中科院車輛安全研發團隊應用PXI建構汽車網路訊息整合控制

Author(s):
張 國樑 - 中山科學研究院
陳 仁和 - 中山科學研究院
羅 民芳 - 中山科學研究院
劉 志鵬 - 中山科學研究院

Industry:
Electronics, Automotive

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
目前車廠或協力廠所面臨的問題，不外乎相關車輛專用驗證套裝軟硬體價格昂貴且系統發展不易學習及擴充性有限等問題以及快速正確分析原廠車CAN網路訊息格式。

The Solution:
利用具有豐富函式庫與範例的LabVIEW軟體配合PXI RT Embedded Controller，加上MAX提供的硬體整合功能，我們可以建立實車CAN訊息超過100組的各類ECU訊號，並結合其他訊號擷取卡完成各項車用ECU功能驗證。不但大幅增加使用者的設計彈性，用以驗證車用ECU模組及測試平台，進而有效縮短發展車用電子控制系統所需要的時間。

本文榮獲2007第六屆虛擬儀控徵文比賽產業組第一名

現今車輛電子控制系統逐漸以分散式控制方式將車內各電子設備連接，其中主要可透過CAN、LIN及MOST等網路通訊來連接。CAN通訊介面其傳輸速率高達1M bits/sec，主要用以取代傳統複雜的類比式控制，可減少大量佈線、增加擴充彈性及容易診斷的好處。LIN 網路則是以低成本的考量而發展用於車門、車燈或馬達控制等應用。MOST則應用於多媒體訊息傳輸。取代傳統類比控制方式，車用數位網路的通訊可即時傳輸大量訊息，提供車輛內每個電子控制單元(ECU)所處理各總複雜的控制如引擎、傳動系統等計算出的資料，透CAN bus 即時分送至其他ECU並作相對應處置。此外也透過網路做即時監控之功能，將各ECU所有狀態或錯誤作相對的因應。

NI的產品在汽車領域的應用提供強大的支援，除了CAN、LIN及Flexray通訊網路，還提供ECU量測與校正軟體(ECU Measurement and Calibration Toolkit)。這些產品最大的好處是功能強大及程式開發容易，因為NI在許多儀器量測工具上已非常完整，所以整合車用網路CAN、LIN後可快速直接應用在車用模組的設計，例如結合DAQ相關硬體及軟體，可以很快量測引擎、油壓、傳動等訊號，如此再整合CAN模組來同步驗證訊號的正確性。因此本研發團隊利用NI公司的產品在CAN Bus Gateway模組、舵角感測器、線傳煞車平台及適應巡航控制(ACC)等研究測試上皆感受到NI產品的便利性及實用性。

本文研究使用NI CAN介面卡，並搭配LabVIEW圖控軟體，來設計可在PC或PXI上設計CAN網路圖控介面。利用此圖控介面當模擬器模擬車上所傳送相關訊息，藉以驗證自行開發之ECU模組，如CAN Gateway系統、倒車雷達訊號轉換模組、方向盤轉換模組、及方向盤舵角感測模組等功能。使用者可相當有彈性去規劃設計車內各ECU所傳送或將接收之訊息圖形視覺化，在實驗室設計驗證各ECU功能。在在CAN Bus Gateway模組中，設計一PC-Based模擬器提供Gateway及相關倒車雷達或方向盤開關Adapter功能驗證，所以不需要實際連接實體ECU模組如空調ECU或引擎ECU等，對於ECU開發設計初期驗證是一套有效的工具。另外NI之MAX(Measurement & Automation Explorer)可快速設定CAN port的屬性(property)及規劃所謂CAN Channel為能有效且快速解析原廠車CAN網路訊息格式。CAN訊息規劃可自行鍵入或讀取database檔(*.dbc & *.ndc)。則在Configuration內之CAN Channels就會出現相關CAN訊息。最後在設計LabVIEW程式內之CAN list 加入已規劃好之CAN Channels，則程式自動會與MAX程式連結，達到傳送接收CAN訊息之功能。

在線傳煞車平台性能驗證，利用PXI架構結合CAN網路模組、類比控制模組及數位IO模組來整合控制及量測液壓煞車系統的控制性能驗證。

在舵角感測器模組及ACC模組研發，皆利用NI CAN網路模組及規劃CAN訊息協定，並利用LabVIEW程式快速開發圖控介面，來驗證模組的功能及相關電子特性。

CCP(CAN Calibration Protocol)是一種基於CAN網路的ECU(Electronic Control Unit)校正協議,已經在許多歐美汽車廠商廣泛應用,使用CCP協議可以快速而有效地實現對汽車電控單元ECU近校正工作。NI ECU Measurement and Calibration Toolkit軟體提供完整範例程式對於了解及實作CCP在ECU模組有相當大的幫助。

除了CAN外，LIN Bus及FlexRay 網路，NI皆有支援，在車用電子應用上皆有完整的軟硬體支援。

NI公司在汽車電子應用上所提供的軟硬體產品如CAN、LIN、FlexRay等介面卡，從在應用層面看，已相當完整且及功能強大，讓使用者在學習上降低許多難度，並且整合其他軟硬體如Motion Control、DAQ等，提供快速系統整合功能。這些工具對產品Prototype設計上或系統測試驗證上提供相當多的助益。

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張 國樑
中山科學研究院
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