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ISO 11898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 address，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，DCDC，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。

2 CAN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ZLGCANTest，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。

2.2 CAN2.0B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，上面一行為字段代號，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1818D0F3 ce 0d 00 7d 00 6d 1100（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?ce 0d 00 7d 00 6d 11 00。

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0.1 V的單位，則得到總電壓值為353.4 V。

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0.1 A，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0.01 V，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0.01 A的單位，則得到最高電池電壓為3.65 V。

十六進制轉換成十進制數的方法，從最低位開始，16的0次方加第一位+16的1次方加第二位數……比如前文中的116d，最高4位代表箱體編號，16^0+1=1，因此箱體號為1；后面的12位代表單體電壓，計算方式（16^0+13）+（16^1+6）+（16^2+1）=365，算式中的13是報文中的d。

參考文獻

符興鋒，電池管理系統CAN信號不同步對于電動汽車控制策略與安全性的影響分析

趙春明，基于CAN總線的電動汽車分布式控制系統的故障診斷研究

李芳，電動汽車動力總成系統控制器局域網（CAN）總線通信協議

鐘文浩，電動汽車CAN報文的解析及應用

周竹朋，基于CAN總線的新能源汽車通信網絡設計

編輯：黃飛

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