载标志和过载界定。

图3-9 过载帧

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4 CAN诊断

4.1诊断基本概念

现代汽车的诊断和以前已经大不相同，允许在不解体的情况下通过接入外部诊断设备确定汽车的技术状况，对汽车的发动机系统，地盘电控系统以及各电气设备进行诊断，确定汽车的情况。

4.2 诊断的发展

自从六十多年前电子控制技术被用到汽车上以来，汽车越来越依赖电控设备，汽车的电子化程度也越来越高。然而一对一的单线导通导致存在大量复杂的线束，不仅使汽车的排布越来越难，整车重量大量增加，而且维修难度非常大，造成生产成本和维修成本大幅度提高。

汽车设备的ECU引入使电子设备的智能化大大提高。它不仅使自己控制的设备具有更快捷的速度，更可靠的运转性能和更低廉的价格。但是新的问题随之而来。ECU如果出现了故障，维修非常麻烦，因为仅从外在故障无法判断是该系统的问题还是电控单元出现问题。针对这种情况，汽车制造企业考虑在汽车上加载自诊断（ON Board Diagnostics Module，OBD）模块，用以监测电子控制模块的运行情况。当ECU出现问题时，维修人员可以通过诊断设备连接OBD预留的接口进行诊断。OBD在生产的时候会预先设置各种故障码用以对各种故障进行编号，维修人员根据诊断仪上的故障码跟实际故障一一对应找出问题所在。

然而汽车的电子化程度变高，很多设备拥有自己的ECU，不仅ECU之间需要互相通信，而且有的动作需要从非自己管辖下的传感器读取信息，这样ECU还要将导线连至其他各个传感器使得线束再次大量增加。在这种情况下，BOSCH公司研发了针对汽车的通用串行协议-CAN总线。总线使得通信线束排布变得简洁。

CAN总线允许线上各单元自由通信，而且提供了高中低不同的传输速率供不同的设备选择。信号传输变得简单，诊断系统也变得不再复杂。

4.3 诊断系统结构

ISO 15765协议就是在CAN总线上实现ISO 14229协议，ISO 14229协议即UDS协议，它定义了车辆通用诊断服务（Universal Diagnostic Service，UDS）。这套服务标准使得车辆允许接入外部诊断仪并且控制ECU进行诊断。但是ISO 14229只定义

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了应用层的服务，而应用非常广泛的ISO 15765相对于OSI参考模型来说定义了四层，分别是物理层、数据链路层、网络层和应用层。

图4-1 CAN线诊断示意图

如图4-1所示，外部诊断设备在应用层的诊断软件在应用层请求对CAN节点进行诊断服务。将请求服务相关报文通过在网络层提供的服务接口发送到网络层，在网络层中将报文根据CAN 2.0协议相关标准将报文按标准格式打包，通过数据链路层提供的服务接口发送到下层。在数据链路层报文被发送到物理层的CAN_L线上，在总线里传输。

由于有识别符的存在，待诊断的CAN节点通过识别符对报文进行识别后做出反应。该报文到达待诊断节点时被此节点的数据链路层接收，并且提交到网络层进行解包工作。报文在分析结束后被进一步提交到应用层进行解读工作，请求该节点的设备接受外部诊断设备的诊断测试服务。

该CAN节点设备做出应答，并且发一条应答报文。和请求报文相似，应答报文在应用层生成被发送到网络层进行打包并且依次发送到数据链路层和物理层的CAN_H线上。诊断设备端经过识别后提取该条报文依次往上经过数据链路层和网络层。解包解读后在应用层通知诊断设备做好应答准备。此后诊断设备开始发送下一条报文进行进一步的诊断工作。

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4.4 CAN诊断-网络层（ISO 15765-2）

4.4.1 消息类型

表4-1显示了各类CAN消息的协议控制信息（PCI）字节的结构。

表4-1

数据域结构 帧类型 字节1 位7－4 单帧（SF） 0000 首帧（FF） 0001 后续帧（CF） 流控制（FC） 注：SF_DL表示4个位的单帧数据长度；FF_DL表示12个位的首帧数据长度；SN表示序列编号 FS表示数据流状态；BS表示块大小；Stmin表示最小间隔时间。

字节2 数据1 数据1 BS 字节3 数据2 数据1 数据2 Stmin 字节4－8 数据3－7 数据2－6 数据3－7 N/A 位3－0 SF_DL FF_DL SN FS 0010 0011 4.4.2 单帧传送

正常寻址模式下，单帧消息类型的最大数据长度为7个字节，其中PCI的高半字节设置为0000b。PCI的低半字节表示单帧的数据长度。 4.4.3 多帧传送

在传送过程中诊断数据被网络层拆分成一个首帧和多个连续帧。正常寻址模式下，首帧消息类型的数据长度大于7字节，它和一个或多个后续帧并用。其中PCI第一个字节的高半字节设置为0001b，第一个字节的低半字节和第二个字节表示首帧的数据长度。第一段数据构成的CAN帧就是首帧，包含了该分段数据的长度信息；连续帧是剩下分段构成的CAN帧，每个数据帧都包含拆分的顺序编号。连续帧在首帧之后，其中PCI的高半字节设置为0010b。接收器根据编号重组服务数据。

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图4-2 多帧传送结构

4.4.4 寻址模式

物理寻址模式：当用物理寻址模式来做出请求时，ECU就可以执行激活的诊断会话所支持的服务。而来自ECU的回应则在诊断仪的地址上接收。

功能寻址模式：在诊断仪请求的信息不是在特定的某个模块的情况时，请求消息应以功能寻址模式来作出请求。

4.5 CAN诊断-应用层和会话层（ISO 15765-3）

4.5.1 应用层和诊断会话层的时序要求概述

应用层和诊断会话层的时序要求基于下列两点做出区别： a） 物理寻址通讯的默认会话期间和非默认会话期间。 b） 功能寻址通讯的默认会话期间和非默认期间。

基于以上两点的判断，还要考虑ECU可能发送78h代码的否定回应消息来请求扩展回应时间的情况。

4.5.2 应用层和诊断会话层的时序定义

默认诊断会话期间的应用层时序数值定义如表4-3所示。

表4-3

时序参数 P2CAN_Client 描述 成功传送请求消息和开始回应消息之间客14

类型 定时器重新载Min P2CAN_Server_max +△P2CAN Max N/A 天津职业技术师范大学2014届本科生毕业设计

户端的等待时间 接收到代码78h的否P2*CAN_Client 定回应消息和开始回应消息之间客户端的扩展等待时间 接收到请求消息和开P2CAN_Server 始回应消息之间的服务器执行时间要求 传送了代码78h的否P2*CAN_Server 定回应消息和开始回应消息之间服务器的执行时间要求 没有要求回应消息时，成功传送了的物P3CAN_Client_Ph-ys 理寻址请求消息后，客户端等待传送下一个物理寻址请求消息的最小时间 没有回应消息或者请求的数据只是被功能请求的部分服务器所P3CAN_Client_F-unc 支持的情况下，成功传送了功能寻址请求消息后，客户端等待传送下一个功能寻址请求消息的最小时间 入值 定时器重新载入值 执行要求 P2*CAN_Server_max +△P2CAN_rsp N/A 0 50ms 执行要求 0 5000ms 定时器重新载入值 P2CAN_Server_Max N/A 定时器重新载入值 P2CAN_Server_Max N/A N/A 注：参数△P2CAN考虑任何系统网络设计相关的延时，如网关和加上安全接线的总线带宽所引起的延时。基于系统设计的最差设想值是受以下因素影响的：

a) 涉及的网关个数； b) CAN帧的传输时间； c) CAN总线利用率

d) CAN设备驱动器的执行方式（查询和中断）以及网络层的进程时间。 △P2CAN的数值分成传送请求给寻址的服务器和传送回应给客户端两部分： △P2CAN＝△P2CAN_Req + △P2CAN_Rsp

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当非默认诊断会话开启时，它的会话处理是经过会话层时序参数实现的。会话层时序参数的定义如表4-4所示。

表4-4 时序参数 描述 诊断仪传送功能寻址的诊断仪保活（3Eh）请求消息来使S3Client 多个ECU的非默认诊断会话保持激活的时间要求，或者发送物理寻址请求消息给某个ECU来保活的最大时间。 S3Server

类型 推荐的等待时间ms 等待时间ms 定时器重新载2000ms 入值 4000ms 当没有接收任何诊断请诊断会话激活的时间。 定时器N/A 5000ms 入值 求消息时，ECU能保持非默认重新载16

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5 诊断仿真模型设计

5.1 CANoe概述

CANoe拥有非常强大的网络仿真能力，它不仅可以模拟网络中的多个节点，还可以模拟多个网络的各种总线类型，比如CAN、LIN、MOST和FlexRay。CANoe可以用来模拟所有这些总线系统的网络数据和功能。当设备设计和实现的时候，需要评估和验证网络数据和功能，这时CANoe可以成为一个测试工具以及网络仿真工具来测试这些网络功能。CANoe提供测试特性集，并且为用户提供了一组连续的测试指令来测试用户所编写的XML或者CAPL。

5.2 CANoe诊断功能简介

诊断程序用于配置、维护、支持和扩展ECU，无论其安装在系统之前或者之后。诊断程序通常执行的一种方案是：将一种测试仪（客户端）把请求发送到一个或者多个ECU中，根据指示信息得出ECU反馈的是肯定响应还是否定响应。

诊断组件使用的是CAPL诊断扩展。使用CAPL专门的功能来访问特定的诊断目标。这是通过诊断语言来描述的。CANoe结构在分配至少一个诊断说明后扩展CAPL的 API接口是可用的。

5.3 诊断说明

若要使用CANoe诊断说明中的诊断程序的话，必须分配给配置。诊断描述可能的形状（通用）CDD、ODX （PDX）或MDX文件。所有这些类型被称为\诊断说明\。它是可以混合在一个CAN配置内的那些文件类型。 5.3.1 CDD-CANdela 诊断描述

CANdela诊断描述(CDD)文件是给数据库使用的诊断数据，可与给CAN报文和信号的 .dbc文件相媲美。CDD文件用VECTOR公司的工具CANdelaStudio创建，可被用作CANoe和CANalyzer作为符号访问和解释相关诊断服务和参数。 5.3.2 ODX-打开诊断数据交换

ODX文件（打开诊断数据交换）也执行诊断数据。此数据可以划分成几个ODX文件和存储在PDX文件 (ODX档案)。ODX 文件的用法是类似于 CDD文件的使用。

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5.3.3 MDX-多路诊断数据交换

MDX 文件 （多路复用诊断交换） 是执行诊断数据以及OEM特定格式。MDX文件的用法是类似于ODX存档文件的使用。

5.4 诊断功能集

VECTOR诊断功能设置包括几个函数所需的开发、测试与通过诊断程序的应用程序。基于诊断的描述，诊断控制台提供交互式访问到所有的诊断服务。可以选择、汇集和与他们专用的反应显示诊断请求。故障内存控制台能够快速、 方便地访问的 ECU 故障内存。除CAN诊断功能设置还包VECTOR产品CANape MC+D和CANdito。从而具有相同支持完整的发展过程。 5.4.1 交互式诊断控制台窗口

交互式诊断控制台读取其信息从诊断说明和介绍了一种简单的方法，选择诊断请求，操纵它的参数，发送请求。其参数同时显示收到的答复。

图5-1 交互式诊断控制窗口

5.4.2 故障内存窗口

故障内存窗口提供了解读ECU的故障的内存列表一次或周期性的可能性。它也是可能要配置某个泛型CDD文件，以访问ECU的故障内存和发送给ECU 的请求。

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5.4.3 诊断会话控制窗口

在诊断说明中使用一个安全DLL分配给相应的诊断，就可以切换会话状态，而不必关心计算机和交换的安全密钥。切换之后通过诊断会话控制窗口中的会话状态，可以从诊断控制台仅可访问内的保护的某些安全级别的会话执行诊断服务。 5.4.4 使用CAPL仿真ECU或测试仪

CAPL可以用于模拟ECU或诊断测试，即使没有真正的 ECU 或测试仪。在CANdela描述文件里定义了CAPL的诊断命令可以利用象征名访问诊断服务和数据。仿真必须对它相对应的部分（CANoe/CANalyer真实的或者仿真的）根据接收的和正在运行的合适的事件程序要求做出反应。用户可以通过GUI（面板）访问具有完整的诊断功能的测试程序。

图5-2： 故障内存窗口

5.4.5 在测试模块使用CAPL (只有CANoe)

在CANoe，它是可能执行自动的测试，而无需交互运行，并执行发送的请求和响应的处理的序列。测试的结果可以写入报告格式的文件 （XML/HTML）。

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5.4.6 符号选择对话框为诊断对象和参数

为了简化规范的诊断限定符的请求、响应和参数，这些参数和定义的诊断说明--的诊断对象可以插入到CAPL代码，在CAPL浏览器中通过拖拽到符号资源管理器中。只需拖动对象以诊断程序基元、服务、参数或目标限定符命名，并将其放在当前光标位置到CAPL程序。

5.4.7 物理网络请求，CAN网络诊断说明

指定一个诊断描述每个网络作为\网络诊断说明\，即选择\物理网络请求\，表示网络上的所有ECU都执行诊断程序。然后可以被选为在CAPL程序中，目标和时发送一个请求，它将被作为物理请求发送到每个ECU。诊断仪将单独处理对ECU从收到的答复和解释，将基于具体诊断描述的每个ECU。打开诊断控制台，会话控制窗口和故障内存窗口，将提供一个简单的界面，向每个 ECU 就可以发送请求的网络诊断说明总线。响应将显示在控制台的跟踪窗口中，而DTC报告将列在与他们原有的 ECU 故障内存窗口。DTC然后就可以删除单独地或与按下一个按钮可以删除所有的故障记忆。

图 5-3： CAPL浏览器中的参数选择

5.4.8 功能组的请求

类似于物理网络请求，为它选择\功能组请求\用法作为诊断说明，诊断请求将使用发送运输协议参数的功能请求以便所有ECU，关于此功能的请求做出反应将都发

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送响应。从收到的答复诊断仪，将单独处理对ECU解释，将基于具体诊断描述的每个ECU。像物理的网络请求，有可能与配置的功能组请求诊断说明打开诊断控制台和故障内存窗口。响应将显示在控制台的跟踪窗口中，而DTC报告将列与他们原有的ECU故障内存窗口。

5.5 诊断步骤

5.5.1 使用诊断数据库文件

1.添加诊断说明：诊断说明 (CDD/ODX/MDX) 描述诊断数据（服务和参数，即他们诊断数据库。诊断说明添加到菜单中的CAN配置\配置 |诊断程序/ISO TP 配置......\。可以添加标准诊断程序说明。将诊断说明添加到CAN后配置有将CAPL浏览器中的附加事件类别：诊断程序请求、诊断程序响应和诊断程序发送的响应：

图5-4 配置数据库诊断文件

2.配置诊断说明：将诊断说明 (CDD/ODX/MDX，即 *.cdd、 *.odx、 *.pdx 或 *.mdx 文件） 添加到网络中后诊断程序。/ISO TP 配置对话和选择诊断说明一个子组件，可以更改此特定的诊断描述的设置。根据计划的诊断说明用途，有几个选项： 如果只应解释TP数据，选择\仅解释\。如果选择\诊断测试仪 (\发送只有\），可以使用诊断程序控制台和故障内存窗口，但它是不能在CAPL的节点中使用诊断说明。 5.5.2 定义要在数据库中模拟的网络节点

首先建立一个网络节点，需要该节点在相对应的数据库里具备完善的仿真诊断功能。将一个网络节点添加到模拟设置中。总线仿真设置窗口中右键单击并选择\插入网络节点\。使用CANdb++编辑器进行添加，如图5-5所示：

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图5-4 数据库

5.5.3 在模拟设置中配置网络节点

在刚添加到模拟设置的网络节点的配置中，分配在数据库中定义的网络节点。 dbc 文件通过\属性或通过配置模拟安装程序中的节点中，可以进行赋值。模拟设置中选择的节点，右键单击鼠标按钮，选择\配置...\，然后在选项卡\的组件\。将传输层DLL添加通过浏览选择它，如图5-5所示。 5.5.4 添加诊断说明并将其分配到网络节点

添加诊断说明。选择菜单\配置 |诊断程序/ISO-TP 配置......\并将诊断说明添加到所需的网络。设置添加诊断说明将\指定到数据库节点\的用法和选择第一步中定义的数据库节点，如图5-6： 5.5.5 强制变量

CCI 的示例实现使用全局变量 gECU。如果使用传输层接口的函数，则使用该变量来表示节点，执行该函数；它应该在变量部分中定义并分配一个合理的值。 5.5.6 调试级别

ISO TP 功能的调试级别可以由函数 setWriteDbgLevel() 的参数控制。若要将调试级别设置为详细使用 setWriteDbgLevel(1)或将调试级别设置为静默使用 setWriteDbgLevel(0)。

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图5-5 分配网络节点

图5-6 将网络节点分配到诊断说明中

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5.5.7 设置诊断目标

如果模拟发送请求和接收响应，从特定的（仿真或真实）ECU 诊断测试仪，必须测试仪CAPL的代码中设置目标的名称。目标通常设置在\关于启动\浏览器中的处理程序，可在以后进行更改。 5.5.8 诊断程序请求限定符

若要添加一个事件过程中为特定诊断请求 （如在模拟的 ECU），右击\事件处理程序\，选择“新处理事件”下面的各自处理事件|诊断程序 |

关于 diagRequest < New Request >\。将创建此代码： on diagRequest NewRequest { }

使用诊断程序符号资源管理器输入的限定符路径拖动和放置。 5.5.9 诊断程序响应限定符

若要添加具体的诊断响应（例如模拟测试仪）中的事件过程，右击\事件处理程序\，选择“新处理事件”下面的各自处理事件 |诊断程序 |

关于 diagResponse < New Response >\。将创建此代码： on diagResponse NewResponse { }

使用诊断程序符号资源管理器输入的限定符路径通过拖动和放置。 5.5.10 创建诊断请求

从诊断仪可以创建一个函数，用来创建和发送请求。 5.5.11 创建诊断响应

当专门的请求到达时，事件\被响应至接收器。使用关键字“this”响应对象将通过实际的限定符对请求做出响应。要注意诊断响应应当被视为一个对象，而不是一个或几个CAN报文。 5.5.12 参数工作

参数可以像诊断说明中描述的那样被访问。诊断参数分为两个组：简单和复杂的参数。两组有接收和发送功能。简单的参数是参数具有固定的诊断对象中的偏移量。在DTC列表里，复杂的参数是有不同的偏移量，因为它们包含在container参数里。

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5.5.14 否定反应处理

请求有时候如果被不被ECU执行的话可能会被否定。否定反应在特殊情况时有一个代码，表示：我很忙，我稍后做出回应。这表明映射针对实际要求积极响应稍后会跟进。需要模拟ECU的这种特殊的负面反应，可以先模拟ECU首先发一个否定答复，然后在积极响应那里发送一个定时器。

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结 论

本次毕业设计初步接触CANoe的诊断功能和其仿真模型的设计功能。因为CANoe本身功能的强大性和专业性，而且许多功能需要接入外置CAN CASE插件盒才能完成，所以使用Demo版软件有诸多限制。

在诊断方面，大致了解了CAN总线协议和相关诊断协议，根据产品说明书使用诊断功能。配合相关同学的研究课题，对CAN线诊断部分进行较为深入的了解。由于短暂的十几周还不能完全掌握利用CANoe软件进行相关CAN线诊断的研究，并且整个EPB实验平台无法正常工作，测试报告和数据分析不能按期完成，需要借助CANcaseXL对EPB进行模拟。设计EPB控制节点，利用CANdb++数据库设置信号，报文，ECU，环境变量等等。设置中控面板，使用CAPL编写程序，使得仿真模型能够进行卡钳动作，利用CANoe的诊断功能进行相关测试。由于与预期的目标有差距，所以本次设计完成了部分工作。

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致 谢

短暂的12周白驹过隙，转眼即逝。在这期间我学到的东西颇多，不仅仅巩固了之前学习的专业知识，还学习到了许多书本上没有的知识。在这段时间里，我学习了汽车总线和电子驻车制动系统的。徐老师在课题选择、资料查询、开题和设计说明书编写的毕业设计全过程中给予我指导，使我的毕业设计能够顺利地完成。老师渊博的知识、严谨的治学态度、实事求是的处世作风、平易近人的态度、崇高的敬业精神深深的影响着我，将使我受益终身。我向徐老师表示最诚挚的敬意和衷心的感谢！祝愿他身体健康，万事如意！“海纳百川，取则行远”，在这所美丽的校园里，不断成长，在这里我所学到的，必将使我受益终生。

在本论文的写作中，我也参照了大量的著作和文章，许多学者的科研成果及写作思路给我很大启发，在此向这些学者们表示由衷的感谢。感谢我的家人、同学、朋友对我的大力支持，他们的无私奉献、关爱和支持使我能够继续去追求自己的人生理想和目标。感谢所有关心、帮助和支持我的人。

最后，向所有帮助过我的老师、同学、朋友以及在百忙之中抽出宝贵时间对我毕业设计进行评审的专家们表示最诚挚的谢意。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/z8e.html