新能源工程機(jī)械CAN總線報(bào)文解析

摘 要：近幾年，隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用CAN總線系統(tǒng)的工程車越來越多。與普通線路相比，CAN總線具有各電器系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，相互之間關(guān)聯(lián)較少，線路相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。只要能夠掌握CAN總線原理，車輛各電氣系統(tǒng)的原理圖，CAN總線各模塊功能及其在車上的位置，就能通過故障現(xiàn)象，迅速準(zhǔn)確地排除故障。本文針對(duì)新能源工程機(jī)械報(bào)文解析在故障診斷的方面應(yīng)用，通過報(bào)文的獲取，報(bào)文解析進(jìn)而確定故障原因。

關(guān)鍵詞：CAN協(xié)議 報(bào)文 報(bào)文格式 報(bào)文解析

1 CAN協(xié)議概述

1.1 相關(guān)術(shù)語介紹

總線：節(jié)點(diǎn)（功能部件）間信息交換技術(shù)；作一個(gè)比喻：電腦處理信息就好像在不斷穿梭接送乘客的BUS，而各個(gè)計(jì)算機(jī)部件就是一個(gè)個(gè)車站，從而將信息連接到每個(gè)計(jì)算機(jī)部件的。

CAN總線：CAN總線是英文Controller Area Network的縮寫，就是某種信息交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)布置方法。其等效原理如圖1。

總線分類：在工程機(jī)械上已經(jīng)出現(xiàn)了多種總線標(biāo)準(zhǔn)，從總線所實(shí)現(xiàn)的功能角度分，

可分為兩類：

一類是控制策略驅(qū)動(dòng)的總線，如SAE的J1850、德國(guó)大眾的ABUS、博世的CAN、ISO11898和ISO11519、美國(guó)商用機(jī)器的AutoCAN、ISO的VAN、馬自達(dá)的PALMNET、以及用于低速場(chǎng)合的LIN等。

一類是以大量數(shù)據(jù)傳輸為目的的多媒體總線，如IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。

協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的簡(jiǎn)稱，通訊雙方必須共同遵從的一組約定。簡(jiǎn)單的說了，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)要能夠互相順利的通信，就必須講同樣的語言，協(xié)議就相當(dāng)于符號(hào)化的語言。工程機(jī)械中采用J1939CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

1.2 通訊協(xié)議的三要素

a：語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；簡(jiǎn)單的說，類似語言中的：主謂賓，定狀補(bǔ)

b：語義：結(jié)構(gòu)或格式中每部分所表示的現(xiàn)實(shí)含義。如：何種控制、何種響應(yīng)等

c：時(shí)序：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)描述

在CAN協(xié)議中存在大量專業(yè)術(shù)語，在此不再敖述，可以參考CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 何為報(bào)文

報(bào)文：將位于應(yīng)用層的信息分組稱為報(bào)文，是網(wǎng)絡(luò)傳輸中的數(shù)據(jù)單元，包含了數(shù)據(jù)的完整性。以幀為最小傳輸單位，長(zhǎng)度不限且可變。在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中不斷的封裝為段、組、包、幀來傳輸。封裝的本質(zhì)就是添加一些信息域俗稱報(bào)文頭。

（1）數(shù)據(jù)單元：報(bào)文是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元。它是信息在網(wǎng)絡(luò)中傳遞的基本單位，類似于日常生活中的信件或郵包。

（2）封裝和解封裝：報(bào)文在傳輸前需要經(jīng)過封裝的過程，即將數(shù)據(jù)添加額外的頭部信息，以便在網(wǎng)絡(luò)中正確傳遞到目標(biāo)位置。在目標(biāo)位置，報(bào)文會(huì)被解封裝，也就是將頭部信息去除，還原出原始的數(shù)據(jù)。

（3）標(biāo)識(shí)信息：報(bào)文通常包含標(biāo)識(shí)信息，例如源地址和目標(biāo)地址，以確保數(shù)據(jù)被正確傳送到目標(biāo)設(shè)備，并讓接收方知道報(bào)文的來源。此外還有控制信息、仲裁信息、檢驗(yàn)信息等。

（4）通信協(xié)議：報(bào)文的格式和規(guī)則由通信協(xié)議定義。不同的應(yīng)用和協(xié)議可能會(huì)使用不同的報(bào)文格式，但它們都遵循相應(yīng)協(xié)議規(guī)定的結(jié)構(gòu)和處理方式。

CAN通訊協(xié)議的基本格式：如圖2所示。

基本格式=報(bào)文頭+報(bào)文體+報(bào)文尾。

報(bào)文頭：包含通訊開始時(shí)所涉及的必要標(biāo)識(shí)信息，例如控制信息、仲裁信息、功能信息、擴(kuò)展信息、源地址、目標(biāo)地址等，對(duì)應(yīng)的是：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)。

報(bào)文體：應(yīng)用層需求的信息，對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)場(chǎng)或域。

報(bào)文尾：包含通訊結(jié)束時(shí)所涉及的必要標(biāo)識(shí)信息，如應(yīng)答信息、檢驗(yàn)信息等。對(duì)應(yīng)的是CRC場(chǎng)、ACK場(chǎng)、幀結(jié)束。

（5）數(shù)據(jù)傳輸：報(bào)文通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，經(jīng)過多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，如路由器、交換機(jī)等，通過這些節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。

（6）標(biāo)識(shí)符：信息的抽象符號(hào)，以位為最小單位，以域?yàn)樽钚」δ軉挝弧?/p>

3 CAN報(bào)文的采集

（1）CAN報(bào)文采集所需的軟硬件。硬件有：CAN盒（周立功）、測(cè)試線、存儲(chǔ)設(shè)備（SD卡或優(yōu)盤），與硬件相匹配的軟件，CANPRO、USBCAND等。軟件安裝在筆記本電腦上。

（2）采集過程：通過測(cè)試線把CAN盒輸入口與整車的診斷口相連--輸出口與電腦相連--打開車輛電鎖--打開USBCAN軟件--選擇CAN通訊通道--選擇通訊波特率（在工程機(jī)械一般為250KB或500KB）--啟動(dòng)車輛，在軟件交互窗口獲取報(bào)文。如圖3所示某車型所獲取的報(bào)文，其中Message Number：報(bào)文序號(hào)信息；Time Offset（ms）：報(bào)文采集時(shí)間信息；Bus：總線通道信息；Type：報(bào)文傳輸方向（其中Rx表示接受，Tx表示發(fā)出）信息；Reserved：保留位（用于功能擴(kuò)展）Data Lengh Code：表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度信息，其中數(shù)字8代表數(shù)據(jù)長(zhǎng)度占8個(gè)字節(jié)；Data Bytes（Hex）：表示報(bào)文數(shù)據(jù)信息，以十六進(jìn)制形式表示；ID：報(bào)文唯一標(biāo)識(shí)符，類似我們身份證，與數(shù)據(jù)場(chǎng)一一對(duì)應(yīng)。

4 報(bào)文的解析

報(bào)文的解析分為兩部分：第一部分對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)信息的的解析，第二部分對(duì)報(bào)文體的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。下文將對(duì)這兩部分進(jìn)行詳細(xì)的解釋。

4.1 報(bào)文標(biāo)識(shí)信息的解析：主要是對(duì)報(bào)文的ID進(jìn)行解析

CAN報(bào)文的ID根據(jù)CAN協(xié)議中規(guī)定可分為：標(biāo)準(zhǔn)幀的ID為11為二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，以十六進(jìn)制形式顯示；擴(kuò)展幀的ID為29為二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，同樣以十六進(jìn)制顯示。目前工程車輛都使用擴(kuò)展幀結(jié)構(gòu)即29位ID。幀ID中所包含的信息：優(yōu)先級(jí)、參數(shù)組編號(hào)、源地址、目的地址四個(gè)信息?，F(xiàn)以某車型實(shí)際報(bào)文為例進(jìn)行說明：所采集到的報(bào)文如圖4所示。

ID的十六進(jìn)制的形式為：0C08E4DC。

其中最后兩位DC為：源地址（Source Adress簡(jiǎn)稱SA），作用：告知我們數(shù)據(jù)場(chǎng)的數(shù)據(jù)來源，也就是說這些數(shù)據(jù)是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出來的。其中DC為廠家自主定義，源地址與節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，不可重復(fù)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能獲得唯一一個(gè)地址碼。該處某廠家定義為：DC-DC模塊的地址標(biāo)識(shí)符。表1某廠家節(jié)點(diǎn)模塊地址碼定義。

前面六位十六進(jìn)制數(shù)0C08E4為參數(shù)組PGN（Parameter Group Number）：傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)的集合，每一個(gè)參數(shù)組都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符稱為參數(shù)組編號(hào)。參數(shù)組依據(jù)功能進(jìn)行分配，例如命令參數(shù)組、數(shù)據(jù)參數(shù)組、請(qǐng)求參數(shù)組、應(yīng)答參數(shù)組等。這些在CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行明確的規(guī)定。PGN如圖5所示：

最前面3位二進(jìn)制 表示優(yōu)先級(jí)（Priority）信息，數(shù)值越小，傳輸優(yōu)先級(jí)越高。作用：可以明確該條報(bào)文的收發(fā)優(yōu)先級(jí)，如圖5所示中：當(dāng)PF的值大于等于十進(jìn)制的240，則字節(jié)3的數(shù)據(jù)表示目的地址為全局（GE）；當(dāng)PF的值小于十進(jìn)制的240，則字節(jié)3的數(shù)據(jù)表示目的地址為特定（DA）；作用：可知是哪個(gè)或那些節(jié)點(diǎn)是需要接受信息。

4.2 報(bào)文的數(shù)據(jù)解析：主要是指數(shù)據(jù)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析

CAN報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)由8個(gè)字節(jié)組成，共計(jì)64位二進(jìn)制（如表2）?？梢源娣艛?shù)據(jù)類型：可以是狀態(tài)值或測(cè)量值。1個(gè)byte由8個(gè)bit組成，byte稱為“字節(jié)”，bit稱為“位”，bit的數(shù)值只能是“0”和“1”數(shù)據(jù)由廠家自行定義。以圖4某廠家實(shí)際報(bào)文為例：該報(bào)文的數(shù)據(jù)為：0A 28 10 27 10 27 38 48。

在解析數(shù)據(jù)時(shí)需要根據(jù)廠家實(shí)際的DBC（Data Base Can）文件來進(jìn)行解析（如圖6）。

如圖6所示，我們先看圖5 DCDC工作狀態(tài)數(shù)據(jù)在第7字節(jié)第7位，根據(jù)描述欄：其中“0”表示停機(jī)狀態(tài)，“1”表示運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際測(cè)量值中（圖7所示）在第7字節(jié)第7位的值位0，說明DCDC沒有運(yùn)行。該車現(xiàn)在存在故障。DCDC工作運(yùn)行的條件：有輸入電壓和并有輸出電壓和。接下來根據(jù)圖圖5中的規(guī)定分別計(jì)算一下這些值。

DCDC輸入電壓：用兩個(gè)字節(jié)來表示，分別占用第5字節(jié)的0-7位和第6字節(jié)的0-7位；再根據(jù)圖5所示這兩個(gè)字節(jié)中的數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制的10和27，該協(xié)議采用的MBS規(guī)則，寫成十六進(jìn)制順序?yàn)?710，將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制：（2710）16=（10000）10，得到10000。

根據(jù)公式：測(cè)量值=十進(jìn)制數(shù)值*分辨率+偏移量，該DCDC輸入端電壓=10000*0.1-1000=0V。

0V說明DCDC沒有輸入電壓，所以DCDC沒有運(yùn)行。我們可以把故障鎖定在DCDC輸入端。

最終故障原因?yàn)楦邏汉薪oDCDC供電的接觸器損壞導(dǎo)致。

DCDC輸出端電壓：用兩個(gè)字節(jié)來表示，分別占用第1字節(jié)的0-7位和第2字節(jié)的0-7位；再根據(jù)表2所示這兩個(gè)字節(jié)中的數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制的0A和28，該協(xié)議采用的MBS規(guī)則，寫成十六進(jìn)制順序?yàn)?80A，將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制：（280A）16=（10250）10，得到10250。

根據(jù)公式：測(cè)量值=十進(jìn)制數(shù)值*分辨率+偏移量，該DCDC輸出端電壓=10250*0.1-1000=25V。

重要提示：此數(shù)據(jù)只能明確蓄電池電壓正常但是不能確定DCDC正常。同理可以計(jì)算DCDC輸入和輸出電流均為0A。讀者可自行驗(yàn)證。在此不再敖述。

5 結(jié)語

本文以實(shí)際案例為引線，詳細(xì)闡述報(bào)文獲取、解析在實(shí)際中的具體應(yīng)用。包括實(shí)際中所用到的硬、軟件工具，報(bào)文獲取以及解析流程步驟。為廣大讀者提供了具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

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