Word整車CAN通訊協議的基本拓撲結構詳解

電動汽車，以電池和（電機）系統取代了內燃機汽車的發動機系統，使得汽車上主要的結構和（電氣）件發生了很大變化。在傳統汽車上已經比較成熟的（CAN）（總線技術），電動汽車仍然需要作出必要調整才能夠使用。

1電動汽車的CAN協議

常用車輛CAN總線通訊協議，大多直接采用SAE-J1939的形式制定。電動汽車首先遇到了電池系統、電機系統等新加入電器需要重新設定PGN碼等問題。CAN協議始終處在諸侯割據的狀態。在過去的幾年中，國家及相關機構也一直在對電動汽車的CAN通訊協議進行研究，希望形成統一的協議體系。統一的CAN協議，首先是零部件供應商的福音。當前主流主機廠，每家都有自己的整車通訊協議，各個供應商，需要根據整車廠的定義，修改零部件的CAN協議。

制定電動汽車的CAN協議，基本的思路是在SAE-J1939的基礎上，根據自身電動汽車的需求，做出必要的調整。

1.1原則

常用的CAN總線協議標準SAE-J1939中，標準給OSI（開放系統互聯參考模型）定義成七層：物理層，數據鏈路層，（網絡）層，傳輸層，會話層，表示層，應用層。其中物理層和數據鏈路層是最基礎的兩層，在標準ISO11898中進行定義，并且不可變更。而SAE-J1939定義了應用層的相關會話規則，所謂通訊協議。因此我國的CAN（通信）協議的制定主要包括物理層和應用層協議兩個方面，其中最主要的工作還是集中在應用層上。

1.2物理層

物理層對一系列（硬件）參數進行了規定，包含總線供電電壓、接入系統設備數目、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物理層規范，相應的，參數基本與J1939保持一致。比如CAN2.0B，接入系統的設備數目，最多30個；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應用層

應用層主要規定的內容包括：標識符的分配，報文的發送和接收規則，系統內節點的優先級分配等等。

鑒于電動汽車與傳統汽車相比存在的很多不同特點，針對一款新車型建立CAN通訊協議，需要明確的事項包括：確定拓撲網絡結構，具體分配節點地址源碼，定義報文發送周期等等。

1.3.1整車CAN通訊協議的基本拓撲結構

電動汽車上的電氣設備數量比較多，使得通訊系統也變得復雜。下面是兩種整車通訊的結構形式，前者列舉的是混合動力汽車單一總線結構的拓撲圖，后者是一種純電動汽車CAN通訊網絡的情形，電池、電機、故障診斷掛在同一條CAN網絡上，其余電氣集中在另外一條網絡上。兩條網絡不能直接交換數據，只能以整車控制器VCU為中轉站，進行溝通。

從這兩個實例也可以看出，CAN總線的拓撲結構，常常是根據不同車輛的實際需要設計的，目前還沒有統一的要求。

多個設備集中在同一條信息通道上，對總線波特率的要求也會相應比較高，同時，系統冗余比較小的話，系統出錯率會上升。

1.3.2需要增加定義的參數

電動汽車CAN總線系統，應用層部分參數需要重新定義。定義過程需要綜合考慮系統內節點的重要程度，對刷新頻率的需求等因素，制定應用層協議中需要明確幾個參數，節點源地址、節點優先級，參數組編碼。

1）節點地址(Source（ad）dress，SA)。CAN系統中，每個節點會獲得一個唯一的地址碼，用以標示節點身份。一個節點如果包含幾種功能，則不同功能可以獲得不同地址碼。網絡中重要性最大的節點，地址代碼數字越小，相應的優先級越高。在CAN報文的幀定義中，專門設置了地址代碼位，下圖是CAN2.0B29位擴展幀的形式。

2）

優先級(Priority，P)，優先級P，占用3個2進制位，有8中不同級別。最高0級和最低7級，報文優先級可以設置，可以修改。報文優先級的主要影響因素是節點信息的發送頻率，越是重要性高的節點，信息刷新頻率也越高，占用總線的權限就越高，幾個因素有聯動關系。

3）參數組定義，同一個設備內不同的功能構成參數組，為了提高總線的使用效率，刷新頻率接近的參數盡量放在一個參數組內發送，可以減少節點信息發送次數，提高總線利用率。比如同一個設備的（電流）監測值和電壓監測值就可以放在一個參數組中。

1.3.3新節點定義

新加入系統的節點都需要重新分配地址，每個節點內的參數再進行參數配置。在J1939基礎上新增的節點包括：整車控制器，自動換擋變速器，（DC）DC，電動助力轉向，電動助力制動，（電機控制）器，電空調控制器，動力電池管理系統。

2CAN報文解析

CAN報文解析，是技術人員處理電動汽車故障的常用方法，基本過程：將設備準備齊全→

獲得通訊協議和報文原文→

翻譯→針對故障現象，得出初步處理建議。

下面內容來自鐘文浩的論文《電動汽車CAN報文的解析及應用》，詳細介紹了解析CAN報文的全部過程。

2.1

獲得CAN報文的過程

準備軟硬件環境，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或者調試端口，通過軟件交互界面獲取CAN報文。

2.2CAN2.0B報文基本格式

接收到的報文，是一串十六進制的字符，而報文格式定義和位數是按照二進制定義的。29位擴展標識符，報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。SA為報文的源地址，有8位。

2.3報文基本組成

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位擴展標識符，通過幀ID找到目標所在行，進而找到數據段。數據段包含的信息，是我們需要的部分。

2.4數據段的組成

數據段由8個字節組成，對應通信協議中約定的含義。每個字節有2個字符，前邊字符代表高4位，后邊字符代表低4位。

例如，一串報文1818D0F3ce0d007d006d1100（ID是1818D0F3）。第1個字節ce中的c為高4位，e為低4位。如果通訊協議規定，第1、2字節表示總電壓，而且注明Byte1為低字節，Byte2為高字節，那么解析時就應該為：0dce。

2.5具體CAN報文解析過程

收到的報文為：1818D0F3

ce0d007d006d1100。

第一、二字節，協議中規定了，1818D0F3ID幀內，第一、二字節表示電壓，并且，高字節表示高字節表示電壓數值的高位，低字節表示電壓數值的低位，比例因子0.1V。

數據中0dce代表總電壓，轉為十進制為3534，乘以0.1V的單位，則得到總電壓值為353.4V。

第三、四字節，協議中規定報文的第三、四字節表示總電流，又總電流的單位為0.1A，偏移量為32000。數據中7d00轉為十進制為32000，乘以0.1再減去3200的偏移量0，則說明此時電池組沒有被充電或放電，電流為0。

第六、七字節，協議中規定報文的第六、七字節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。數據中116d，其中1代表箱號，即最高電池電壓在第1箱。16d代表最高電池電壓，轉為十進制為365，乘以0.01A的單位，則得到最高電池電壓