摘要：為了滿足電動汽車故障信息診斷和道路實驗數據采集的需求，開發了車載式CAN總線信息顯示裝置。係統硬件采用便攜式筆記本和NI USB-8473 CAN卡，LabVIEW作為軟件開發平台。實現了對電動汽車CAN網絡信息的數據采集、報文解析、數據存儲和數據回放的功能
，係統開發以柔性測試技術為核心理念。通過實驗表明
，係統能夠滿足設計要求，具有可靠性、靈活性

、適用性和可擴展性等優點。

關鍵詞：電動汽車 CAN總線 虛擬儀器 柔性測試技術

引言

由於傳統汽車帶來的環境汙染等方麵的問題日趨嚴重
，電動汽車的研發已經成為汽車行業的熱點。目前的電動汽車一般都采用基於CAN(Control Area Network)總線的整車通訊控製係統。CAN總線是德國BOSCH公司從20世紀80niandaichuweijiejuexiandaiqichezhongzhongduodekongzhiyuceshiyiqizhijiandeshujujiaohuanerkaifadeyizhongchuanxingshujutongxinxieyi，tashiyizhongyouxiaozhichifenbushikongzhihuoshishikongzhidechuanxingtongxinwangluo，juyoushishixingqiang、傳輸距離遠
、抗幹擾能力強、成本低的特點，在汽車通訊網絡中得到了廣泛的應用。
diandongqichezaikaifaguochengzhongxuyaoduizhengcheyunxingcanshujinxingcaijihejiankong，yibianfenxigebujiandeyunxingzhuangkuang
，youhuahegaijinzhengchekongzhicelve。zaizhengchenaijiuxingkaohezhongyexuyaoquanchengcaijihejiluyunxingshuju，yibianduizhengchejibujianxingnengbianhuajinxingfenxi。yincichezaiCAN總線監控係統是電動汽車研究和開發的重要工具
，本文重點論述車載CAN總線監控係統的開發以及柔性測試技術在係統開發中的應用。

1 電動汽車CAN通訊協議

         近10年來我國電動車輛技術得到了重大進展，但是動力電池及電機控製技術仍然是電動車輛發展的技術瓶頸[3]。在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)
，電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)對(dui)電(dian)機(ji)提(ti)出(chu)的(de)功(gong)率(lv)需(xu)求(qiu)是(shi)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)的(de)，瞬(shun)間(jian)的(de)大(da)電(dian)流(liu)衝(chong)擊(ji)以(yi)及(ji)充(chong)放(fang)電(dian)之(zhi)間(jian)的(de)瞬(shun)間(jian)切(qie)換(huan)，對(dui)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)提(ti)出(chu)了(le)要(yao)求(qiu)。而(er)電(dian)機(ji)的(de)啟(qi)動(dong)不(bu)僅(jin)要(yao)考(kao)慮(lv)節(jie)能(neng)指(zhi)標(biao)還(hai)要(yao)兼(jian)顧(gu)平(ping)穩(wen)性(xing)和(he)快(kuai)速(su)性(xing)

，因(yin)此(ci)也(ye)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)得(de)出(chu)最(zui)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)。由(you)於(yu)CAN網絡包含了整車控製器信息、電池信息和電機控製信息等，基於此
，開發了一種能夠監測汽車CAN網絡的車載裝置對電動汽車的研究具有很重要的意義。
下圖為整車網絡拓撲結構，該網絡基於J1939協議
，報文采用29位ID的擴展幀格式
，其通訊速率為250kbps，該網絡包含CAN節點為整車控製器、電池管理係統
、電機控製器、組合儀表
、高低壓直流轉換
、充電機。

 
圖 1 整車CAN網絡拓撲圖

其中29位ID的分配表如下表1所示，優先級為3位，可以有8個優先級
；R一般固定為0；DP現固定為0
；8位的PF(PDU Format)為報文的代碼；8位的PS(PDU Specific)為目標地址或組擴展；8位的SA(Source Address)為發送此報文的源地址。每幀CAN報文信息包含ID和8字節數據，解析報文數據時
，根據ID號解析對應的數據信息。
表 1 CAN總線網絡報文結構圖

2 係統硬件設計

         weilemanzudiandongqichekaifarenyuanzailukuangxiaduiqichejinxingguzhangxinxizhenduanhefenxiqichekongzhicelve，yijidaolushiyanshujucaijidexuqiu
，xitongyingjianzaishejishibixukaolvfangbianchezaiheyidongxingbijiaoqiang。benzhuangzhicaiyongbijibenzuoweikongzhizhuji，shixianCAN信息的數據記錄
、分析和存儲等功能。考慮到供電等因素，雖然PXI CAN卡具有很多優越性，但由於需要PXI機箱，因此，設計中CAN卡采用NI USB-8473卡
，其具有以1 Mb/s的速率記錄100%總線載荷且不掉幀、通過USB總線接口供電和硬件時間標注為1 µs分辨率等優點，非常適合本係統應用場合。

3 係統軟件設計

本係統的開發和使用環境相同
，操作係統為Windows XP SP2，開發環境為LabVIEW 2010。
LabVIEW是高效圖形化應用開發環境，結合了簡單易用的圖形化開發方式和靈活強大的編程語言的優勢合而為一。它可以提供：直觀明了的圖形化開發環境；開放且符合工業標準的軟件
；內置編譯器加快運行速度；多平台兼容；可與大量硬件接口（I/O）緊密結合。 

3.1軟件功能需求分析

       軟件主要功能包含4部分：通訊功能
、數據分析

、數據管理和故障管理。CAN總線通訊速率可配置，配置範圍為0～1Mbit/s，適用不同速率的CAN總線網絡，可以記錄CAN網絡上的報文
，標注每幀報文的接收時間，其標注分辨率為1μs
，可以根據通訊協議，將監測到的CAN報文解析為對應的物理量，CAN報文與物理量之間的對應關係可配置。監測的數據需保存並可以實現數據回放和分析的功能，同時可以統計故障及報警信息數量。 

3.2係統軟件整體設計

         軟件係統采用基於生產者消費者的架構
，生產者循環主要用來監測用戶請求等事件，程序流程主要基於事件觸發。包括係統初始化、參數配置
、CAN信息采集解析、CAN信息顯示、報表生成、錯誤信息統計和數據回放等功能。其程序流程圖如圖2所示。
 

圖 2 係統程序流程圖

為了各線程能夠獨立的運行，CAN報文采集線程由響應點擊開始按鈕事件後動態調用
，其停止由主程序通過隊列發送停止命令來控製
，采集的CAN報文數據通過隊列的方式上傳至主程序，以供解析報文vi進行數據處理

；顯示界麵線程則直接通過引用對控件賦值，從而提高了程序的可讀性和擴展性。 

3.3 報文解析程序設計

         為了使CAN報bao文wen解jie析xi程cheng序xu能neng夠gou適shi應ying不bu同tong車che型xing和he不bu同tong物wu理li量liang
，是shi整zheng個ge係xi統tong一yi個ge重zhong點dian和he難nan點dian
，作zuo為wei以yi柔rou性xing測ce試shi技ji術shu為wei核he心xin理li念nian的de測ce試shi係xi統tong
，開kai發fa的de係xi統tong應ying該gai具ju有you準zhun確que性xing
、可靠性
、靈活性、適用性和擴展性等優點[4]。因yin此ci在zai對dui報bao文wen解jie析xi時shi應ying該gai充chong分fen考kao慮lv可ke擴kuo展zhan性xing和he可ke配pei置zhi性xing，這zhe樣yang可ke以yi不bu更geng改gai程cheng序xu代dai碼ma或huo者zhe隻zhi需xu要yao修xiu改gai一yi小xiao部bu分fen代dai碼ma就jiu能neng夠gou很hen方fang便bian的de使shi程cheng序xu適shi用yong不bu同tong車che型xing的de監jian控kong中zhong。由you於yuCAN報文的數據場包含的數據信息比較多且通訊協議可以被用戶或者開發人員更改，因此程序的靈活性和擴展性至關重要。
NI-XNET提供了強大的CAN數據庫配置工具
，因此隻需要將CAN數據庫與物理量對應關係做好配置
，即可很容易解析數據。但是

，NI-XNET不支持NI USB-8473卡
，且選用的CAN卡隻支持NI-CAN Frame API函數。為了能夠很方便的使用NI-XNET下的CAN報文解析工具包，需要將采集到的NI-CAN Frame數據報文轉換為X-NET Frame數據報文。由於CAN報文解析與底層硬件無關
，所以隻需要轉換CAN報文格式即可，其程序如下圖3。
 

圖 3 NI-CAN Frame數據報文轉換為X-NET Frame
圖所示4為報文解析程序和CAN數據庫配置圖
，其中Cluster為CAN數據庫配置中所有CAN Frame組成的簇，限於篇幅CAN數據庫組成在本文不展開探討；Interface為物理接口；X-NET Frame為轉換後的CAN數據報文；Signal data為根據配置的CAN數據庫解析出來的CAN實際信息，其順序按照數據庫Signal的順序依次解析，其數據類型為DBL類型。在程序設計時，對於狀態量的解析還需要根據Comment配置的信息進行翻譯。例如某個Signal的數據為0，0表示繼電器開，1表示繼電器關
，那麼Comment的配置信息應該包含0和1分別表示什麼含義，解析報文數據時，通過獲得Signal的值和Comment的信息，則可解析得出繼電器開。從而方便用戶自定義物理量。，在實際應用中可以根據不同的車型，配置成不同的Cluster
，這樣根據測試的車型選擇對應的Cluster即可實現CAN報文信息的解析，從而使係統更加柔性。

圖 4 CAN報文解析程序和數據庫配置圖

4 係統應用及實驗

         在實驗場路況下
，采用轉矩閉環控製
，對某車型進行實驗，其實驗運行監測圖如下圖5suoshi。shiyanbiaomingchengxuyunxingzhengquekekao
，nenggoumanzushishijiankongdiandongqichedeyunxingqingkuang，tongshicaijideshujukeyihenfangbiandeweiyanjiurenyuanyouhuazhengchekongzhiqisuanfatigongshiyanshuju。tongshi，tongguopeizhibutongchexingdeCAN數據庫
，即可實現對不同車型的CAN報文信息解析

，真正將柔性測試技術融入到測試係統中。本裝置具有故障診斷能力，因此還可作為整車售後的檢測裝置使用。

圖 5 實驗運行監測圖

參考文獻
[1] 金振華,盧青春,魏紅軍等.基於虛擬儀器的車載CAN 總線監控係統開發.自動化技術,2006,(11).
[2] 黃向東,汪勝勇,趙克剛等.基於CAN總線的HEV集散控製係統的通信.華南理工大學學報,2004,(5).
[3] 孫逢春,孟祥峰,林程等.電動汽車動力電池動態測試工況研究.北京理工大學學報,2010,Vol.30,No.3.
[4] 張寶剛, 顧飛.基於“柔性測試”技術的筆式點火線圈綜合測試係統.國外電子測量技.2008,27(10).

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