整車CAN通訊協(xié)議的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳解

Word整車CAN通訊協(xié)議的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳解

電動(dòng)汽車，以電池和（電機(jī)）系統(tǒng)取代了內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使得汽車上主要的結(jié)構(gòu)和（電氣）件發(fā)生了很大變化。在傳統(tǒng)汽車上已經(jīng)比較成熟的（CAN）（總線技術(shù)），電動(dòng)汽車仍然需要作出必要調(diào)整才能夠使用。

1電動(dòng)汽車的CAN協(xié)議

常用車輛CAN總線通訊協(xié)議，大多直接采用SAE-J1939的形式制定。電動(dòng)汽車首先遇到了電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)等新加入電器需要重新設(shè)定PGN碼等問題。CAN協(xié)議始終處在諸侯割據(jù)的狀態(tài)。在過去的幾年中，國家及相關(guān)機(jī)構(gòu)也一直在對(duì)電動(dòng)汽車的CAN通訊協(xié)議進(jìn)行研究，希望形成統(tǒng)一的協(xié)議體系。統(tǒng)一的CAN協(xié)議，首先是零部件供應(yīng)商的福音。當(dāng)前主流主機(jī)廠，每家都有自己的整車通訊協(xié)議，各個(gè)供應(yīng)商，需要根據(jù)整車廠的定義，修改零部件的CAN協(xié)議。

制定電動(dòng)汽車的CAN協(xié)議，基本的思路是在SAE-J1939的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身電動(dòng)汽車的需求，做出必要的調(diào)整。

1.1原則

常用的CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)SAE-J1939中，標(biāo)準(zhǔn)給OSI（開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）定義成七層：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，（網(wǎng)絡(luò)）層，傳輸層，會(huì)話層，表示層，應(yīng)用層。其中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層是最基礎(chǔ)的兩層，在標(biāo)準(zhǔn)ISO11898中進(jìn)行定義，并且不可變更。而SAE-J1939定義了應(yīng)用層的相關(guān)會(huì)話規(guī)則，所謂通訊協(xié)議。因此我國的CAN（通信）協(xié)議的制定主要包括物理層和應(yīng)用層協(xié)議兩個(gè)方面，其中最主要的工作還是集中在應(yīng)用層上。

1.2物理層

物理層對(duì)一系列（硬件）參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，包含總線供電電壓、接入系統(tǒng)設(shè)備數(shù)目、允許的連接器類型、線纜長度以及波特率等。我們的物理層特性基本完全繼承J1939物理層規(guī)范，相應(yīng)的，參數(shù)基本與J1939保持一致。比如CAN2.0B，接入系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)目，最多30個(gè)；終端電阻阻值120歐姆，波特率250kbits，線束建議采用雙絞線、同軸電纜等等。

1.3應(yīng)用層

應(yīng)用層主要規(guī)定的內(nèi)容包括：標(biāo)識(shí)符的分配，報(bào)文的發(fā)送和接收規(guī)則，系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)分配等等。

鑒于電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比存在的很多不同特點(diǎn)，針對(duì)一款新車型建立CAN通訊協(xié)議，需要明確的事項(xiàng)包括：確定拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體分配節(jié)點(diǎn)地址源碼，定義報(bào)文發(fā)送周期等等。

1.3.1整車CAN通訊協(xié)議的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

電動(dòng)汽車上的電氣設(shè)備數(shù)量比較多，使得通訊系統(tǒng)也變得復(fù)雜。下面是兩種整車通訊的結(jié)構(gòu)形式，前者列舉的是混合動(dòng)力汽車單一總線結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D，后者是一種純電動(dòng)汽車CAN通訊網(wǎng)絡(luò)的情形，電池、電機(jī)、故障診斷掛在同一條CAN網(wǎng)絡(luò)上，其余電氣集中在另外一條網(wǎng)絡(luò)上。兩條網(wǎng)絡(luò)不能直接交換數(shù)據(jù)，只能以整車控制器VCU為中轉(zhuǎn)站，進(jìn)行溝通。

從這兩個(gè)實(shí)例也可以看出，CAN總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常常是根據(jù)不同車輛的實(shí)際需要設(shè)計(jì)的，目前還沒有統(tǒng)一的要求。

多個(gè)設(shè)備集中在同一條信息通道上，對(duì)總線波特率的要求也會(huì)相應(yīng)比較高，同時(shí)，系統(tǒng)冗余比較小的話，系統(tǒng)出錯(cuò)率會(huì)上升。

1.3.2需要增加定義的參數(shù)

電動(dòng)汽車CAN總線系統(tǒng)，應(yīng)用層部分參數(shù)需要重新定義。定義過程需要綜合考慮系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的重要程度，對(duì)刷新頻率的需求等因素，制定應(yīng)用層協(xié)議中需要明確幾個(gè)參數(shù)，節(jié)點(diǎn)源地址、節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)，參數(shù)組編碼。

1）節(jié)點(diǎn)地址(Source（ad）dress，SA)。CAN系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)獲得一個(gè)唯一的地址碼，用以標(biāo)示節(jié)點(diǎn)身份。一個(gè)節(jié)點(diǎn)如果包含幾種功能，則不同功能可以獲得不同地址碼。網(wǎng)絡(luò)中重要性最大的節(jié)點(diǎn)，地址代碼數(shù)字越小，相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)越高。在CAN報(bào)文的幀定義中，專門設(shè)置了地址代碼位，下圖是CAN2.0B29位擴(kuò)展幀的形式。

2）

優(yōu)先級(jí)(Priority，P)，優(yōu)先級(jí)P，占用3個(gè)2進(jìn)制位，有8中不同級(jí)別。最高0級(jí)和最低7級(jí)，報(bào)文優(yōu)先級(jí)可以設(shè)置，可以修改。報(bào)文優(yōu)先級(jí)的主要影響因素是節(jié)點(diǎn)信息的發(fā)送頻率，越是重要性高的節(jié)點(diǎn)，信息刷新頻率也越高，占用總線的權(quán)限就越高，幾個(gè)因素有聯(lián)動(dòng)關(guān)系。

3）參數(shù)組定義，同一個(gè)設(shè)備內(nèi)不同的功能構(gòu)成參數(shù)組，為了提高總線的使用效率，刷新頻率接近的參數(shù)盡量放在一個(gè)參數(shù)組內(nèi)發(fā)送，可以減少節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送次數(shù)，提高總線利用率。比如同一個(gè)設(shè)備的（電流）監(jiān)測(cè)值和電壓監(jiān)測(cè)值就可以放在一個(gè)參數(shù)組中。

1.3.3新節(jié)點(diǎn)定義

新加入系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)都需要重新分配地址，每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的參數(shù)再進(jìn)行參數(shù)配置。在J1939基礎(chǔ)上新增的節(jié)點(diǎn)包括：整車控制器，自動(dòng)換擋變速器，（DC）DC，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，電動(dòng)助力制動(dòng)，（電機(jī)控制）器，電空調(diào)控制器，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)。

2CAN報(bào)文解析

CAN報(bào)文解析，是技術(shù)人員處理電動(dòng)汽車故障的常用方法，基本過程：將設(shè)備準(zhǔn)備齊全→

獲得通訊協(xié)議和報(bào)文原文→

翻譯→針對(duì)故障現(xiàn)象，得出初步處理建議。

下面內(nèi)容來自鐘文浩的論文《電動(dòng)汽車CAN報(bào)文的解析及應(yīng)用》，詳細(xì)介紹了解析CAN報(bào)文的全部過程。

2.1

獲得CAN報(bào)文的過程

準(zhǔn)備軟硬件環(huán)境，硬件周立功CAN卡，軟件使用ZLGCAN（Te）st，安裝在（電腦）上；通過CAN卡連接整車CAN或者調(diào)試端口，通過軟件交互界面獲取CAN報(bào)文。

2.2CAN2.0B報(bào)文基本格式

接收到的報(bào)文，是一串十六進(jìn)制的字符，而報(bào)文格式定義和位數(shù)是按照二進(jìn)制定義的。29位擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，報(bào)文幀格式如下圖所示。表格中，上面一行為字段，下面一行表示字段的位數(shù)。SA為報(bào)文的源地址，有8位。

2.3報(bào)文基本組成

如下面抓圖所示，我們初始能夠獲得的是幀ID的一串字符，就是前面的29位擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，通過幀ID找到目標(biāo)所在行，進(jìn)而找到數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)段包含的信息，是我們需要的部分。

2.4數(shù)據(jù)段的組成

數(shù)據(jù)段由8個(gè)字節(jié)組成，對(duì)應(yīng)通信協(xié)議中約定的含義。每個(gè)字節(jié)有2個(gè)字符，前邊字符代表高4位，后邊字符代表低4位。

例如，一串報(bào)文1818D0F3ce0d007d006d1100（ID是1818D0F3）。第1個(gè)字節(jié)ce中的c為高4位，e為低4位。如果通訊協(xié)議規(guī)定，第1、2字節(jié)表示總電壓，而且注明Byte1為低字節(jié)，Byte2為高字節(jié)，那么解析時(shí)就應(yīng)該為：0dce。

2.5具體CAN報(bào)文解析過程

收到的報(bào)文為：1818D0F3

ce0d007d006d1100。

第一、二字節(jié)，協(xié)議中規(guī)定了，1818D0F3ID幀內(nèi)，第一、二字節(jié)表示電壓，并且，高字節(jié)表示高字節(jié)表示電壓數(shù)值的高位，低字節(jié)表示電壓數(shù)值的低位，比例因子0.1V。

數(shù)據(jù)中0dce代表總電壓，轉(zhuǎn)為十進(jìn)制為3534，乘以0.1V的單位，則得到總電壓值為353.4V。

第三、四字節(jié)，協(xié)議中規(guī)定報(bào)文的第三、四字節(jié)表示總電流，又總電流的單位為0.1A，偏移量為32000。數(shù)據(jù)中7d00轉(zhuǎn)為十進(jìn)制為32000，乘以0.1再減去3200的偏移量0，則說明此時(shí)電池組沒有被充電或放電，電流為0。

第六、七字節(jié)，協(xié)議中規(guī)定報(bào)文的第六、七字節(jié)表示最高單體電池電壓及位置。單體電池電壓單位為0.01V，最高4位代表箱號(hào)。數(shù)據(jù)中116d，其中1代表箱號(hào)，即最高電池電壓在第1箱。16d代表最高電池電壓，轉(zhuǎn)為十進(jìn)制為365，乘以0.01A的單位，則得到最高電池電壓