双轮驱动电动汽车CAN总线通信协议

2024年3月13日发(作者：红旗越野车suv报价)

双轮驱动电动汽车CAN总线通信协议

崔晓琳;周静;王健;李军伟

【摘 要】根据CAN总线协议的基本规则,设计了双轮独立驱动电动汽车整车控制

系统的网络拓扑结构.基于SAE J1939通讯协议的格式,制定了双轮独立驱动电动汽

车整车控制系统CAN总线通讯协议.测试结果表明该协议是可行的.

【期刊名称】《农业装备与车辆工程》

【年(卷),期】2010(000)002

【总页数】4页(P17-20)

【关键词】电动汽车;CAN总线;通信协议

【作 者】崔晓琳;周静;王健;李军伟

【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院,山东,淄博,255049;山东理工大学

图书馆,山东,淄博,255049;山东理工大学交通与车辆工程学院,山东,淄博,255049;山

东理工大学交通与车辆工程学院,山东,淄博,255049

【正文语种】中 文

【中图分类】U469.72;TP393.04

引言

随着对汽车安全性、舒适性、排放性和经济性要求的日益严格，车用电器和相应的

电子控制单元越来越多，导致汽车线束急剧膨胀，各电控单元间的数据交换也越来

越复杂。对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求，为此CAN总线

通讯协议应运而生［1］。CAN总线已成电动汽车主要的总线结构。目前，以

CAN总线通信协议为基础的SAE J1939标准已成为世界上各大车辆部件制造商所

支持的重要通信标准，在多种车辆的总线通讯协议中得到广泛应用。本文以双轮独

立驱动纯电动汽车的研制为背景，以SAE J1939协议为参考，制定了一种针对双

轮独立驱动电动汽车的通信协议。

1 J1939协议简介

J1939在2000年由美国电气工程师协会（SAE）制定［2］，供卡车及其挂车、

客车、建筑设备以及农业设备使用。该协议的数据传输速率为250kB／s，其通信、

物理层和数据链路层以CAN2.0B为基础。J1939对29位ID进行了详细的定义，

包 括优先级（P）、保 留位 （R）、数据页数（DP）、PDU 格式 （PF）、特定

PDU （PS）、源地址（SA）等。J1939协议支持发送1～1785Byte的数据，对

于9～1785Byte数据采用传输协议。

SAE J1939的信息格式使用参数组编号（PGN）作为一组参数的标号，一个PGN

包括多个参数。可疑参数编号（SPN）是一个用来标识电控单元特殊元件、部件

或参数的19位编号。J1939对每个参数定义推荐了一组SLOT（Scaling Limit

Off－set Transfer function）。 例如，油门踏板位置：数据长度，1Byte；分辨

率：0.4% ／位递增，从 0%开始计算；数据范围：0～100%；类型：测量值；

SPN：91。

2 电动汽车的CAN总线网络

由于内燃机汽车和电动汽车控制结构［3］的差异，SAE J1939协议不能照搬到电

动汽车上。本文以SAE J1939协议为参考依据，结合双轮独立驱动纯电动汽车的

特点，对其中不适合电动汽车的地方进行了修改，制订了电动汽车的总线协议。电

动汽车整车CAN总线网络拓扑结构如图1所示。

图1 电动汽车网络拓扑结构

3 电动汽车的通信协议

3.1 优先级（P）的定义

从某种意义上来说，优先级可以看作是信息分组号，是信息类型的分类，是广义的

参数组类型。适当运用，可以有效地增强网络通信的灵活性。本协议的优先级（P）

的定义如表1所示。

表1 优先级（P）的定义帧信息内容 优先权严重故障信息 0重要传感器信息 1

高速控制信息 2中速控制信息 3低速控制信息 4状态反馈信息 5多字节信息 6

远程请求帧 7

3.2 源地址（SA）的定义

在J1939中，源地址（SA）的定义比较简单，它共有 256 空间，但只定义了 0～

70 与 248～255，而 71～127 为 SAE 保留，128～247 为特定工业组定义［4］。

表2为部分控制器源地址码。

表2 电动汽车源地址码一览表地址 控制器模块 地址 控制器模块01整车控制器

电机控制器11213灯光控制器1灯光控制器223电机控制器2制动控制器

114……显示控制器……45制动控制器2制动控制器3128129高速CAN网关中速

CAN网关6 制动控制器4 130 低速CAN网关7 转向控制器 131 LIN网关8

悬架控制器1 …… ……9 悬架控制器2 253 OEM用节点1011悬架控制器3电

池控制器254255空节点全域节点

3.3 参数组号（PGN）的定义

SAE J1939／71应用层文档主要定义了CAN通信的参数组号（PGN）和优先级

（P）。在本协议中PGN的定义基本等同于J1939的规定，但进行了相应扩充，

如表3所示。在表3中，PF＝1与PF＝10－13参数组是自定义的。PF＝1的代

号为 SC1（状态控制）；PF＝10～13 的代号分别为 MM1（（电机状态 1）、

MM2（电机状态 2）、BM（电池组状态）、SM（状态信息），其它均采用

J1939的定义。PS是一个8位域，它的定义取决于PF，根据PDU格式它可能是

目标地址或者组扩展。如果PF的值小于240，则 PS定义为目标地址（DA）。

表3 参数组号（PGN）的定义

在电动汽车的通信网络中，基本上采用的是点对点的通信。参数组RESET用于上

电后整车控制器对各节点控制器的自检命令或重置命令中；参数组ACKM用于各

节点控制器对RESET命令的响应应答中；参数组TSC1用于整车控制器对电机进

行速度转矩控制命令中；参数组MM1、MM2、BM用于相关节点向整车控制器

汇报电动机、电池组的状态；参数组VT12、VT21用于各节点与显示控制器之间

信息的交流与反馈；RQST用于节点之间数据信息的请求指令中。

3.4 数据（DATA）的定义

具体的数据应根据信息流进行定义［5］。电动汽车中所采用的数据定义格式如表

4所示，表格中未用字节统一用0FFH填充，未用位统一用1填充，从而与J1939

保持一致。

表4 数据（DATA）定义格式输出节点接受节点字节1字节2字节3字节4字节

5字节6字节7字节8 VCU MCU1 A1 A2 A3 VCU MCU2 B1 B2 B3 VCU

BCU C1 C2 C3 C4 C5 VCU DCU D1 D2 D3 D4 VCU LCU1 E1 E2 VCU

LCU2 F1 F2 F3 F4 MCU1VCU G1 G2 G3 G4 G5 G6 MCU2VCU H1 H2

H3H4H5H6 BCU VCU I5 I6 I7 DCU VCU J1 J2 LCU1 VCU K1 K2 LCU2

VCU L1 L2 I1 I2 I3 I4

对于表4，有以下说明。

（1）整车控制器 （VCU）对电机控制器 1（MCU1）输入信息主要是电机期望转

速（A1，2字节）、电机期望转矩（A2，2字节）、电机控制指令（A3，1字

节）。电机控制指令A3包括制动指令与控制模式选择指令，可以用相应位及其组

合置0或1来表示。第6、第7、第8字节空白表示未用。下同，数据长度略，详

见表4。VCU对MCU2的输入信息同MCU1。

（2）整车控制器（VCU）对电池控制器（BCU）输入信息主要是电池状态指令

C1、最大放电电流限制C2、最大充电电流限制C3、SOC上限C4、SOC下限C5。

电池状态指令C1包括对电池进行充电、放电、闲置及其相应继电器状态控制。

（3）整车控制器（VCU）对显示控制器（DCU）输入信息主要有当前车速D1、

SOC（D2）、车辆当前工作模式D3、电机状态D4。车辆当前工作模式D3包括

驻车、起动、倒车、巡航、加速、减速等。

（4）整车控制器 （VCU）对灯光控制器 1（LCU1）输入信息主要有近光灯、远

光灯（E1）和雾灯（E2）的控制指令。

（5）整车控制器 （VCU）对灯光控制器 2（LCU2）输入信息主要有转向灯

（F1）、倒车灯（F2）、制动灯（F3）、小灯（F4）的控制指令。

（6）电机控制器1（MCU1）对整车控制器（VCU）的反馈信息是：电机实际转

速G1、电机实际转矩G2、电机实际控制模式G3、电机状态G4、电机电压G5、

电机故障信息G6。MCU2对VCU的反馈信息同MCU1。

（7）电池控制器（BCU）对整车控制器（VCU）的反馈信息是：电池状态I1、电

池当前电流I2、电池当前电压I3、电池充放电请求I4、温度最高点值I5、温度最

低点值I6、电池故障信息I7。

（8）显示控制器（DCU）对整车控制器（VCU）的反馈信息是：DCU当前状态

J1、DCU故障信息J2。

（9）灯光控制器1（LCU1）对整车控制器（VCU）的反馈信息是：前车灯当前

状态K1、LCU1故障信息K2。

（10）灯光控制器2（LCU2）对整车控制器（VCU）的反馈信息是：后车灯当前

状态L1、LCU2故障信息L2。

现以灯光控制器2的定义为例对数据具体含义进行说明，如表5所示。

表5 灯光控制器2的定义属性 描述传输更新速率 0.5s数据长度 4字节数据页

DP 0 PDU格式PF 254 PDU细节PS 91默认优先级 4参数组号 PGN 65.115

（00EE5BI6）参数列表字节数 编号0 11：转向灯关01：转向灯开10：右转向

灯开1 11：倒车灯关00：倒车灯开2 11：制动灯关00：制动灯开3 11：小灯

关 00：制动灯开

4 仿真与现场调试

为了验证上述协议的可行性，利用Vector公司的CANoe网络集成开发环境对该

协议进行了仿真与测试。该网络运行的负载情况，如图2所示。

图2 总线负载统计窗口

经过对网络系统进行仿真之后，利用开发平台对系统进行试验测试。图3是在该

网络中加入网关节点与灯光控制节点后，整车控制灯光1（VCU5）报文的波形图。

图3 整车控制灯光1（VCU5）报文的波形图

5 结论

本文根据CAN总线协议的基本规则，设计了双轮独立驱动电动汽车整车控制系统

的网络拓扑结构。基于J1939通讯协议的格式，制定了双轮独立驱动电动汽车整

车控制系统CAN总线通讯协议。本文详细给出了协议的制定过程，重点分析了

ECU输出参数以及参数组定义的基本方法。通过仿真和试验表明，该协议数据传

输正确，可以满足实时性要求。

参考文献

【相关文献】

［1］兰强.车用网络研究现状及发展趋势［J］.农业装备与车辆工程，2009，（3）：49－52.

［2］SAE J1939 standards ended practice for aserial control and

communication vehicle network［S］.Societyof Automotive Engineers，2000

［3］EMADI A，RAJASHEKARA K，WILLIAMSON gical overview of hybird fuel

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Vehicular Technology，2005，54（3）：763－770.

［4］The Truck＆ Bus Control and Communications Network Subcommittee of the Truck

＆ Bus Electrical Committee ［S］.SAE J1939－71， Application Layer， 1996.5

［5］钟勇，钟志华，余群明，曾志伟.电动汽车CAN总线通用协议的应用研究［J］.汽车工程，

2006， 28（5）：422－426.