北京
背景
随着新能源汽车的飞速发展，整车系统日趋复杂，整车性能的可靠性也变得愈发重要。在车辆测试过程中，为应对更加多样的试验需求，传感器的种类和数量会随着测量种类而增加，数据量也会因此变得越发庞大，使得海量数据传输超出了CAN 总线承载率，从而导致数据丢失的问题逐渐凸显。对此，需要对总线负载率进行控制。
案例说明
这里以一个热管理试验来进行负载率的实际计算。
实验目标：
需针对热管理散热系统进行系统水阻、水流量、散热模块通风量和散热负荷等性能测试，以及各零部件之间的功能联调测试。
传感器：
K型温度传感器，采样频率一般为1~10Hz，数量为 100 个；风速传感器，采样频率为 10~100 Hz ，数量为 24 个；压力传感器，采样频率一般为 10~100 Hz ，数量为 10 个；流量传感器，采样频率一般为 10~100 Hz ，数量为 4 个。
数采模块：
模拟量模块 38 通道，可支持 4 路水流量，10 路水路压力，24 路风速同时采集；温度模块 100 通道，可支持 100 个温度点同时采集。数采模块为 IPETRONIK M 系列模块。
（图 1 数据采集系统实例）
（图 2 单路 CAN 通道采集系统框图）
IPETRONIK M 系列模块使用的是 CAN 总线进行通讯，且遵循 CAN 2.0 A（11位标识符）和CAN 2.0 B（29 位标识符）标准。其可通过适用的应用软件和合适的接口来检测 CAN 数据和设备数据，传输速率高达 1 Mbps 。
（图 3 远程帧 CAN 2.0A <11 位标识符>）
IPETRONIK M 系列数采模块的数据输出报文为一个标准帧（即 110 位），数据段为 8 字节（即 64 位），包含四个通道的试验数据，单个通道数据为 16 位，且采集数据的波特率一般设置为 500 Kbps，可设置的上限为 1 Mbps。
(图 4 IPEmotion 软件中创建采集通道）
• 温度模块的采样率为 10 Hz，采集通道为 100；
• 风速传感器的采样率为 100 Hz，采集通道为 24；
• 压力传感器的采样率为 100 Hz，采集通道为 10；
• 流量传感器的采样率为 100 Hz，采集通道为 4。
(图 5 CAN 硬件选项卡)
在IPEmotion 软件中完成上述采集通道的配置后，系统自动对当前 CAN 总线的数据流量进行了实时监测与负载率计算。结果显示，此时总线负载率为 29.8%，处于系统建议的合理运行区间内，能够满足当前试验的数据传输需求。
根据以上数据，CAN 总线目前满足试验数据量的传输要求。但系统扩展余量小，一旦增加传感器或提高采样率，负载率容易进入临界范围。
(图 6 CAN 总线过载报警功能)
根据实验表明，负载率在 30% 的情况下，优先级高节点的平均报文传输时间和理论传输时间相差无几；而优先级低的，存在 20% 左右的延时；当负载率达到 60% 的情况下，优先级至高的节点都有至少 25% 的延时，而优先级至低的延时达到了 4 倍，可见其根本无法满足实时性；当总线的平均利用率达到 70% 以上时，总线的通信将可能出现拥堵的现象，且在极端的情况下，将可能造成错误帧的出现。由此，30% 左右的负载率是比较好的。
控制策略与系统扩展
为应对高负载率并确保系统可扩展性，可采用以下策略：
1.多CAN通道分配
为应对负载率过高的问题，可通过 IPETRONIK 的数据记录仪或 CAN 卡来将传感器进行合理分配。通过多路 CAN 通道进行数据采集传输，可在降低单路 CAN 总线负载率的同时，提升数据传输的可靠性。
(图7 多路CAN通道采集系统框图)
2. X-Link模块与以太网集成
对于数据吞吐量要求更高或需要未来扩展的系统，X-Link 模块通过利用以太网通信提供了一个更优的解决方案……
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