純電動(dòng)汽車CAN信號(hào)解析*

辛明華 郭艷萍 竇汝振 茍毅彤

（天津清源電動(dòng)車輛有限責(zé)任公司）

20世紀(jì)80年代推出了串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議CAN，使得汽車上控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信和資源共享問(wèn)題得到非常有效的解決[1]。CAN發(fā)展至今也衍生出眾多更加完整規(guī)范、互用性更強(qiáng)的通信協(xié)議，使得其在傳統(tǒng)動(dòng)力汽車中越來(lái)越普及和“低配”。它的同步性以及實(shí)時(shí)性等眾多優(yōu)點(diǎn)也使得CAN總線技術(shù)在電動(dòng)汽車中繼續(xù)被推崇和使用。因此在對(duì)標(biāo)純電動(dòng)汽車時(shí)，解析車輛的CAN信號(hào)是分析整車性能、功能和控制策略非常關(guān)鍵的前提條件之一。文章闡述了對(duì)國(guó)外某純電動(dòng)車CAN信號(hào)的解析過(guò)程，最終形成dbc文件，同時(shí)對(duì)解析出的CAN信號(hào)進(jìn)行匹配驗(yàn)證。

1 CAN總線解析流程

CAN總線解析流程為：1）分析數(shù)據(jù)鏈路層的幀類型（標(biāo)準(zhǔn)幀或擴(kuò)展幀）以及報(bào)文的格式（Intel格式或Motorola格式）；2）解析總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析各子網(wǎng)絡(luò)的控制部件；3）找出關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行信號(hào)解析；4）校驗(yàn)解析的信號(hào)是否正確。

1.1 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解析

通常汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多條不同速率的總線分別連接不同類型的節(jié)點(diǎn)，并使用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)整車的信息共享和網(wǎng)絡(luò)管理。通過(guò)實(shí)車查找，并結(jié)合樣車的原理圖及維修手冊(cè)等資料，依次關(guān)閉控制器，確定報(bào)文控制器對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1示出某純電動(dòng)汽車CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1 某純電動(dòng)汽車CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示界面

驅(qū)動(dòng)CAN總線系統(tǒng)的受控對(duì)象主要包括電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)、DC/DC及充電機(jī)等電驅(qū)動(dòng)總成部件，系統(tǒng)的受控對(duì)象直接關(guān)系到汽車的行駛狀態(tài)，對(duì)通訊實(shí)時(shí)性有較高的要求；車身容錯(cuò)CAN總線系統(tǒng)受控對(duì)象包括寒地氣候加熱模塊及座椅控制記憶模塊等附加功能配置；電子底盤系統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)受控對(duì)象主要包括助力轉(zhuǎn)向控制單元、操縱穩(wěn)定控制器、被動(dòng)安全控制器、胎壓監(jiān)測(cè)控制器和電子駐車系統(tǒng)控制器等底盤系統(tǒng)控制部件；車身系統(tǒng)CAN總線系統(tǒng)受控對(duì)象主要包括門鎖、車窗、后視鏡及照明等控制單元，該總線為低速CAN總線。

按照總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，梳理需要解析的關(guān)鍵CAN信號(hào)的參數(shù)列表，如表1所示。

表1 某純電動(dòng)汽車CAN總線信號(hào)列表

1.2 總線信號(hào)解析

判斷整車診斷接口是否有動(dòng)力CAN，如果有則直接連接CANoe（CANoe是一款汽車總線開發(fā)環(huán)境，可以對(duì)CAN通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模、仿真、測(cè)試和開發(fā)）[2]，如果沒有可以通過(guò)其他控制器CAN接口將CAN線并出，接入CANoe進(jìn)行CAN信號(hào)的采集。并線和CANoe監(jiān)控報(bào)文示意圖，如圖2所示。

圖2 整車CANoe監(jiān)控報(bào)文示意圖

對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，制定關(guān)鍵信號(hào)的解析策略。確定能夠反映出各個(gè)信號(hào)的典型工況。擋位、車速及電池SOC 3個(gè)信號(hào)的測(cè)試工況為：

擋位：將汽車啟動(dòng)，進(jìn)行換擋操作，通過(guò)CANoe采集整車CAN報(bào)文，并將儀表顯示的擋位信號(hào)一同記錄；

車速：?jiǎn)?dòng)汽車，掛擋，輕踩踏板，保持整車其他工況不變，通過(guò)CANoe采集整車CAN報(bào)文（如車速為5，10，15 km/h等），并將儀表顯示的擋位信號(hào)一同記錄；

電池SOC：在汽車充電時(shí)，通過(guò)CANoe采集整車CAN報(bào)文，在 SOC 為 30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%時(shí)分別記錄報(bào)文。

上述記錄報(bào)文的時(shí)間要很短，數(shù)據(jù)過(guò)多會(huì)影響分析的速度。將采集到的數(shù)據(jù)結(jié)合當(dāng)時(shí)的工況，通過(guò)CANoe及MATLAB等工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。

在解析的過(guò)程中確定如下內(nèi)容：1）信號(hào)所在的ID；2）信號(hào)在報(bào)文里是Motorola格式還是Intel格式；3）信號(hào)在各個(gè)ID中的起始字節(jié)、起始位和信號(hào)長(zhǎng)度；4）確定信號(hào)的比例因子和偏移量。在確定以上內(nèi)容后，最終形成的dbc文件，如圖3所示。

圖3 某純電動(dòng)車dbc文件

1.3 總線信號(hào)校驗(yàn)

將解析出來(lái)的CAN信號(hào)，形成用于監(jiān)控的dbc文件，使用CANoe工具建立工程文件，加載解析出的dbc文件，在實(shí)車上進(jìn)行驗(yàn)證。比較監(jiān)控顯示的結(jié)果和整車儀表顯示的報(bào)文是否一致，如果一致，證明報(bào)文解析是正確的。車速、電池SOC及擋位3個(gè)信號(hào)的校驗(yàn)測(cè)試方法，如表2所示。

表2 某純電動(dòng)車總線信號(hào)校驗(yàn)方法

2 結(jié)論

文章對(duì)純電動(dòng)汽車CAN信號(hào)解析進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)CAN總線解析流程的梳理，結(jié)合對(duì)標(biāo)車型總線結(jié)構(gòu)形式分析，以通用類CAN總線開發(fā)環(huán)境為基礎(chǔ)，進(jìn)行總線信號(hào)解析，并且對(duì)解析結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，為工作人員提供了后續(xù)思路，并對(duì)純電動(dòng)汽車整車控制策略解析和零部件性能分析起到了重要作用。