[发明专利]一种CAN总线负载率的计算方法

说明书

本发明公开了一种CAN总线负载率，包括：判断各CAN报文的类型，并据此确定CAN报文数据帧中各位场的长度；基于确定的CAN报文数据帧中各位场的长度，确定各CAN报文数据流长度；仿真各CAN报文填充位长度；基于确定的CAN报文数据流长度和计算的CAN报文填充位长度来确定各CAN报文实际传送位流长度；判断各CAN报文发送类型，并据此确定CAN报文的发送周期的取值；根据各CAN报文长度选择不同的方式来确定各CAN报文占用的总线负载率；对网段中各CAN报文占用的总线负载率进行求和，以得出整个网段的CAN总线负载率。本发明的计算方法即包含CAN报文数据流传输占用的总线负载，又包含填充位传输所占用的总线负载，计算的准确性高。

技术领域

本发明专利涉及汽车控制器局域网(Controller Area Network，简称CAN)网络通信技术领域，具体涉及一种CAN总线负载率的计算方法。

背景技术

随着车联网、汽车智能化的发展，在汽车上应用的电子电气系统日益增加。随着在CAN网络中传送信息量的增多，总线负载率显著增加，当总线负载率过高时，将导致优先级低的报文传输延迟时间过长，甚至发生丢失报文的情况，在网络通信环境不好，例如偶尔受到电磁干扰时，因为错误帧增多而导致网络堵塞的风险明显增大。所以此时必须将该CAN网络划分为多个子网。然而，如果子网设计得过多，将增加网关的单件成本，并且信息经过网关转发时将带来额外的报文传输延迟时间。综上，CAN网络总线负载率是整车网络拓扑设计的重要约束条件。

众所周知，网络拓扑属于概念设计阶段，是后续所有网络设计的基础。如果网络拓扑设计不合理，在车辆开发后期网络拓扑发生变化，则会带来网络通信矩阵设计、各ECU通信软件设计等工作的巨大变化，甚至完全返工，所以网络拓扑设计必须力求准确，而CAN网络总线负载率计算的准确性越高则项目后期变更网络拓扑的风险越小。

CAN通信报文中的位流采用不归零(NRZ)方法编码。即在整个位时间里，位电平要么为“显性”，要么为“隐性”。这种编码的特点是实现简单而且费用低，其缺点是当连续存在多个相同信息时，将因为缺少同步信息而导致时钟误差累积。为此ISO 11898定义CAN报文的帧起始(SOF)、仲裁场、控制场、数据场和循环冗余校验序列通过位填充的方法编码。无论何时，CAN发送器只要检测到位流里有5个连续识别值的位，便自动在位流里插入一个补码位。当CAN报文数据流中存在较多的连续识别值时，报文填充后在CAN网络中实际传送位流的位数比CAN报文数据流的位数多，报文传送时占用的总线负载也增多。

专利文献1(公开号：CN102111286A；公开日：2011年6月29日)公开了一种在控制局域网网络结构中监控整个网络的运行状态的方法，该计算方法中网络管理节点根据各节点发送的数据帧数来计算一个时间周期内的网络负载；所述网络负载是通过以下公式计算得到的：网络负载＝(每帧数据的位数×所有网络节点在N个时间周期内发送的数据帧数之和)/(N×时间周期×总线标准位速率)，然而该计算方法没有涉及到CAN报文数据流传输时，填充位传输所占用的总线负载。

非专利文献1(文献名称：基于数理统计的商用车CAN网络总线负载率预测研究，来自＜2016中国汽车工程学会年会论文集＞)和非专利文献2(文献名称：越野车CAN网络总线负载率仿真研究，来自＜2016年越野车技术分会学术年会论文集＞)均可实现CAN总线负载率的预测，且在预测过程中均考虑了填充位传输所占用的总线负载。然而，非专利文献1所述方法的分析样本来自于市场上现有的5款不同品牌的商用车产品的CAN网络的随机测试数据，其分析样本具有一定的局限性，即针对选中的5款品牌的商用车，该方法的预测结果与实测结果之间的偏差较小，而针对其它品牌的商用车，该方法的预测结果与实测结果之间的偏差会有所增加。非专利文献2使用CAN网络仿真软件CANoe对越野车CAN网络报文的总线负载率进行了全数字仿真研究，其仿真对象是某具体车型已定义的网络拓扑和通信矩阵。当仿真对象变化时需要重新建立全数字仿真模型，即该仿真方法针对性强，通用性有所不足。

发明内容