电动汽车can总线通用协议的应用研究

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1、电动汽车CAN总线通用协议的应用研究1前言   在电动汽车的研究中，通常采用嵌入式计算机或高性能单片机作为主控计算机。但就控制器的结构而言，国外主要经历了集中式控制系统和分布式控制系统两代。CAN总线就是分布式控制系统的物理基础之一，已成为电动汽车主流的总线结构。   2 CAN通信协议    随着CAN在各种领域的应用和推广，对其通信格式的标准化提出了要求。1991年9月PhilipsSemiconductors制定并发布了CAN技术规范（Ver-sion2.0）。该技术包括A和B两部分。2.0A给出了CAN报文标准格式，而2.0B

2、给出了标准的和扩展的两种格式。1993年11月ISO颁布了CAN国际标准ISO11898,为控制局域网的标准化和规范化铺平了道路。   目前，SAE J1939标准已成为世界上各大车辆部件制造商均支持的重要通信标准，尤其在大客车、载货汽车、特种车辆和工程机械中得到广泛的应用。它共有10个子标准。J1939的通信协议是以CAN总线通信协议为基础制定的，借用CAN的信息帧传递J1939的信息，即利用CAN总线的29位标识符形成J1939的编码系统，这样就约定了货车和客车的通用编码，并按这一规则形成了J1939的通信协议。表1为标准CAN和

3、J1939信息帧的仲裁域和控制域的意义区别（扩展模式）。     由此可见标准CAN和J1939通信协议的区别在于29位标识符。J1939的数据域与CAN的数据域都是相同的。J1939是将CAN的29位标识符（ID）进行了物理定义，同时制定了相应数据定义。CAN的标准格式变为J1939是通过协议数据单元( PDU, protocol data unit）来实施和封装的。每个PDU信息帧由7部分组成，结构为P、R、DP、PF、PS、SA和DATA。PDU实际意义就是CAN的29位辨识码加上数据。   在国家863计划电动汽车重大专项中，

4、虽也将通信协议课题列入其中，但总体看来是各自为政，没有形成一个有效的具有指导意义的协议。本研究希望对行业的规范起到一定的推动作用。   3 qr_HEV的CAN总线网络   研究的基于CVT的类菱形混合动力汽车（qr_HEV）中采用CAN总线网络拓朴结构（如图1），以SAE J1939协议为参考依据，结合各类电动汽车的特点，并对其中不甚合理的地方进行了修改，制定了一个通用协议——CN2004。它包括CN2004A和CN2004B两个子协议。其中，CN2004B协议是以扩展帧报文格式为基础的；而CN2004A协议是以标准帧报文格式为基础

5、的，将另文介绍。    qr_HEV中CAN总线上共有7个节点，按图1从上到下、从左到右的顺序，它们分别是车辆能源总成控制单元（VCU）、电机控制单元（MCU）、显示控制单元（DCU）、电池控制单元（BCU）、CVT控制单元（CCU）、发动机电子油门控制单元（TCU）、辅助电器控制单元（ACU）。其中ACU起网关作用，将BIT-BUS总线上信息与CAN总线上信息进行交流。   4基于29位ID的通用协议CN2004B    由于CAN协议没有规定信息标志符的分配，因此可以根据不同应用使用不同的方法。因为CAN信息的标志符决定了信息相关

6、的优先权和信息的等待时间，所以信息标志符分配的方法被认为是基于CAN的系统的主要结构元素，它同时影响了信息滤波适用性、合理的通信结构适用性和标志符使用的效率。在设计一个基于CAN的通信系统时，确定CAN标志符的分配非常重要，标志符的分配和定位也是较高层解决手段中一个主要的项目。   CN2004B是一种高级的CAN协议标准，它对各类电动汽车内部ECU的地址分配、通信方式以及报文发送优先级等都作了明确的规定，并且对电动汽车内部各个具体的ECU通信作了较为详细的说明，以期最大限度地发挥CAN优异性能。   4.1 CN2004B协议ID定

7、义    由于在CAN协议里规定，标志位ID越小的优先级越高，因此在确定ID时要考虑以下几种情况：（1）报警信息帧的优先级应该高于其它信息；（2）需求紧急性高的信息帧要优先；(3)出现频率较高的信息帧的优先级可以略低一些，以免使得出现频率较低的信息帧抢占不到总线。   CN2004B协议借用了J1939中P、R、PF等意义等同的字符定义，但其ID区的定义不同，主要体现在PDU信息帧发送顺序上，SAE J1939是按P→R→DP→PF→PS→SA→DATA进行的，而CN2004B则是按P→R→DP→SA→PF→PS→DATA进行的，将S

8、A调到了PF之前。这样做的目的是：当不同的控制器争用总线时，若它们发送信息的优先级相等，则由源地址码较低的节点占用总线，即优先传递源地址码较低的节点信息；同时保留了J1939中性能组号（PGN，performance g