標(biāo)注：本文來(lái)自本實(shí)驗(yàn)室單超的研究成果。

數(shù)字孿生用于虛擬描述真實(shí)存在的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)體的數(shù)字復(fù)制品，也就是說(shuō)建立的數(shù)字孿生模型是物理實(shí)體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表達(dá)，因此本文擬建立的CAN 數(shù)字孿生模型需要做到虛擬CAN 總線和實(shí)體CAN 總線的實(shí)時(shí)的狀態(tài)同步，并且要有一定的數(shù)據(jù)表達(dá)能力，實(shí)時(shí)同步和數(shù)據(jù)展示是本文探索的重點(diǎn)。由于Simulink 和Carla 都有python 接口可以調(diào)用，本文采用python 編程語(yǔ)言作為數(shù)據(jù)流通的媒介以實(shí)現(xiàn)Carla 和Simulink 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。本文直接使用python 的matplotlib 庫(kù)作為繪制工具，繪制源數(shù)據(jù)即模型的模擬結(jié)果從matlab 的workspace 中獲取。

Simulink CAN 仿真模型設(shè)計(jì)

查看Simulink 的CAN 通信模塊的配置參數(shù)。CAN Pack 模塊提供的功能為把原始數(shù)據(jù)封裝成CAN 報(bào)文并發(fā)送到總線網(wǎng)絡(luò)中，相當(dāng)于ECU 報(bào)文封裝的功能，因此使用該模塊的前提是確定封裝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)需要確定CAN 應(yīng)用層協(xié)議的選擇。本文選擇honda_civic_sedan_16_diesel_2019_can_generated.dbc，該文件對(duì)應(yīng)的是東風(fēng)本田civic sedan 2019 款的汽車CAN 總線所有非拓展幀的報(bào)文格式。本文先針對(duì)汽車速度相關(guān)報(bào)文進(jìn)行分析。表示汽車速度對(duì)應(yīng)的報(bào)文格式如圖所示，報(bào)文ID 為777，字段的構(gòu)造均以小端的方式。

汽車速度對(duì)應(yīng)報(bào)文數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向信息對(duì)應(yīng)報(bào)文數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)

檔位相關(guān)報(bào)文數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)

CAR_SPEED 字段以第7 bit 作為起始點(diǎn)，長(zhǎng)為16 bit，數(shù)據(jù)范圍在0～65535 之間，注釋提供的單位為國(guó)際車速單位kph，對(duì)應(yīng)千米每小時(shí)。由于COUNTER 和CHECKSUM字段存在部分重合，且CHECKSUM 和COUNTER 不屬于數(shù)據(jù)段應(yīng)表示的部分，經(jīng)考慮，在構(gòu)造數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)刪除CHECKSUM 和COUNTER，在CAN Pack 模塊中構(gòu)造的信號(hào)結(jié)構(gòu)如圖所示。

STEERING_SENSORS 報(bào)文中，STEER_SENSOR_STATUS_x 字段被STEER_ANGLE_RAGE字段覆蓋，在模型中重現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)刪除上述5 個(gè)字段，只保留GEAR_SHIFTER 和GEAR 字段。GEARBOX 報(bào)文中，COUNTER 和CHECKSUM 不屬于數(shù)據(jù)段內(nèi)容，經(jīng)考慮，在模型中重現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)刪除COUNTER 和CHECKSUM。

報(bào)文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在模型中重現(xiàn)的步驟是類似的，本文先按流程構(gòu)建CAR_SPEED 報(bào)文，并提供詳細(xì)的配置說(shuō)明，之后再提供STEERING_SENSOR 和GEARBOX 構(gòu)造結(jié)果，最后展示整個(gè)模型。

參數(shù)配置完成后的CAN Pack 模塊生成了6 個(gè)字段輸入端口，1 個(gè)CAN 報(bào)文輸出端口，為6 個(gè)配置輸入端口配置常量模塊作為輸入，CAN Pack 模塊將依據(jù)一定的采樣頻率構(gòu)造報(bào)文。后續(xù)環(huán)節(jié)將使用python 調(diào)用matlab 結(jié)構(gòu)更改常量的值作為輸入數(shù)據(jù)的方式。

CAN Transmit 模塊用于將CAN Pack 模塊的報(bào)文輸出輸入到CAN 總線內(nèi)，配置為默認(rèn)設(shè)置即可。

CAN Transmit 模塊配置

CAN Transmit 模塊

對(duì)于Virtual Channel 還有額外的配置模塊，用于控制總線傳輸速度，同樣保持默認(rèn)配置即可。

CAN Channel Configuration 模塊配置

CAN Receive 模塊用于從指定的虛擬CAN 隧道接收?qǐng)?bào)文，可選擇過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀，這里保持默認(rèn)配置，接收所有報(bào)文，采樣時(shí)間設(shè)置為0.1 秒，每0.1 秒觸發(fā)目標(biāo)調(diào)用函數(shù)，并輸出CAN 報(bào)文。

CAN Receive 模塊配置

最終創(chuàng)建的CAN Receive 模塊如圖所示，沒(méi)有輸出端口，輸出為一個(gè)函數(shù)觸發(fā)端口，一個(gè)報(bào)文輸出端口，這兩個(gè)端口和Simulink Function-Call Subsystem 模塊對(duì)接。

之后進(jìn)入Function-Call System 內(nèi)部，加入CAN Unpack 模塊，該模塊會(huì)解析指定ID 的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，拆分并輸出，內(nèi)部配置和CAN Pack 模塊流程相同，先確定CAN 報(bào)文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再添加字段。

創(chuàng)建后的模塊位于Function-Call System 模塊中，會(huì)有對(duì)應(yīng)的6 個(gè)輸出，將這6 個(gè)輸出接入Function-Call System 的輸出。

創(chuàng)建Real-Time Sync 模塊，使得整個(gè)模型在模擬實(shí)時(shí)模擬。

STEERING_SENSORS 和GEARBOX 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)配置也同樣按照上述流程進(jìn)行。

值得說(shuō)明的是——honda_civic_sedan_16_diesel_2019_can_generated.dbc 內(nèi)部含有51 個(gè)不同CAN 報(bào)文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，所以對(duì)如此數(shù)量的CAN 報(bào)文類型一個(gè)一個(gè)去實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的CAN Pack 模塊和CAN Unpack 模塊重復(fù)工作量較大，本文在這里只針對(duì)典型的汽車數(shù)據(jù)，如車速，轉(zhuǎn)向角，檔位相關(guān)的數(shù)據(jù)作為輸入，模擬這三類報(bào)文在仿真CAN 總線上的傳輸。

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